平面板材和角狀板材的貼角焊縫質(zhì)量檢測(cè)方法分析

陳 艷 （安徽建工檢測(cè)科技集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

焊接不僅是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一，也是保障工程結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵技術(shù)。在橋梁、建筑及其他高安全要求的工程結(jié)構(gòu)中，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性。特別是對(duì)于承受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，例如南淝河大橋波形鋼腹板橋梁，焊縫質(zhì)量的檢測(cè)成為了確保其長期安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)焊縫檢測(cè)技術(shù)如超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和射線檢測(cè)等，雖然被廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)中，但在某些類型的焊縫檢測(cè)時(shí)存在局限性。例如，超聲波檢測(cè)在評(píng)估部分熔透焊縫方面存在誤判的可能，導(dǎo)致焊縫內(nèi)部缺陷被忽視，從而潛在地威脅結(jié)構(gòu)安全。因此，開發(fā)一種精確、可靠且操作簡便的新型焊縫質(zhì)量檢測(cè)方法顯得尤為迫切。

本文提出了一種基于剪力參數(shù)的焊縫質(zhì)量檢測(cè)新方法，該方法專門針對(duì)平面板材和角狀板材的貼角焊縫。與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)相比，該方法直接利用剪力來模擬實(shí)際工作狀態(tài)下的負(fù)荷條件，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估焊縫的結(jié)構(gòu)完整性。具體來說，該檢測(cè)方法基于一種檢測(cè)工裝，對(duì)焊接部件施加平行于焊接面的剪力，測(cè)定其能承受的最大剪力，即在焊縫發(fā)生顯著破損前所能抵抗的剪力。此外，通過考察焊縫在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度水平時(shí)是否存在明顯缺陷，來判斷焊接質(zhì)量的合格性。本文將介紹該檢測(cè)方法的工裝結(jié)構(gòu)、檢測(cè)原理、工藝流程及其檢測(cè)質(zhì)量保障措施。

2 技術(shù)特點(diǎn)

基于剪力參數(shù)的平面板材和角狀板材貼角焊縫質(zhì)量檢測(cè)方法，其技術(shù)特點(diǎn)可概括如下。

精確性：該技術(shù)通過施加剪力直接模擬焊縫在實(shí)際使用中可能遇到的負(fù)載情況，從而能夠更精確地評(píng)估焊縫的性能和質(zhì)量。

可靠性：與傳統(tǒng)的焊縫檢測(cè)方法相比，本文設(shè)計(jì)的方法基于物理響應(yīng)，而不是僅僅依賴于設(shè)備感應(yīng)，減少了對(duì)技術(shù)依賴性，提高了檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

操作簡便：該方法使用的檢測(cè)工裝構(gòu)造簡單、操作方便，易于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速的焊縫質(zhì)量評(píng)估。

適應(yīng)性強(qiáng)：該方法適應(yīng)不同尺寸和型號(hào)板材的要求，尤其對(duì)平面板材和角狀板材的貼角焊縫，能夠有效準(zhǔn)確地檢測(cè)其質(zhì)量。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：通過對(duì)剪力參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)并提供實(shí)時(shí)反饋，有助于識(shí)別焊縫質(zhì)量的變化。

3 工裝結(jié)構(gòu)

本研究聚焦于焊接質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)，尤其是針對(duì)平面和角形板材接合處的貼角焊縫的檢測(cè)設(shè)備。這種工裝設(shè)備構(gòu)件包含了上壓板、下壓板、左擋件、右擋件、插槽、頂推機(jī)構(gòu)、傳力墊和伸縮桿，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

本文研究的焊接質(zhì)量檢測(cè)對(duì)象主要是平板和角板的貼角接焊縫。具有平整焊接表面的板狀構(gòu)件稱為平面板材，在橫斷面上顯示為V 形或L 形的板狀構(gòu)件稱為角狀板材。在角狀板材中，轉(zhuǎn)角處棱邊將角板分為兩個(gè)部分：一部分與平板貼合并進(jìn)行焊接，被稱為角形板材的貼合部；而另一部分突出于焊接區(qū)域之外，稱為角形板材的伸出部。

在檢測(cè)工裝結(jié)構(gòu)中，下壓板的左右兩側(cè)底面分別與左右擋件相連，并且由頂推機(jī)構(gòu)承托，左右擋件與下壓板左右兩側(cè)滑動(dòng)貼合。置于下壓板頂面的平面板材與角狀板材貼合部連接，形成貼角焊縫，并保持其焊接面垂直放置，角狀板材另一面伸出部分平行于下壓板，多余延伸部分插入左或右擋件的內(nèi)側(cè)槽口，用于固定角狀板材豎向位移。在上壓板與角形板材之間，嵌入用于傳遞壓力的墊片，該墊片的上端部分與上壓板連接，并突出于平面板材之上。

4 檢測(cè)原理

本文提出的焊縫檢測(cè)方法核心在于利用剪切應(yīng)力來評(píng)估焊接接頭的質(zhì)量，通過模擬實(shí)際工作條件下焊縫所承受的力，來檢測(cè)焊縫在受剪應(yīng)力作用時(shí)的響應(yīng)。

該方法的檢測(cè)原理是通過對(duì)焊接件施加剪力并監(jiān)測(cè)焊縫在受力過程中的狀況來評(píng)價(jià)焊縫質(zhì)量。在使用期間，頂推系統(tǒng)作用于下壓板將其推向上方，同時(shí)上壓板被鎖定或者其上端與限位臺(tái)面相抵。因此，下壓板對(duì)位于其下的平板材傳遞上行的垂直力，而上壓板則通過墊層將垂直向下的力傳遞給角板件。這種作用機(jī)制為平板材和角板材的接合面提供了必要的剪切力。

“剪切”是指一對(duì)相距很近、大小相同、指向相反的橫向外力。剪力方向與焊接面平行，通過逐步增加剪力直至焊縫出現(xiàn)明顯破壞或達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，從而判斷焊縫能否承受預(yù)定的剪切強(qiáng)度，確保結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。檢測(cè)工裝的構(gòu)造可以精確地施加和測(cè)量剪力，保證焊縫主要承受預(yù)定方向的剪切力，同時(shí)限制其他非目標(biāo)方向的力的干擾，從而提高檢測(cè)的精確性和可靠性。

通過分析焊縫在受剪切力作用下的響應(yīng)，對(duì)焊縫的完整性和性能進(jìn)行評(píng)估。如果焊縫存在未鋪滿或裂縫等缺陷，它在受到剪切力時(shí)的形變行為將與健康的焊縫有所不同。這種差異可通過傳感器檢測(cè)，并通過數(shù)據(jù)分析軟件來處理。如果形變超出了預(yù)定的合格標(biāo)準(zhǔn)，可以判定焊縫質(zhì)量不合格，需要進(jìn)一步處理或修復(fù)。反之，則達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 檢測(cè)工藝流程

檢測(cè)工藝流程如圖2所示。

圖2 檢測(cè)工藝流程圖

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 準(zhǔn)備階段

確保所有檢測(cè)設(shè)備的功能正常且已校準(zhǔn)。

清理平面板材和角狀板材的表面，確保沒有雜質(zhì)或涂層影響焊縫的檢測(cè)。

根據(jù)待檢測(cè)的工件尺寸和形狀，調(diào)整檢測(cè)工裝的左擋件和右擋件，確保能夠適配工件。

基于焊縫實(shí)際的工作環(huán)境與力學(xué)要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的加載方案，精準(zhǔn)施加平行于焊縫面的剪切力，確保力的方向和實(shí)際作用力一致，以適配不同焊縫的檢測(cè)需求。

5.2.2 安裝工件

將平面板材和角狀板材正確地固定在檢測(cè)工裝中，確保平面板材的焊接面豎直并與下壓板頂面中部對(duì)齊。

角狀板材的棱邊需水平布置，且其伸出部的自由端插入右擋件的插槽內(nèi)，保證其穩(wěn)定性。

5.2.3 加載階段

使用頂推機(jī)構(gòu)對(duì)平面板材和角狀板材施加剪力，且剪力方向平行于平面板材和角狀板材的焊接面，力的大小和施加速度按實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過壓力傳感器等測(cè)力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

通過傳力墊向上壓板傳遞力，傳力墊由硬質(zhì)材料（如鋼材）制成，確保力的有效傳遞。

5.2.4 應(yīng)力監(jiān)控

逐漸增大剪力并同時(shí)觀察平面板材和角狀板材的貼角焊縫的狀態(tài)，傳感器監(jiān)控剪切應(yīng)力變化。初步分析數(shù)據(jù)，確認(rèn)是否存在明顯偏差或異常指標(biāo)。

在整個(gè)加載過程中，使用傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄焊縫的響應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)焊縫表現(xiàn)的不同破壞模式和剪力的變化，評(píng)估焊縫的質(zhì)量和強(qiáng)度。

5.2.5 結(jié)果分析

根據(jù)理論模型和經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并詳細(xì)分析，評(píng)估焊縫的質(zhì)量。對(duì)比檢測(cè)中得到的焊縫承受的極限剪力與設(shè)計(jì)要求的剪力，判斷焊縫是否達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于檢測(cè)合格的焊縫，可以直接進(jìn)入下一步使用或加工流程；對(duì)于檢測(cè)不合格的焊縫，根據(jù)報(bào)告中的推薦意見進(jìn)行修復(fù)或重新焊接。

5.2.6 設(shè)備清理

完成檢測(cè)后，卸載工件并對(duì)檢測(cè)工裝進(jìn)行清理保養(yǎng)，清理焊縫區(qū)域，移除任何可能影響檢測(cè)結(jié)果的雜質(zhì)或涂層，確保下一次使用的準(zhǔn)確性和安全性。

6 保障措施

下壓板的頂端中央?yún)^(qū)域承載了平面板材，確保力的分布均衡，同時(shí)避免了工裝設(shè)備的傾斜現(xiàn)象，力的中心區(qū)域越近，可靠性越高。傳力墊由至少兩片硬性板材重疊而成，根據(jù)實(shí)際需求可選擇不同數(shù)量的硬性板材層疊使用，這些硬性板材一般采用鋼制材料，因其不易發(fā)生形變確保了更優(yōu)的使用效果。頂推裝置采用千斤頂設(shè)計(jì)，操作起來便捷迅速。剪切力的大小由壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，對(duì)剪切力的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄。左側(cè)和右側(cè)的擋件均具有可調(diào)整高度的垂直結(jié)構(gòu)，并且這兩部分都通過可伸縮的桿件與下壓板的底部相連結(jié)。此設(shè)計(jì)允許裝置適配多種尺寸的板材，從而提升了其通用性與實(shí)用性。

下壓板的兩側(cè)與左右擋件相互滑動(dòng)接合，三者形成限位，固定于一平面內(nèi)，有效避免了檢測(cè)過程中工裝的傾斜，確保了工件受力的均勻性，進(jìn)而增強(qiáng)了檢測(cè)的精度。由于上壓板與角形板材之間嵌入了用于傳遞壓力的墊片，墊片由硬質(zhì)材料（如鋼材）制成，確保力的有效傳遞，避免了在受力時(shí)角部發(fā)生傾斜的現(xiàn)象，從而提升了檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

需要定期對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，制定維護(hù)計(jì)劃，對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，減少因設(shè)備故障導(dǎo)致的誤差；對(duì)操作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，確保熟悉檢測(cè)技術(shù)和相關(guān)的質(zhì)量要求。

通過以上設(shè)計(jì)和措施，有效解決了反作用力及頂推固定的問題，保障了平面板材和角狀板材的貼角焊縫檢測(cè)效果和質(zhì)量。

7 結(jié)語

本文介紹了一種新型的焊縫質(zhì)量檢測(cè)方法，用于評(píng)估平面及角狀板材的角焊縫質(zhì)量，該技術(shù)已成功應(yīng)用于南淝河大橋的波形鋼腹板橋梁。該方法直接利用剪力來模擬實(shí)際工作狀態(tài)下的負(fù)荷條件，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估焊縫的結(jié)構(gòu)完整性，不僅為關(guān)鍵部位焊縫檢測(cè)提供了一個(gè)既實(shí)用又高效的制程，也為焊縫檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域增添了一項(xiàng)新的檢測(cè)方法。隨著新材料和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，焊縫檢測(cè)方法將繼續(xù)演進(jìn)，以適應(yīng)更高性能要求和更復(fù)雜構(gòu)件的檢測(cè)。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的集成有望進(jìn)一步提升焊縫檢測(cè)的智能化水平，使之更加快速和靈活。