鋼橋焊縫無損檢測

1、 橋梁雜志 鋼橋焊縫的無損檢測文/史永吉 史志強 曾志斌 方興 王輝 白玲由于焊接是在特定條件下的局部再冶金過程,所以,產(chǎn)生焊接缺欠是不可避免的,但是,這些缺欠不應(yīng)損害設(shè)計所期望的接頭性能,這中間存在一個容許限值,超過者為缺陷。因此,檢測出缺欠(imperfection ,并判斷其為缺陷(defect ,提請修補,是確保焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。 焊接接頭的檢測方法 考慮到各種檢測試驗方法的特性,以及各種焊接缺欠的特征,應(yīng)選擇合適的無損檢測試驗方法來檢測各種缺欠。另外,需考慮金屬材料類別、焊接接頭類型和焊接方法,來決定檢查試驗標準。 (1 目視檢查(VT :Visual testing 目視檢查是指

2、直接用肉眼或借助放大鏡、焊規(guī)等簡便工具檢查焊縫表面狀態(tài),如形狀、顏色、粗糙度、有無缺欠,特別是焊縫尺寸、咬邊、重疊、波紋、凸凹等。 (2 磁粉探傷試驗(MT :Magnetic Particle testing 磁粉探傷是對強磁性鋼材磁化,在裂紋等缺陷處產(chǎn)生磁極(S 極、N 極而吸收磁粉,并由此識別裂紋等。 其原理是,導(dǎo)體磁化時材料中產(chǎn)生磁束,如表面有裂紋,在裂紋兩側(cè)產(chǎn)生磁極,鐵粉被吸引到磁極處,根據(jù)鐵粉附著狀態(tài)探知有無裂紋及裂紋長度。 磁粉探傷適用于表面或表面下的線狀缺欠(裂紋。焊縫處裂紋通常用交流極間法+濕式熒光磁粉法。纜索腐蝕程度通常用交流磁通量法。 (3 浸透探傷試驗(PT :Liqu

3、id penetrant testing 操作順序如下,用清洗劑除去檢測處污物,噴涂紅色滲透液(粘度極低、滲透性強,10分鐘后用棉布擦掉表面的滲透液,用清洗劑清除,噴涂白色顯像液,吸附出滲透液。由此可測出有無缺欠、位置和長度。(4 放射線探傷試驗(RT :Radiographic testing 用放射線照射檢測處,由透過的射線強度變化并在焊縫背面的膠片上顯示濃淡程度來判斷缺欠的狀態(tài)。射線源可用X 射線、射線、中子射線。通常采用X 射線,可檢測氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋、咬邊等。采用該方法時應(yīng)注意缺欠面受射線角度的限制,評定膠片顯像時避免把某些表面缺欠(咬邊、凸凹處等誤判為裂紋等。橋梁雜

4、志 橋梁雜志 w w w .c h i n a b r i d g e .o r g .c n橋梁雜志 (5 超聲波探傷試驗(UT :Ultrasonic testing 超聲波在試驗體中傳播時,利用其音響性質(zhì),判斷內(nèi)部缺欠和性質(zhì)。由探頭射入高頻(110MH Z 聲波,在用水晶板振子上通過高頻電壓,使其產(chǎn)生機械振動,從而產(chǎn)生電壓的變化。根據(jù)超聲波傳播的時間差,和振子的振動程度,并在顯示屏上顯示缺欠反射波高度和傳播時間,據(jù)此測定有無缺欠及其位置和尺寸。圖2.2為超聲探傷原理及波形。 此外,還有聲發(fā)射試驗(AET ,是為把握缺欠成長狀態(tài)的方法。 焊接缺欠和缺陷 表1 各種焊接缺欠匯總表 外觀缺欠

5、焊縫不完整(包括焊縫尺寸不足,大小厚薄不均,咬邊,重疊,熔坑,瘤掛,飛濺,氣孔,夾渣,焊縫表面變色,余高及焊波異狀,焊縫接頭咬邊,熔合不良,各種裂紋,變形等。 內(nèi)部缺欠 氣孔,夾渣,各種裂紋,焊道與母材以及焊道之間未熔合,未熔透,燒穿,殘余應(yīng)力,焊縫金屬偏析,焊縫金屬和HAZ 軟化或粗粒狀組織,各種析出脆化,HAZ 硬化,以及近縫區(qū)層狀撕裂等。 熱處理或使用中引起的缺欠 焊縫金屬和HAZ 的后熱處理脆化及裂紋,熱疲勞或熱應(yīng)力引起的脆化和裂紋,析出脆化,時效脆化,晶粒間腐蝕,應(yīng)力腐蝕裂紋,焊接處軟化,異種鋼材接頭連接脆化,同種材料連接的剝離現(xiàn)象,焊接處氧化等。 這些焊接缺欠中,從焊接接頭強度方面

6、看可分為:幾何缺欠和材質(zhì)缺欠。其中,幾何缺欠分為平面缺欠、立體缺欠和不明確型式的缺欠三類。在這些幾何缺欠中,如何判斷其為有害缺欠即缺陷是非常重要的課題。一般而言平面缺欠的危害最嚴重。然而,就對強度影響而言,不僅僅是缺欠的形狀和尺寸,存在缺欠部位的應(yīng)力使之擴展并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞也是必須考慮的更重要因素。關(guān)鍵是根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)中缺欠所處條件(缺欠形狀和大小,作用應(yīng)力狀態(tài)等,不降低結(jié)構(gòu)所必備的機能。因此,需制定合適的焊接質(zhì)量標準,選擇適用的檢測方法,確認是否滿足這些條件。 焊縫外觀質(zhì)量及檢查橋梁雜志 橋梁雜志 w w w .c h i n a b r i d g e .o r g .c n橋梁雜志 表2 焊

7、縫外觀質(zhì)量 缺陷種類容限 檢測方法 檢查范圍 表面裂紋不允許 VT 、MT 、PT焊縫全長 重疊不允許 VT 焊縫連接處 飛濺 不允許 VT 焊縫全長未填滿 不允許 VT 對接縫全長角焊縫焊腳尺寸S 及喉高S a 的誤差S 、S a原則上S 0,S a 0。但是,工字形構(gòu)件除兩端50mm 范圍,其余焊縫全長10%范圍內(nèi)S 、S a 容許有-1mm 的誤差 VT 焊縫全長 對接焊縫余高hB <15mm h 3mm 15B <25mm h 4mm 25B h 4B/25mm B 焊縫寬度 VT 焊縫全長 區(qū)分 非調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)鋼 焊縫垂直于主應(yīng)力 0.3mm 0.3mm 主構(gòu)件焊縫平行于

8、主應(yīng)力 0.5mm 0.3mm 咬邊深度 次構(gòu)件 0.8mm VT 焊縫全長 表面氣孔、夾渣、熔坑等眼坑主構(gòu)件的對接焊、角焊、隅角焊的表面不得有眼坑。 次構(gòu)件的角焊,一個接縫或1m 長度內(nèi)允許有3個眼坑,當眼坑深度小于1mm 時,3個算一個。VT 焊縫全長 表面凸凹 任意25mm 長度范圍內(nèi)凸凹度3mm VT 焊縫全長 焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢測焊縫內(nèi)部缺陷通常采用X 射線法和超聲波法檢查。超聲波探傷的適合板厚約為8100mm 。X 射線為40mm 以下,若有充分的試驗資料,橋梁雜志 橋梁雜志 w w w .c h i n a b r i d g e .o r g .c n橋梁雜志 X 射線法也可用于&

9、gt;40mm 板厚。超聲波法適用于對接焊縫、全熔透角接焊縫等接頭,超聲波法難以判斷不熔透角焊縫焊根處的缺欠大小,一般不宜用于不熔透角接焊縫,對于采用調(diào)質(zhì)鋼的重要部位的部分熔透隅角焊縫,需經(jīng)足夠的試驗,由有經(jīng)驗的操作人員進行檢查。X 射線法僅適用便于背面貼膠片的對接焊接頭。 隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展,同時,由于X 射線法在探測危害更大的平面缺陷時的靈敏度及判斷缺陷性質(zhì)方面比超聲波法稍差,加之受安全防護、工期等條件制約,超聲波法應(yīng)用于廠內(nèi)和現(xiàn)場檢測越來越多。順便說一下,國內(nèi)目前的一些規(guī)范中規(guī)定,在超聲波檢測后再用X 射線檢查,是一種不合適的傾向,兩者之間幾乎沒有一一對應(yīng)的相關(guān)性。 無論是X 射線法或

10、是超聲波法都不能準確定性缺陷的類別,如裂紋與未熔合,氣孔與夾渣等的區(qū)別,至多根據(jù)缺陷的位置、形狀以及焊接方法等憑經(jīng)驗進行判別。所以,目前世界各國的焊縫無損探傷規(guī)范中都規(guī)定了相應(yīng)的探傷質(zhì)量等級,而不能像外觀檢查那樣給出各種缺陷定量的容限標準。從而要求進行無損探傷質(zhì)量評定的人員應(yīng)有足夠的相關(guān)知識,根據(jù)檢測結(jié)果,缺陷類別和接頭受力狀況等做出焊縫內(nèi)部質(zhì)量等級準確判斷。 順便說一下,不應(yīng)把無損檢測中劃分的質(zhì)量等級等同于焊縫質(zhì)量等級,焊縫質(zhì)量只有合格與不合格之分,它涉及更廣的含義,如外觀質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、焊接接頭的力學(xué)性能等。 X 射線探傷缺陷質(zhì)量等級分類 (1對接焊縫X 射線探傷缺陷分類及其計量 橋梁雜志

11、 橋梁雜志 w w w .c h i n a b r i d g e .o r g .c n橋梁雜志 表 3 缺陷分類及計量 1 類：帶有氣孔或與此類似的圓狀缺陷 缺陷分類 2 類：細長夾渣、針狀氣孔或與此類似的缺陷 3 類：裂紋或與此類似的缺陷 X 射線有效視 野大小 適用于 1 類 缺陷 母材厚度（mm） 視野大?。╩m） 25 10×10 25100 10×20 100 10×30 1 類缺陷點數(shù)計算 缺陷長徑(mm 缺陷點數(shù) 2.0 點數(shù) 1 1.0 1.1 2 2 類缺陷的長度及容限 缺陷種類 缺陷長度 夾渣 未焊透、未熔合 可略去的缺陷 大小 適用于

12、1 類 缺陷 1 2 倍數(shù) 母材厚度（mm） 缺陷長度（mm） ww 梁 w. 雜 ch 志 in ab ri （2）缺陷質(zhì)量等級劃分 表4 各類缺陷質(zhì)量等級劃分 2 類缺陷 12 1348 t/4(mm 48 12(mm 3類 缺陷 1 類缺陷 50 板 厚 (mm 10 25 100 100 板厚 (mm 1級 橋 1級 0 2點 4點 5 12 點 5點 6 15 點 6點 7 18 點 等 級 2級 1 3點 3 6點 2級 3級 4 6點 7 12 點 13 24 點 16 30 點 19 38 點 3級 4級 缺陷點數(shù)大于 3 級時 注： 1 類缺陷的質(zhì)量等級按表 4.4 中的缺陷

13、點數(shù)決定，2 類缺陷的質(zhì)量等級按表 3.3 中的缺陷容限 5 橋梁雜志 dg 橋 e. 梁 or 雜 g. 志 cn 2.1 3.0 3.1 4.0 4.1 6.0 6.1 8.0 8.1 3 6 10 15 25 把 2 個以上缺陷長度總和作為容限 2 個以上缺陷，小于較大缺陷的尺寸 小于 3 倍較大缺陷的尺寸 25 0.5 2550 0.7 50 0.014t(t:母材厚度 3(mm 均為 4級 3.1 4.0(mm t/4 t/3(mm 13 16(mm 4.1 6.0(mm t/3 t/2(mm 17 24(mm 橋梁雜志 長度決定，第 3 類缺陷不允許，均定為 4 級。 1 類、2

14、類缺陷混合時，取較高的等級。 超聲波探傷的缺陷等級分類 缺陷等級分類 表5 區(qū)域 板厚（mm） 1級 2級 等級 3級 4級 超聲波探傷缺陷等級劃分（反射波高） 檢測是 H 線級別時為區(qū) 18 1860 60 18 6mm 618mm 1860 t/3 t/3t/2 t/2t 20mm 20 30mm 31 60mm 18mm 超過 3 級均為 4 級 注：t 為板厚，不等厚板對接時取較薄的板厚。 內(nèi)部缺陷抽檢數(shù)量及質(zhì)量判定 日本公路橋設(shè)計規(guī)范及解釋關(guān)于工廠主要構(gòu)件全熔透對接焊及現(xiàn)場全熔透對接焊接 頭無損檢測抽檢率及質(zhì)量標準的規(guī)定（表 6，表 7） 。 表 6 主要構(gòu)件廠制全熔透對接焊接頭無損

15、檢測率 ww 梁 w. 雜 ch 志 in ab ri 構(gòu)件 一批中最多的焊 縫接頭數(shù)量 1 5 受拉構(gòu)件 受壓構(gòu)件 受彎 構(gòu)件 受拉翼緣 受壓翼緣 1 5 橋 腹 板 垂直于應(yīng)力 方向 1 平行于應(yīng)力 方向 1 鋼橋面板 1 注： X 射線抽查單位為一張片 30cm，超聲波抽查單位為 1 個接頭的焊縫全長。 一批中有 2 個以上接頭時，1 個接頭抽查不合格，每個接頭均需抽查。X 射線抽查 1 張不合格 時應(yīng)加倍抽查，直至焊縫全長，確認缺陷范圍。 表 7 現(xiàn)場焊接的全熔透對接焊接頭無損檢測率 構(gòu)件 鋼橋墩的頂帽和柱 6 X 射線抽檢部位 dg 橋 e. 梁 or 雜 g. 志 cn 60 4mm t/4 15mm 46mm 69mm t/4t/3 t/3t/3 15 20mm 20 30mm X 射線抽檢率 （張/批） 1張 1張 1張 1張 超聲波抽檢率 （接頭/批） 1 1 1 1 1 1 1 1 張（包括受拉區(qū)） 1 張（包括端部） 1