鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫超聲檢測技術(shù)應(yīng)用研究

陳 奇

（南京交通工程檢測有限責任公司，江蘇 南京 210000）

超聲波檢測技術(shù)基本上可以視為實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁安全檢驗的重要技術(shù)內(nèi)容，屬于無損檢測技術(shù)的一種表現(xiàn)形式。在應(yīng)用過程中，要求檢測人員應(yīng)該嚴格按照超聲波技術(shù)規(guī)范要求，針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗工作進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。結(jié)合當前技術(shù)檢驗情況來看，檢測人員通過科學(xué)運用超聲波檢測技術(shù)，基本上可以實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量的檢測分析,對當前鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷問題進行動態(tài)把握，并采取針對性措施加以調(diào)整優(yōu)化，以確保鋼結(jié)構(gòu)橋梁主體結(jié)構(gòu)安全。

1 超聲波檢測技術(shù)原理及要求分析

1.1 技術(shù)原理

超聲波檢測技術(shù)作為無損檢測技術(shù)的重要表現(xiàn)形式，在技術(shù)應(yīng)用方面，檢測人員主要利用激勵探頭產(chǎn)生超聲波，利用超聲波的傳播優(yōu)勢使其進入到被檢測構(gòu)件內(nèi)部。根據(jù)材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異表現(xiàn)，對超聲波傳播波形反射情況以及穿透時間能量變化進行研究分析。根據(jù)分析反饋結(jié)果實現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷的動態(tài)掌握，完成無損檢測過程。舉例而言，檢測人員在采用脈沖反射法進行檢測分析時，對于垂直探傷可利用縱波進行處理，對于斜射探傷可利用橫波進行處理[1]。

其中，在超聲波儀器顯波屏上，橫坐標可以表示聲波具體傳播時間、縱坐標可以表示回波信號幅度。如果被檢測鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在異常問題，如存在明顯的氣孔或者夾渣等問題時，照射在缺陷部位的超聲波會立即被反射回來，借此，檢測人員可以判斷該鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷問題。在缺陷問題以及具體位置的判斷上，檢測人員可通過對超聲波傳播情況的收集以及借助放大入視波屏方式，快速定位缺陷波具體位置，精準判斷鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量表現(xiàn)情況。

1.2 技術(shù)要求

在應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)進行鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢測時，檢測人員可根據(jù)工件焊縫質(zhì)量等級、工件厚度選擇合適探頭并提前校定探頭延時、前沿距離并制作DAC曲線（參見圖1），檢測時觀察示波屏上所顯示的異常波頻信號實現(xiàn)對質(zhì)量缺陷問題的判斷。并根據(jù)回波信號出現(xiàn)位置迅速鎖定缺陷距探測面的實際距離，精準定位缺陷具體位置根據(jù)缺陷當量大小進行焊縫質(zhì)量等級判斷。如果發(fā)現(xiàn)超限質(zhì)量缺陷問題，檢測人員在工件上標出缺陷具體位置并交由現(xiàn)場施工人員進行返修處理[2]，并做好缺陷記錄。如果發(fā)現(xiàn)超限質(zhì)量缺陷問題，檢測人員在工件上標出缺陷具體位置并交由現(xiàn)場施工人員進行返修處理[2]并做好缺陷記錄。

圖1 摘自GB50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》

在橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)期間，超聲波檢測技術(shù)還可以適用于對接焊縫以及部分熔透角焊縫檢測工作當中，在技術(shù)操作原理方面與上述相同。需要注意的是，在應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)的過程中，檢測人員必須規(guī)范個人的操作行為，避免出現(xiàn)檢測失誤或者其他質(zhì)量隱患問題。

圖2 超聲波探傷原理示意圖

2 超聲波檢測技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢測中的應(yīng)用措施分析

2.1 氣孔問題檢測及應(yīng)用措施

氣孔問題始終是影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量的重要因素。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗來看，由于現(xiàn)場施工人員對于部分焊接操作缺乏深度掌握，導(dǎo)致在焊接施工過程中容易出現(xiàn)氣孔等質(zhì)量問題。當氣孔問題表現(xiàn)過于明顯時，往往就會對鋼結(jié)構(gòu)橋梁主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成不良影響。為及時發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫氣孔問題，檢測人員需要嚴格按照無損檢測技術(shù)要求，主動利用超聲波檢測技術(shù)實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫氣孔問題的全過程檢測。

在正式檢測分析過程中，如果鋼結(jié)構(gòu)檢測期間發(fā)現(xiàn)明顯氣孔問題，且氣孔回波高度表現(xiàn)較低、波形表現(xiàn)為單峰，從各個方向進行探測分析，發(fā)現(xiàn)反射波大體相同。但是檢測人員稍微移動探頭，回波高度就會發(fā)生明顯降低現(xiàn)象甚至消失。對于這種現(xiàn)象問題，可以判定為單個氣孔的缺失。相反，如果在檢測顯示屏上出現(xiàn)一簇反射波，則可以表明該結(jié)構(gòu)部分存在較多的氣孔問題，且氣孔致密性特點明顯。此時氣孔的大小與數(shù)量會對波形高度產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。當探頭做定點轉(zhuǎn)動時，回波高度會出現(xiàn)明顯的此起彼伏現(xiàn)象。同時對探頭進行移動處理，明顯發(fā)現(xiàn)反射波會隨著探頭的移動而發(fā)生相應(yīng)變化。

一般來說，產(chǎn)生氣孔的主要原因在于母材或者填充金屬表面存在明顯油污現(xiàn)象，再加上焊條以及焊劑未烘干，容易增加氣孔量。最重要的是，銹或者油污中的水分在高溫條件下會逐步分解為氣體，進一步增加高溫金屬氣體含量。除此之外，焊接工藝流程落實效果不佳也會引發(fā)氣孔問題。舉例而言，施工人員在焊接作業(yè)時對于電弧電壓并未調(diào)整或者焊接電流選擇不當，都容易導(dǎo)致氣孔問題的產(chǎn)生。針對于此，建議現(xiàn)場施工人員應(yīng)該嚴格規(guī)范個人的操作行為，可利用二氧化碳氣體保護焊實現(xiàn)現(xiàn)場焊接作業(yè)。與此同時，現(xiàn)場施工人員應(yīng)該加強對材料與工藝質(zhì)量問題的把控力度，避免因個人操作行為失誤而對整體焊接質(zhì)量造成不利影響。除此之外，在大風天或者雨天等惡劣天氣應(yīng)該采取有效防護措施，避免氣孔問題出現(xiàn)。

圖3 焊縫表面氣孔、咬邊明顯

2.2 裂縫問題檢測及應(yīng)用措施

裂紋問題基本上可以視為最嚴重的焊縫質(zhì)量缺陷問題，當裂紋問題表現(xiàn)過于明顯時，往往會對鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量效果產(chǎn)生不利影響。從成因上來看，如果焊接母材中碳、硫、磷等元素含量較高或者焊接次序銜接不當都很容易導(dǎo)致裂紋問題出現(xiàn)。多數(shù)情況下，在檢測鋼結(jié)構(gòu)焊縫裂縫問題時，檢測人員通常會利用金屬超聲波探傷儀以及相應(yīng)斜探頭實現(xiàn)安全檢測過程?；谶@種裝置發(fā)射的超聲波往往可以利用角度斜向方式，射入到鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部當中。檢測人員可根據(jù)接收的反射波以及往返時間，初步判斷缺陷問題的存在性。一般來說，當出現(xiàn)裂紋問題時，所顯示的回波相對穩(wěn)定。在波高方面表現(xiàn)較高，存在一定位移量。

此時檢測人員可根據(jù)反射回的波形進行觀測分析，根據(jù)分析反饋結(jié)果，判斷鋼結(jié)構(gòu)中焊縫是否存在裂縫問題。如果焊接裂縫存在于橋梁鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部當中，檢測人員可以根據(jù)始波、底波以及缺欠波之間的距離，合理確定焊接裂紋指示長度，同時也可以確定焊接裂紋指示深度。在具體檢測之前，應(yīng)該對檢測處進行掃查處理，避免其表面出現(xiàn)污漬等問題。在此基礎(chǔ)上，對鋼結(jié)構(gòu)焊接位置進行質(zhì)量檢測，判斷其是否存在橫向裂紋問題。

此外，利用平行以及斜平行掃查方式，對焊縫及熱影響區(qū)質(zhì)量情況進行檢測分析，判斷其是否存在裂縫問題。如果檢測期間發(fā)現(xiàn)缺欠波問題，檢測人員可以利用精探方式確定其具體位置以及缺欠大小。待上述作業(yè)流程結(jié)束之后，檢測人員需要進行復(fù)探處理。將此次復(fù)探處理結(jié)果與前幾次檢測結(jié)果進行復(fù)核對比，保障檢測數(shù)據(jù)的精確性。

2.3 未焊透問題檢測及應(yīng)用措施

如果鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中存在未完全焊透的情況，就很容易對鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量以及安全性構(gòu)成威脅。為防止這一問題出現(xiàn)，決策人員需要積極利用超聲波檢測技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量情況進行檢測分析。一般來說，在運用超聲波探傷檢測分析時發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在未焊透問題，往往就會產(chǎn)生較高的反射率，且波幅相對較高。此時檢測人員對探頭進行平移處理，會發(fā)現(xiàn)檢測顯示屏上其波幅表現(xiàn)平穩(wěn)。同時，在測試焊縫兩側(cè)會獲得反射回波波幅，且在反射回波波幅方面與檢測顯示屏上波幅大體相同。

不難看出，如果焊縫存在未焊透缺陷問題，接頭的機械性能往往會受到較大影響。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗來看，未焊透的端部或者存在缺口問題的接口處與其他部位相比，可以產(chǎn)生更大的應(yīng)力。如果未經(jīng)處理投入使用，長此以往，鋼結(jié)構(gòu)橋梁容易出現(xiàn)大面積裂紋問題。為有效規(guī)避這一問題，施工人員需要對坡口形式以及裝配間隙進行合理設(shè)計，規(guī)避未焊透問題發(fā)生。且在投入使用之前，應(yīng)該科學(xué)利用超聲波檢測技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量問題進行檢測分析，保障鋼結(jié)構(gòu)橋梁使用安全。

3 相關(guān)建議

結(jié)合上述內(nèi)容，嚴格落實現(xiàn)場焊接順序：構(gòu)件定位完成→調(diào)整環(huán)口間隙及錯邊→打磨焊接部位→按工藝焊接→外觀檢查、無損檢測、試件檢測→返工（如有）→檢測合格，是保障鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的重要前提條件。建議現(xiàn)場施工人員對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接施工工藝內(nèi)容進行合理貫徹與落實，避免因個人操作失誤而對鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體質(zhì)量造成不良影響。與此同時，重要缺陷的修補如裂紋等，必須先查明原因確定修補工藝，經(jīng)質(zhì)檢人員、主管技術(shù)人員及監(jiān)理工程師確認后進行，并記入產(chǎn)品質(zhì)量文件，現(xiàn)場施工作業(yè)期間，應(yīng)該對入場使用的原料質(zhì)量問題進行安全檢測，尤其是母材質(zhì)量，保障現(xiàn)場焊接作業(yè)安全。

4 結(jié)論

為確保超聲波檢測技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗中可以良好運用，建議技術(shù)操作人員嚴格按照超聲波檢測技術(shù)規(guī)范要求，對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗工作進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，并按照質(zhì)量優(yōu)先、安全治理的原則要求，對鋼結(jié)構(gòu)橋梁內(nèi)部存在的缺陷問題進行及時修復(fù)與處理，避免對鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全性造成不良影響。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗工作應(yīng)該主動迎合超聲波檢測技術(shù)發(fā)展趨勢，引進新的前沿技術(shù)如相控陣技術(shù)，補充優(yōu)化當前技術(shù)應(yīng)用存在的不足問題。檢測人員應(yīng)積極主動結(jié)合國內(nèi)外先進技術(shù)經(jīng)驗，對當前超聲波檢測技術(shù)體系進行健全完善，進一步為超聲波技術(shù)的高效應(yīng)用提供良好保障。?