無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用

張 鑫

(青海省建筑建材科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，青海 西寧 810008)

0 前 言

從公路交通的角度進(jìn)行分析，橋梁具有非常大的使用率和負(fù)載量，橋梁自身的安全性與平穩(wěn)性在確保人們生命財(cái)產(chǎn)安全中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)橋梁自身具有較強(qiáng)的平穩(wěn)性，在橋梁施工建設(shè)中的應(yīng)用頻率非常高，因?yàn)闃蛄菏艿礁鞣矫嬉蛩禺a(chǎn)生的影響，再加上人為的破壞，在一定程度上降低了橋梁的耐久性與承載能力，乃至對(duì)運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生直接影響。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，能夠提升橋梁使用的安全性與穩(wěn)定性，同時(shí)還可以減少施工成本，提升施工質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)過(guò)程中經(jīng)常使用射線檢測(cè)、滲透檢測(cè)及渦流檢測(cè)等幾種技術(shù)。其中射線檢測(cè)技術(shù)在1930年得到大量使用，特別是在航天、機(jī)械等行業(yè)中，射線強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的減弱，在射穿物體以后，衰減幅值和物力、化學(xué)性質(zhì)存在直接關(guān)系。如果物體當(dāng)中出現(xiàn)問(wèn)題，射線就會(huì)出現(xiàn)衰弱情況，最后導(dǎo)致無(wú)損與有損區(qū)域存在非常大的差別，當(dāng)使用射線技術(shù)后，可以精準(zhǔn)地辨別缺陷程度，其中X射線、中子射線及Y射線均屬于射線檢測(cè)方法，其中X射線是橋梁檢測(cè)過(guò)程中經(jīng)常使用的一種類型。

滲透檢測(cè)往往應(yīng)用于不能分辨、非多孔類材料表面比較小的區(qū)域中，滲透檢測(cè)技術(shù)使用期間需要輔助使用滲透劑滲透被檢測(cè)對(duì)象，滲透劑可以融入材料當(dāng)中，接著把材料表面多余的滲透劑進(jìn)行清洗，經(jīng)過(guò)對(duì)試件進(jìn)行干燥處理，同時(shí)增加少許的顯像劑，受到毛細(xì)現(xiàn)象的影響，可以吸收缺陷滲透劑，使用光源可以在存在缺陷的位置體現(xiàn)出滲透劑痕跡，接著應(yīng)用于分辨缺陷的形貌特征中。渦流檢測(cè)經(jīng)常應(yīng)用于石墨、鋼鐵等材料當(dāng)中，用于材料表面與缺陷的檢測(cè)。渦流檢測(cè)技術(shù)的使用流程是：將交流線圈擺放在導(dǎo)電體表層，這個(gè)線圈的周邊會(huì)出現(xiàn)交變磁場(chǎng)，從而形成渦流，渦流特征和導(dǎo)體缺陷存在密切關(guān)系，通過(guò)渦流的差異性可以對(duì)材料表層和內(nèi)部問(wèn)題進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。渦流檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)速度快、成本少的特征，僅能在導(dǎo)電體上進(jìn)行使用。

2 鋼結(jié)構(gòu)橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

2.1 磁粉檢測(cè)技術(shù)

橋梁鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中的材料通常被磁化成具備鐵磁性的材料，從根源上能夠平均劃分磁力線部分，因?yàn)椴牧袭?dāng)中有些零件表層具有很大的問(wèn)題，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)局部畸形改變的漏磁現(xiàn)象，為了能夠全面檢測(cè)零件表層的缺陷，在施工期間，需要將磁粉附著在被檢測(cè)的零件表層，這樣在適當(dāng)?shù)年?yáng)光照射條件下，可以更好地發(fā)現(xiàn)檢測(cè)零件表層和內(nèi)部存在的問(wèn)題。磁粉探傷憑借自身具有的多樣化優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)中，因?yàn)榇欧蹤z測(cè)主要是利用表層磁粉的改變判斷缺陷，所以僅能檢測(cè)磁性金屬結(jié)構(gòu)表層或者是僅表層存在的問(wèn)題，不能深入判斷零件的缺陷，磁粉檢測(cè)的結(jié)果需要使用人眼進(jìn)行辨別，這就對(duì)工作人員提出非常嚴(yán)格的要求，同時(shí)磁化后需要在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，形成應(yīng)力，需要進(jìn)行退磁處理。

2.2 滲透檢測(cè)技術(shù)

滲透檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，需要徹底清理被檢測(cè)對(duì)象表層的灰塵、油漆及油泥，然后使用刷子或者是噴霧器對(duì)表層噴刷熒光染料或著色劑。如果鋼材出現(xiàn)裂縫后，熒光染料或者是著色劑就會(huì)滲透其中，增加干燥劑之后，使用紫外線燈指定光源進(jìn)行照射過(guò)程中，就會(huì)裸露出裂縫的形狀、位置及大小。滲透檢測(cè)技術(shù)具有成本少、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)得到廣泛使用；該技術(shù)具有的劣勢(shì)：不能精準(zhǔn)測(cè)定裂縫的深度、不能檢測(cè)表層出現(xiàn)涂料、鐵銹等構(gòu)件。

2.3 射線照相技術(shù)

X射線與γ射線是射線檢測(cè)技術(shù)使用過(guò)程中經(jīng)常使用的兩種方法，在指定膠片中會(huì)發(fā)揮感光作用，主要檢測(cè)體積型缺陷與焊縫病害。射線掃描檢測(cè)對(duì)象后，吸收裂縫處后，致使膠片感光程度存在較大差異，進(jìn)而顯露出裂縫的位置。射線檢測(cè)技術(shù)能廣泛應(yīng)用于材料中，如：放射材料、金屬材料及復(fù)合材料等，可以利用計(jì)算機(jī)直接形成立體圖像，以三維方式顯示出裂縫的形狀、位置、深度及大小等，是無(wú)損檢測(cè)方式中靈敏度非常高的一種技術(shù)。由于射線檢測(cè)伴隨著檢測(cè)對(duì)象厚度的增加而不斷衰弱，致使射線檢測(cè)技術(shù)不能對(duì)垂直于射線方向的薄層缺陷進(jìn)行檢測(cè)，非常依賴設(shè)備，技術(shù)成本較高，同時(shí)射線對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害，使用過(guò)程中需要加強(qiáng)防護(hù)。

2.4 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)技術(shù)在使用過(guò)程中通過(guò)超聲波檢測(cè)構(gòu)件表層存在的裂縫與缺陷，該技術(shù)具有較強(qiáng)的穿透力，靈敏度非常高，是能夠檢測(cè)出鋼結(jié)構(gòu)零件早期裂痕的一種方法。超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)將高頻聲波射入被檢測(cè)構(gòu)件中，如果被檢測(cè)構(gòu)件存在特殊情況時(shí)，超聲波會(huì)在構(gòu)件存在缺陷位置進(jìn)行散射，使用探頭接受異常變化的波形信號(hào)，同時(shí)放大分析這個(gè)波形，然后精準(zhǔn)辨別出裂縫與裂縫位置的大小。超聲波探傷通常包含表面波、橫波及縱波，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁當(dāng)中經(jīng)常使用橫波探傷。腐蝕檢測(cè)通常將超聲波作為主要檢測(cè)方法，使用超聲波對(duì)被檢測(cè)構(gòu)件的厚度進(jìn)行檢查，如果構(gòu)件厚度與原來(lái)相比變薄，就可以斷定其出現(xiàn)腐蝕的情況。

2.5 渦流檢測(cè)技術(shù)

渦流檢測(cè)是將電磁感應(yīng)原理作為基本條件，受到交變磁場(chǎng)的影響，形成感應(yīng)渦流，激發(fā)次級(jí)感應(yīng)磁場(chǎng)，同時(shí)和原始交變磁場(chǎng)互相作用，促使電流改變，其廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電材料的檢測(cè)中。如果鋼結(jié)構(gòu)橋梁當(dāng)中出現(xiàn)夾渣、裂痕或者是氣泡等問(wèn)題時(shí)，導(dǎo)體的渦流就會(huì)發(fā)生改變。渦流檢測(cè)技術(shù)經(jīng)常適用于薄、小及細(xì)的導(dǎo)電材料中，不用接觸就能完成自動(dòng)化檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)速度非?？?；其具有的缺點(diǎn)是不能檢測(cè)內(nèi)部存在缺陷的材料，同時(shí)探傷深度和表面探傷靈敏度之間存在矛盾，不能進(jìn)行定量檢測(cè)。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用

3.1 工程概況

某橋梁使用五跨連續(xù)鋼箱梁，該橋梁的長(zhǎng)度大約為62.9 m，寬度為10.3 m，天橋主梁等高度雙室雙箱截面。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)及要求

由于該工程鋼箱梁關(guān)系到工廠中制作構(gòu)件，因此需要對(duì)工廠焊縫與現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。針對(duì)該工程中結(jié)構(gòu)工程是鋼箱梁橋梁的實(shí)際狀況，結(jié)合質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中制定的關(guān)于超聲波檢測(cè)的要求，需要遵照以下方法探傷該橋梁的焊縫：①該工程當(dāng)中的鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要分為面板、底板、隔板及腹板等幾個(gè)部分，天橋主橋上部分結(jié)構(gòu)使用型號(hào)為Q627QC鋼材，母材厚度為16 mm與18 mm；②鋼箱梁焊縫具有兩種要求，即：一級(jí)和二級(jí)，一級(jí)與二級(jí)焊縫要求需要展開100%超聲波探傷，同時(shí)還需要進(jìn)行10%的射線探傷。

3.3 無(wú)損檢測(cè)方法選定

當(dāng)檢測(cè)工廠中焊縫過(guò)程中，將T形接頭和對(duì)接焊縫等作為主要內(nèi)容；現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫將分段對(duì)接焊縫作為主要內(nèi)容。工廠中的T形接頭需要使用超聲波展開全面掃查，T型接頭通常不使用射線進(jìn)行檢測(cè)。究其原因：①拍片時(shí)出現(xiàn)非常大的厚度差；②貼膠片過(guò)程中不能緊貼；③實(shí)際操作空間受到限制。通常情況下，超聲波探傷是檢測(cè)工廠中和現(xiàn)場(chǎng)安裝對(duì)接縫的主要方法，同時(shí)在極易出現(xiàn)問(wèn)題的地方可以使用射線檢測(cè)進(jìn)行檢查。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)焊縫內(nèi)部中存在的缺陷時(shí)將超聲波作為主要檢查方法，超聲波可以靈敏地檢測(cè)出平面型存在的問(wèn)題，射線檢測(cè)可以對(duì)體積型存在的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，兩種方法能夠同時(shí)運(yùn)用。該工程當(dāng)中一共包括870條一級(jí)焊縫，540條二級(jí)焊縫，兩種方法一共檢測(cè)出38條焊縫缺陷，圖1所示是一些焊縫內(nèi)部缺陷返修圖，經(jīng)過(guò)返修處理，檢驗(yàn)符合要求，這樣可以使鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)質(zhì)量得到有效保障。

圖1 焊縫內(nèi)部缺陷返修圖

該鋼結(jié)構(gòu)橋梁正常使用過(guò)程中出現(xiàn)的裂縫，可以使用檢測(cè)或者滲透檢測(cè)的方法，表層存在缺陷通常不使用超聲波檢測(cè)或者射線檢測(cè)，由于超聲波檢測(cè)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)表層存在的延遲性裂痕，射線檢測(cè)不會(huì)靈敏地檢測(cè)出細(xì)小的表面裂痕，這樣可以使用磁粉檢測(cè)表層存在的缺陷，如果磁粉檢測(cè)不便于使用時(shí)，可以使用滲透檢測(cè)的方法，表層檢測(cè)可以著重檢測(cè)十字交叉、焊縫起弧、T字口及收弧等相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)按時(shí)檢測(cè)過(guò)程中，可以利用磁粉檢測(cè)看出兩處疲勞的裂痕，圖2為焊縫表層出現(xiàn)的問(wèn)題。

圖2 磁粉檢測(cè)表面裂紋

鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工建設(shè)期間可以使用螺栓連接、焊接機(jī)鉚接等方法，其中焊縫檢測(cè)是鋼結(jié)構(gòu)橋梁無(wú)損檢測(cè)中的核心內(nèi)容。表層裂痕、咬邊及表層氣孔等是常見的焊接表面缺陷；夾渣、裂縫、未焊頭及氣孔等是常見的內(nèi)部缺陷。在鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)中使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要為以下方面：①檢測(cè)正在施工建設(shè)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，為了對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，可以采用射線檢測(cè)方法與超聲波檢測(cè)方法；②針對(duì)已經(jīng)投入使用的鋼結(jié)構(gòu)橋梁展開維護(hù)檢測(cè)時(shí)，需要按時(shí)檢測(cè)經(jīng)常出現(xiàn)裂痕的位置，為了加強(qiáng)對(duì)表層疲勞裂痕進(jìn)行檢測(cè)，需要使用磁粉檢測(cè)法與滲透檢測(cè)法。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，逐漸凸顯出鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有的重要作用，同時(shí)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的提升產(chǎn)生積極影響，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全問(wèn)題提高重視程度，使人們出行的安全得到有效保證。鋼結(jié)構(gòu)橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)良好，需要廣泛使用這個(gè)技術(shù)，同時(shí)逐步創(chuàng)新與優(yōu)化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，從而全面提升鋼結(jié)構(gòu)橋梁的質(zhì)量，保證鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全性。

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