無損檢測技術在鋼結構橋梁中的應用

秦琦媛

河南省國安建筑工程質量檢測有限公司（450000）

0 引言

鋼結構橋梁的強度高、綜合效益好，在我國橋梁中占據(jù)重要地位，其質量和使用壽命直接影響交通運輸安全和社會經(jīng)濟發(fā)展。 過去，由于我國在鋼結構橋梁建設方面經(jīng)驗不足，運維意識缺乏，隨著使用年限增長，很多橋梁出現(xiàn)了不同程度的疲勞開裂現(xiàn)象，造成安全隱患。因此，為了盡量避免和減少橋梁事故的發(fā)生，應該對在役和在建鋼結構橋梁進行定期無損檢測。

1 概述

無損檢測，又稱為無損探傷，是在不損害檢測對象的前提下，利用物質的聲、光、磁、電等特性，探查檢測對象各項性能及參數(shù)等是否正常的探傷技術。 相較于在橋梁上隨機鉆孔取樣分析的傳統(tǒng)方法，無損檢測技術既能夠保障檢測對象不受損害，又能對其進行整體且深入的全面檢測。

我國的鋼結構橋梁主要是由正交異性鋼橋面板焊接而成，焊接部位多，殘余應力大；主要隱患是焊接工藝存在問題以及荷載反復作用下形成的疲勞裂縫。 這些隱患產(chǎn)生的原因主要有三點:①焊接水平參差不齊，在施工中出現(xiàn)未焊透、未熔合、燒穿、氣孔等問題；②構件連接部位在主應力重復作用下導致的疲勞裂紋；③構件細節(jié)受到外在荷載或是震動作用引發(fā)變形。 如此來看，鋼結構橋梁裂縫是無法回避的現(xiàn)實問題。 現(xiàn)有無損檢測的內容包括：橋梁構件是否存在銹蝕、起皮、油漆剝脫現(xiàn)象；焊接縫、構件是否存在明顯扭曲、穿孔、硬彎、夾層等缺陷；特別是桿件接頭、鋼材相互交叉處以及擰得過緊的螺絲處，更易因應力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋。

2 無損檢測的具體應用

2.1 在役鋼結構橋梁檢測

在役鋼結構橋梁是指已經(jīng)投入使用多年的橋梁。車輛行駛產(chǎn)生的振動以及鋼材承壓等因素導致在役鋼結構橋梁出現(xiàn)老化、裂紋等問題，很多裂紋非常細小且被灰塵覆蓋，僅靠肉眼觀察的方式難以辨別小于0.1 mm 及垂直于主應力方向的裂紋，不及時修補裂紋就會變大， 產(chǎn)生嚴重的安全隱患，因此，在役鋼結構橋梁應定期進行無損檢測。 先進行目視檢查，然后用砂紙等擦除附著在表面的油漆和鐵銹，以磁粉或著色滲透液檢測的方式進一步探傷，以盡早地消除安全隱患。

2.2 在建鋼結構橋梁檢測

導致在建鋼結構橋梁產(chǎn)生裂縫的原因，一方面是本身所用鋼材質量不合格，自帶裂紋；另一方面是施工不當。 一般而言，建鋼結構橋梁裂縫主要集中于焊縫或是應力集中處。 因此，當工程施工結束后，通常會在100%超聲波檢測基礎上， 實施30% X 射線檢測，原則上是在焊縫接頭的起始兩端各加拍一張照片，且需對抽查中的不合格處進行加倍拍片探查，直到焊縫得到完全檢測，以避免后期產(chǎn)生裂縫。

3 鋼結構橋梁無損檢測技術

磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測、超聲檢測、渦流檢測是無損檢測的五種常用技術，其中磁粉檢測和滲透檢測僅能夠探查表層裂縫，局限性明顯；射線照相技術、超聲波探傷技術、渦流檢測技術可在一定程度上探查鋼橋內部缺陷，使用較為廣泛。 近年來，也有一些新的無損探傷技術，如聲發(fā)射探傷技術，已經(jīng)得到了長足的發(fā)展和應用。

3.1 磁粉檢測技術

當鋼材被磁化后，其表面裂紋會破壞磁場的連續(xù)性。 在被磁化的鋼材表面均勻地撒上磁粉，如果鋼材表面或表面附近有裂縫，就會有部分磁束流漏入裂縫間隙和表面空氣中，使得被撒在鋼材表面上的磁粉被吸附到裂縫磁束流中，因此可通過漏磁部位判斷裂縫位置、形狀和大小。 磁粉檢測操作簡便，具有較強的環(huán)境適應力，因此在鋼結構橋梁無損檢測中被廣泛應用。 這一技術的不足之處在于主要適用淺表檢測，當鋼結構橋梁中的部分材料為奧氏體不銹鋼或鋁合金等無法磁化的金屬、 傾斜角超過30%或缺陷埋藏較深時，就不宜采用磁粉檢測技術。

3.2 滲透檢測技術

首先將檢測對象表面的油漆、灰塵、油泥等處理干凈，之后用噴霧器或是刷子在對象表面覆蓋著色劑或熒光染料。 當鋼材有裂縫時，著色劑或熒光染料就會滲透下去，經(jīng)干燥或添加顯像劑（干燥劑）后，再用紫外線等特定光源照射時，就會清晰暴露裂縫的位置、形狀和大小。 這一技術的特點在于適用范圍廣泛，且操作簡便、成本較低；缺點在于只能定性和表面檢測具有較高光潔水平的材料，對于裂縫深度無法準確測定，對于表面存在鐵銹、涂料或缺陷的部位容易漏檢，實際應用價值有限。

3.3 射線照相技術

射線檢測利用X 射線和γ 射線在特定膠片上產(chǎn)生感光作用，主要用于體積型缺陷和焊縫病害的檢測。 當射線掃過檢測對象時，在裂縫處被吸收，導致膠片感光程度不一，從而暴露裂縫位置。 這一技術的優(yōu)點在于幾乎適用所有材料，包括金屬材料、復合材料、放射材料等，能通過計算機直接導出立體圖像，三維呈現(xiàn)裂縫位置、形狀、大小和深度，是目前無損檢測方式中靈敏度最高的。 因為射線隨檢測對象厚度增加而逐漸衰減，導致這一技術無法檢測垂直于射線方向的薄層缺陷，對設備依賴性較高，技術成本較高，且射線對人體有害，使用時需做特殊防護。

3.4 超聲波探傷法

頻率大于20 000 MHz 的機械波被稱為超聲波。超聲波檢測技術是超聲波與檢測對象互相作用，在碰到異面介質如氣孔、夾渣等時，部分超聲波反射并經(jīng)計算機處理后成為顯示缺陷的回波，通過分析對應得出檢測對象幾何特性、組織結構、力學性能異常的技術，默認標準為《GB/T 11345—89》，常規(guī)超聲頻率為0.5~5 MHz。 這一技術的優(yōu)點在于儀器小巧、操作方便、便于攜帶，檢測速度快，成本相對較低，可以檢測高厚度鋼材，尤其對于裂紋、夾層、折疊、未焊透等類型的缺陷具有較高的檢測能力；缺點是該技術不適用于形狀不規(guī)則的鋼結構，對檢驗人員的專業(yè)水平有較高要求，存在一定的主觀性，且超聲波本身的信號強度較弱，易受環(huán)境噪聲的干擾。近年來， 也陸續(xù)出現(xiàn)了一些超聲波探傷新技術，如自動超聲技術、遠程超聲技術、逆波場衍射技術等，但是否能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)超聲檢測，仍待進一步評估。

3.5 渦流檢測技術

渦流檢測基于電磁感應原理，是在交變磁場作用下，產(chǎn)生感應電流（渦流），激發(fā)次級感應磁場，并與原始交變磁場相互作用，產(chǎn)生電流變化，適用于導電材料的檢測技術。 當鋼橋結構內部有裂縫、氣泡或是夾渣等缺陷時， 導體的渦流會有相應變化。這一技術的優(yōu)點在于特別適用于薄、細、小的導電材料，不需要接觸檢測，容易實現(xiàn)檢測自動化，且檢測速度快；缺點在于不適用于具有一定厚度且內部有缺陷的材料檢測，且探傷深度與表面探傷靈敏度互相矛盾，無法實現(xiàn)定量檢測。

3.6 聲發(fā)射探傷技術

近些年來，聲發(fā)射探傷技術已經(jīng)得到長足的發(fā)展和應用，成為一種有效應用于鋼橋檢測領域的新型無損探傷技術。 聲發(fā)射又稱為應力波發(fā)射，聲發(fā)射探傷的原理是鋼鐵材料在較大載荷作用下產(chǎn)生破壞、斷裂等不可逆變形，導致聲發(fā)射源周圍應變場改變，產(chǎn)生機械擾動，釋放應力波。 這一聲發(fā)射波沿途反射、折射后被傳感器探查并接收，繼而進行發(fā)射信號的波形分析。 這一技術的優(yōu)點是靈敏度高，一般用于被檢對象的動態(tài)檢測；缺點是易受外界環(huán)境噪聲干擾，且技術仍有待完善。

3.7 金屬磁記憶檢測技術

金屬磁記憶檢測技術的原理是金屬磁材料在地磁場環(huán)境下受載荷作用產(chǎn)生磁記憶，即在缺陷或應力集中處形成退磁場或漏磁場，且在載荷消失后仍然存在。 這一技術的優(yōu)點是能夠對鐵磁構件進行早期缺陷探查和壽命評估。

4 結語

鋼結構橋梁中的任何微小裂縫，如果棄之不理，都會演變成產(chǎn)生重大危害的橋梁事故，危害社會利益。 因此，定期做好裂縫檢測對于保證橋梁主體結構安全具有重要意義。 無損檢測，既可以達到檢測裂縫的目的， 又不會對橋梁鋼構件造成繼發(fā)損害。在具體檢測實踐中，應根據(jù)橋梁工程的具體情況和環(huán)境要求，采取適宜的無損檢測技術，以最低的成本、最快的速度完成檢測，確保鋼結構橋梁工程的安全。