某裝配式鋼梁橋焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究

李 浩

（湖南省勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引 言

裝配式橋梁是近年來(lái)橋梁施工中的新型施工工藝，因其具有施工速度快，工廠鋼梁質(zhì)量容易控制，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少有利于環(huán)保而得到越來(lái)越多的應(yīng)用。裝配式橋梁可以分為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)橋梁、裝配式鋼結(jié)構(gòu)橋梁和裝配式鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)組合橋梁。裝配式混凝土梁橋的質(zhì)量主要通過(guò)套筒連接，套筒連接質(zhì)量是工程好壞的關(guān)鍵。裝配式鋼梁橋的質(zhì)量控制主要通過(guò)焊縫連接，焊縫質(zhì)量的控制是橋梁的重中之重。焊縫無(wú)損檢測(cè)作為鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量控制的方式之一，因其具有方便、可靠、快速等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。對(duì)于在建的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷并采取補(bǔ)救措施，保證工程質(zhì)量達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

湘府路高架橋?yàn)殚L(zhǎng)沙市東西向的一條城市高架橋，連通萬(wàn)家麗高架橋，橋梁全長(zhǎng) 11.85 km。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁和 T 型工字梁，Q345qD 級(jí)鋼材，鋼板厚度從 14～40 mm 不等，鋼結(jié)構(gòu)的連接全部采用全熔透對(duì)接焊縫，焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)，分為自動(dòng)埋弧焊和手工電弧焊。自動(dòng)埋弧焊質(zhì)量易控制，為保證施工過(guò)程中焊縫質(zhì)量，對(duì)全橋的手工電弧焊焊縫進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括焊縫外觀質(zhì)量、焊縫超聲波探傷和射線檢測(cè)。焊縫外觀質(zhì)量檢測(cè)數(shù)量為全部檢測(cè)，超聲波探傷對(duì)一級(jí)焊縫檢測(cè) 100 %，二級(jí)焊縫檢測(cè) 20 %，對(duì)全部 T 型連接焊縫和十字形連接焊縫采用射線檢測(cè)。

2 外觀檢測(cè)

焊縫外觀質(zhì)量檢測(cè)是全熔透對(duì)接焊縫內(nèi)部檢測(cè)的前提，外觀檢測(cè)主要針對(duì)手工電弧焊，檢查手工焊縫的外觀缺陷和尺寸偏差。

外觀缺陷采用目視觀察的方法，發(fā)現(xiàn)工程中的外觀缺陷以保證鋼結(jié)構(gòu)橋梁的施工質(zhì)量。焊縫外觀質(zhì)量不得有裂紋、未熔合、氣孔、焊瘤和燒穿，焊縫上的飛濺和熔渣必須清除干凈且不得有低于母材的凹瘤。本工程主要的外觀缺陷有：飛濺、焊瘤、弧坑、表面氣孔等（見(jiàn)圖1）。對(duì)外觀缺陷 100 % 返工處理，外觀檢測(cè)合格后進(jìn)入下一道工序。為保證焊縫外觀質(zhì)量合格，采用引弧板和引出板焊接［1-3］。

圖1 焊縫外觀缺陷

圖2 焊縫尺寸偏差

焊縫尺寸偏差的檢測(cè)采用焊標(biāo)檢驗(yàn)尺，測(cè)量焊縫尺寸的寬度、高度和焊縫的平整度，控制對(duì)接焊縫的余高高差≤2 mm，寬度≤坡口寬度加 4 mm，不直度≤3 mm，焊縫錯(cuò)邊量必須≤0.1 倍板厚。滿足要求后方可進(jìn)行焊縫內(nèi)部檢測(cè)（見(jiàn)圖2）。

3 超聲波檢測(cè)

當(dāng)焊縫存在缺陷時(shí)，由超聲發(fā)射設(shè)備發(fā)射脈沖信號(hào)，超聲波遇到聲阻抗會(huì)發(fā)生發(fā)射。根據(jù)反射波的大小、性質(zhì)和位置可以判斷出缺陷的有無(wú)、缺陷性質(zhì)（氣孔、夾渣、裂紋、未焊透等）和缺陷所處的位置［4-6］。

焊縫超聲波探傷在檢測(cè)過(guò)程中受到聲速、材料和傳感器等多方面因素的影響。在檢測(cè)過(guò)程中根據(jù)所檢工件的特點(diǎn)，選擇合適的檢測(cè)參數(shù)，是保證焊縫檢測(cè)正確的前提。本工程的檢測(cè)過(guò)程中，要根據(jù)工件情況進(jìn)行如下選擇。

1）探傷儀器的選擇。采用漢威全數(shù)字超聲波探傷儀 HS610E，可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出多種焊縫內(nèi)部缺陷，尤其適用于本工程中常見(jiàn)的氣孔、夾渣和裂紋等內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。

2）探頭 K 值和頻率的選擇。工件厚度大時(shí)盡量選用頻率高、K 值小的探頭多探測(cè)面掃查，對(duì)根部有可疑信號(hào)的位置，盡可能選擇小 K 值探頭復(fù)驗(yàn)。本工程板厚范圍較大，對(duì)于 14、16、20 和 25 mm 的板采用斜探頭 2.5P13×13K2.5；對(duì)于 28、32、36 和 40 mm 的板采用斜探頭 5P13×13K2.0。

3）標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊。根據(jù) GB/T 11345－2013《焊縫無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定》中橫孔技術(shù) 1，選用 CSK-ⅠA 標(biāo)準(zhǔn)試塊和 RB-2 型對(duì)比試塊來(lái)做距離-波幅曲線（DAC）。

4）掃查工藝。根據(jù)具體情況采用鋸齒型掃查（L型），探傷面采用單面雙側(cè)，焊縫質(zhì)量等級(jí) 2 級(jí)，傳輸修正靈敏度 4 dB。

5）耦合劑。打磨平整后均勻涂抹漿糊。

6）材料聲速。3 230 m/s。

7）檢測(cè)參數(shù)設(shè)置。檢測(cè)參數(shù)及合格標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

探傷檢測(cè)過(guò)程中，保持探頭與工件緊密接觸，不留有間隙。同時(shí)注意一次回波和二次回波，不漏掉缺陷。當(dāng)更換探頭時(shí)，保證濾波頻帶與探頭頻率參數(shù)相協(xié)調(diào)。

以本工程中工字梁為例：

檢測(cè)位置：K2-11A 工字梁上翼板和下翼板對(duì)接焊縫，板厚 32 mm；探頭形式：5P13×13K2.0；評(píng)定等級(jí)靈敏度：Φ3-14dB；掃查方式：L-掃查；檢驗(yàn)比例：100 %；表面情況：打磨良好；耦合劑：漿糊；表面補(bǔ)償：4 dB；聲速設(shè)置：230 m/s；檢驗(yàn)數(shù)量：1 500 mm；缺陷：長(zhǎng)度 20 cm，深度 12～22 mm；掃查速度≤150mm/s（見(jiàn)圖3）。

表1 探傷檢測(cè)參數(shù)

累計(jì)探傷結(jié)果：共檢測(cè)焊縫 17 726.11 m，檢測(cè)合格率 90 %，返修后合格率 100 %。

圖3 焊縫探傷

圖4 射線照相檢測(cè)原理圖

4 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)按照射線源的種類可以分為X射線和γ射線，按照顯示缺陷的方法可以分為射線照相探傷、射線熒光屏觀察法、射線實(shí)時(shí)圖象法、射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)。射線照相檢測(cè)的基本原理是：根據(jù)被檢工件及其內(nèi)部缺陷介質(zhì)對(duì)射線能量衰減程度的不同而引起透過(guò)后射線強(qiáng)度分布差異，被射線照相膠片記錄下來(lái)經(jīng)暗室處理后，再由其底片上較大的黑化程度對(duì)應(yīng)較大的透射射線強(qiáng)度，根據(jù)射線照相底片上這種黑化程度變化的圖象來(lái)發(fā)現(xiàn)被檢工件中存在的缺陷。

超聲波探傷檢測(cè)能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部缺陷，但對(duì)于 T 型焊縫和十字型焊縫有一定的局限性。本工程對(duì)橋梁 T 型對(duì)接焊縫和十字形對(duì)接焊縫采用射線檢測(cè)，射線源采用X射線，照相探傷。由射線照相檢測(cè)原理圖（見(jiàn)圖4）可知，射線源發(fā)出射線，經(jīng)濾板和標(biāo)記帶到達(dá)工件，穿過(guò)物體發(fā)生發(fā)生衰減，厚度大時(shí)衰減大，底片的感光度較小，顯影后黑度淺，厚度小時(shí)衰減小，底片的感光度大，顯影后黑度深，從而能較精確地確認(rèn)氣孔、夾渣、裂縫等缺陷。

表2 T 型焊縫射線檢測(cè)

以本工程鋼箱梁頂板的 T 型焊縫為例，檢測(cè)數(shù)量共 25 張，Ⅰ級(jí) 18 張，Ⅱ級(jí) 3 張，Ⅳ級(jí) 4 張。

累計(jì)射線檢測(cè)結(jié)果：統(tǒng)計(jì)本工程T型和十字形焊縫射線檢測(cè) 5 191 張，Ⅰ級(jí) 3 866 張，Ⅱ級(jí) 633 張，Ⅲ級(jí) 182 張，Ⅳ級(jí) 510 張。檢測(cè)合格率 86.6 %，缺陷部位采用碳弧氣刨重新焊接，復(fù)檢合格率 100 %。

經(jīng)外觀檢測(cè)、超聲波檢測(cè)和射線檢測(cè)的構(gòu)件由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)采用磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲波檢測(cè)和射線檢測(cè)。第三方檢測(cè)的檢測(cè)合格率為 100 %，因此本工程中采用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能滿足工程質(zhì)量的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁的施工中，由于焊接條件的限制，焊縫容易出現(xiàn)焊接缺陷，為保證焊縫質(zhì)量，及時(shí)檢出缺陷，必須采用外觀檢查、超聲探傷和射線檢測(cè)技術(shù)配合使用。通過(guò)本工程的統(tǒng)計(jì)總結(jié)，鋼梁從這三方面進(jìn)行檢測(cè)能保證工程質(zhì)量。

在以后的鋼梁施工過(guò)程中，可通過(guò)外觀檢查、超聲波探傷和射線檢測(cè)三者結(jié)合使用，這樣可以為橋梁施工的安全和穩(wěn)定提供雙重保障，從而進(jìn)一步推動(dòng)橋梁事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。