無損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量控制中的應(yīng)用

無損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量控制中的應(yīng)用摘要：隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷投入以及我國(guó)的橋梁技術(shù)的大力發(fā)展，大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁日益被廣泛運(yùn)用。如何采用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)，對(duì)其制造、拼裝施工以及運(yùn)營(yíng)中的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，確保通行安全，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。本文主要對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和探討。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)橋梁；焊接質(zhì)量；無損檢測(cè)；鋼結(jié)構(gòu)橋梁以其跨越距離長(zhǎng)、自重較輕、抗震性能強(qiáng)、運(yùn)輸安裝便利、工業(yè)化制造程度高以及可回綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，近些年在橋梁建設(shè)中所占的比例越來越高，尤其在跨江河及跨海工程中被廣泛運(yùn)用。這類大型橋梁作為交通體系的重點(diǎn)組成部分，具有打通地理界線，保證交通安全，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大作用。因此，有必要采用科學(xué)有效的檢測(cè)手段，來保證此類橋梁在施工及運(yùn)營(yíng)階段的質(zhì)量安全。本文主要對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并結(jié)合蕪湖長(zhǎng)江公鐵兩用大橋鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，以供參考。1無損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中應(yīng)用概述鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量的控制要點(diǎn)主要有原材料性能、拼裝工藝、焊接質(zhì)量、防腐層涂裝等幾方面，其中焊接質(zhì)量尤為關(guān)鍵。受焊接環(huán)境條件，工藝水平，操作人員能力和設(shè)備狀況等多方面因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)一些焊接質(zhì)量缺陷；如焊縫裂紋，電弧擦傷、氣孔、咬邊、夾渣、未熔合和未焊透等。特別在現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接環(huán)節(jié)，更容易出現(xiàn)此類質(zhì)量問題。無損檢測(cè)借助專業(yè)的儀器設(shè)備，以不損傷構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性和使用功能為前提，采用物理或化學(xué)原理進(jìn)行檢驗(yàn)、測(cè)試，收集分析數(shù)據(jù)，對(duì)被測(cè)構(gòu)件及焊縫的內(nèi)外部質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。目前，除了對(duì)原材和拼裝工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制外，采用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段制造及現(xiàn)場(chǎng)拼裝作業(yè)中的焊縫進(jìn)行檢測(cè)，已成為鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的主要手段之一。目前，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接質(zhì)量檢測(cè)中采用無損檢測(cè)方法主要有用于淺表面的磁粉和滲透技術(shù)，以及用于焊縫內(nèi)部檢測(cè)的超聲波、射線及相控陣技術(shù)，本文將對(duì)這些檢測(cè)方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。2鋼結(jié)構(gòu)橋梁常用無損檢測(cè)方法2.1超聲波探傷超聲波探傷作為無損檢測(cè)技術(shù)中最常用的一種檢測(cè)方法，已被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量的檢測(cè)工作當(dāng)中。該檢測(cè)方式速度較快，設(shè)備便攜且操作方便，成本較低?；驹硎抢贸暡ㄔ诖┩甘軝z構(gòu)件體中非均勻介質(zhì)時(shí)發(fā)生的不同反射現(xiàn)象來判定缺陷。先用探頭發(fā)射高頻聲波，再將接收到的反射波進(jìn)行電信號(hào)處理并顯示在儀器屏幕上，根據(jù)反射順序區(qū)分底波和缺陷信號(hào)，用標(biāo)準(zhǔn)試塊標(biāo)定，最終完成對(duì)缺陷位置和形狀大小的確認(rèn)。超聲波探傷對(duì)母材厚度，焊接型式有一定的適用性要求，且評(píng)定結(jié)果的精確性受檢測(cè)人員的技術(shù)能力和從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的影響較大。2.2磁粉探傷磁粉探傷在無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中較為廣泛，常用于焊接裂紋等淺表面質(zhì)量檢測(cè)。該方法具有檢測(cè)速度快，靈敏度高，設(shè)備簡(jiǎn)單，檢測(cè)成本低的優(yōu)勢(shì)。其原理是利用磁感應(yīng)現(xiàn)象，先對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行磁化，使其內(nèi)部產(chǎn)生磁感應(yīng)，如結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)缺陷，磁感應(yīng)分布被擾亂，產(chǎn)生局部漏磁。通過缺陷部位漏磁產(chǎn)生吸收磁粉的特點(diǎn)，判定缺陷的位置、形狀及大小。缺點(diǎn)是檢測(cè)深度有限，對(duì)構(gòu)件或焊縫內(nèi)部質(zhì)量通常無法判定，且該方法受構(gòu)件尺寸和形狀有一定限制，檢測(cè)結(jié)束后需要退磁消除應(yīng)力處理，相對(duì)繁瑣。2.3射線探傷射線探傷一般適用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要對(duì)接焊縫的檢測(cè)，以及超聲波對(duì)全熔透性焊縫缺陷不能進(jìn)行判斷的情況。射線探傷檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是能夠準(zhǔn)確判斷出缺陷的具體位置和形狀，檢測(cè)結(jié)果可靠性程度高。其原理是利用X和Y射線輻射受檢構(gòu)件，由于射線穿過不同密度體后（如有缺陷），會(huì)在預(yù)先放置在構(gòu)件另一側(cè)的特殊膠片上形成因射線強(qiáng)度差異構(gòu)成的潛影，經(jīng)暗室處理后成為不同黑度的直觀圖形。缺點(diǎn)在于成本相對(duì)較高，且由于檢測(cè)設(shè)備具有輻射性，需要封閉現(xiàn)場(chǎng)，中斷臨近工作面的施工作業(yè)，并對(duì)檢測(cè)人員予以防護(hù)。2.4滲透探傷滲透檢測(cè)技術(shù)常用于鋼結(jié)構(gòu)裂紋、夾雜、疏松等表面開放性缺陷的檢測(cè)，一般鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工階段應(yīng)用較少。該方法利用毛細(xì)作用的原理，將有色或熒光滲透劑涂布在受檢構(gòu)件表面，待滲透完成后再涂布顯像劑，將缺陷中的滲透劑吸收至顯像劑中并在光源下得到顯示。優(yōu)點(diǎn)是不需要額外設(shè)備，操作簡(jiǎn)單方便，顯示較為直觀。缺點(diǎn)是檢測(cè)速度較慢，且對(duì)受檢構(gòu)件表面的光潔度和粗糙程度的要求較高，否則容易出現(xiàn)漏檢。2.5相控陣相控陣技術(shù)原理是采用由電子器件控制的多晶片組成的陣列探頭，按照一定規(guī)律延遲發(fā)射和接收超聲波，使超聲波束發(fā)生聚焦和偏轉(zhuǎn)形成大角度波陣面，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件或焊縫的快速掃描。該方法適應(yīng)性強(qiáng)，檢測(cè)速度大幅提高，能夠完整并準(zhǔn)確顯示缺陷的部位和幾何尺寸，并可在鋼結(jié)構(gòu)橋梁復(fù)雜構(gòu)件的焊縫檢測(cè)及其他檢測(cè)方式容易形成盲區(qū)的部位中使用。3無損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的實(shí)際應(yīng)用3.1工程概況2019年底完成建設(shè)的新蕪湖長(zhǎng)江大橋，跨江主橋全長(zhǎng)1234.6米，主跨588米，采用公鐵兩用設(shè)計(jì)，下層通行兩線客運(yùn)專線及兩線市域軌道交通線，上層為雙向八車道城市主干路。大橋鋼結(jié)構(gòu)總工程量10.5萬(wàn)噸，范圍包括跨江主橋鋼箱梁、無為和蕪湖兩側(cè)引橋鋼箱梁、匝道橋鋼箱梁。3.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及焊縫分布大橋立面簡(jiǎn)圖及主橋橫斷面圖如圖1、圖2。主要鋼結(jié)構(gòu)包括：鐵路節(jié)段梁、公路節(jié)段梁、桿件、橋面板、梁段及各種零部件等組成；鋼梁采用Q370qE、Q420qE、Q500qE鋼板。大橋主要角焊縫包括主要桿件的蓋板與腹板的連接焊縫，下弦桿的節(jié)點(diǎn)板與上水平板連接焊縫，下弦桿的錨箱承壓板與腹板連接焊縫，鋼錨梁的錨箱座板、承壓板與腹板連接焊縫，鋼牛腿頂板與壁板連接焊縫，橫梁接頭板與弦桿豎板連接焊縫，橋面板與U形肋連接焊縫，橫、縱梁與橋面板連接焊縫，鋼箱梁腹板與頂、底板連接焊縫。圖2蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋主橋橫斷面簡(jiǎn)圖3.3檢測(cè)方法及抽檢比例分配作為第三方檢測(cè)項(xiàng)目，本工程按全橋需檢測(cè)焊縫長(zhǎng)度總長(zhǎng)的10%的比例抽檢，采用超聲波、磁粉及射線三種檢測(cè)方式，總的焊縫檢測(cè)量如下：根據(jù)焊縫類型及數(shù)量，考慮廠內(nèi)工業(yè)化制造和現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接的不同質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)狀況，將兩個(gè)加工廠和現(xiàn)場(chǎng)需檢測(cè)的焊縫總數(shù)以不同檢測(cè)方法予以分配。具體是超聲波和磁粉檢測(cè)比例為：加工廠60%，現(xiàn)場(chǎng)40%；射線檢測(cè)比例為：加工廠30%，現(xiàn)場(chǎng)70%。焊縫的無損檢測(cè)按照Q/CR9211-2015《鐵路鋼橋制造規(guī)范》執(zhí)行，其中：超聲檢測(cè)按Q/CR9211-2015附錄E，射線檢測(cè)按Q/CR9211-2015附錄F，磁粉檢測(cè)按Q/CR9211-2015附錄G。3.4檢測(cè)特點(diǎn)及重難點(diǎn)處理兩個(gè)加工廠內(nèi)的焊縫主要分布在鐵路橋面、公路橋面、主桁桿、鋼錨梁、鋼牛腿焊縫，焊接接頭類型以對(duì)接焊縫和T型角焊縫為主；而現(xiàn)場(chǎng)鋼構(gòu)件分段拼裝的焊縫則以對(duì)接焊縫為主。加工廠內(nèi)T型角焊縫接頭主要采取超聲波檢測(cè)，T型焊縫一般不采用射線檢測(cè)，原因在于在拍片時(shí)容易出現(xiàn)較大的厚度差，其次是膠片不易貼緊，再者操作的空間有限，很難取得較好的檢測(cè)效果。加工廠及現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)接焊縫采用超聲波檢測(cè)為主，在焊縫容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的薄弱環(huán)節(jié)和超聲波檢測(cè)無法判定的部位處采用射線檢測(cè)抽查或復(fù)核。部分角焊縫及一定比例的對(duì)接焊縫采取磁粉檢測(cè)，查找表面缺陷，尤其是射線檢測(cè)不易發(fā)現(xiàn)的細(xì)小裂紋。蕪湖長(zhǎng)江大橋主橋節(jié)段對(duì)接焊縫中有部分焊縫為熔透角焊縫，且母材厚度大，此類焊縫是的關(guān)鍵受力焊縫，超聲波檢測(cè)難度也較大。一方面要注意坡口方向，在坡口面應(yīng)采用一次與二次波共同觀察與評(píng)定，另一方面此類焊縫應(yīng)增加一個(gè)檢測(cè)部位，觀察這個(gè)部位是否存在焊接熱撕裂。具體如下圖：3.5檢測(cè)結(jié)果本橋第三方檢測(cè)過程中，超聲波檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)缺陷13.06延米，主要為夾渣、氣孔等缺陷；磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷11.61延米，主要為表面弧坑裂紋及咬邊；射線檢測(cè)過程中的顯示主要為氣孔夾渣，均為記錄性缺陷，符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)驗(yàn)收。缺陷處焊縫經(jīng)返修處理，復(fù)檢合格，確保了橋梁制造及拼裝質(zhì)量。4結(jié)束語(yǔ)總的來說，無損檢測(cè)技術(shù)可以根據(jù)不同構(gòu)件及焊縫接頭型式，選擇合適的檢測(cè)方法，能夠較為準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)缺陷和病害，指導(dǎo)施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)，已逐漸成為鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量檢測(cè)的主要手段。同時(shí)，新的無損技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁上的