鋼橋焊縫無損檢測標準研究可行性報告【新】

1、第18頁 共18頁鋼橋焊縫無損檢測標準研究可行性報告中國水利水電第三工程局有限公司 科研課題可行性研究報告 項目名稱： 西安市灃河?xùn)|路曲塔斜拉橋工程 課題名稱： 鋼橋焊縫無損檢測標準研究 申請單位： 長安大學(xué) 起止時間： 2022年11月 至 20XX年5月 承擔(dān)單位： 中國水利水電第三工程有限公司 項目負責(zé)人： 鄔曉光 通信地址： 西安南二環(huán)中段長安大學(xué) 郵政編碼： 710064 聯(lián)系電話：傳 真：申請日期： 2022年10月20日 一、 鋼橋焊縫無損檢測標準研究目的和意義 編寫要求： 1. 描述與課題研究內(nèi)容緊密相關(guān)的水利水電等行業(yè)的

2、實際生產(chǎn)力水平和今后的發(fā)展方向； 2. 闡述課題成果對該現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展的作用； 3. 分析p 成果應(yīng)用和推廣的途徑； 4. 分析p 成果推廣后的直接和間接效益。 隨著現(xiàn)代交通運輸發(fā)展步伐的加快，公路鋼橋由于強度高，重量輕，跨越能力強，制造精度高，運輸、架設(shè)方便，工期短等優(yōu)點在城市橋梁中被廣泛使用。在鋼橋拼裝、連接過程中，不可避免的要使用焊接技術(shù)，因此在鋼橋中將存在大量焊縫。由于在焊接施工過程中，存在工件選用的預(yù)熱溫度、焊后緩冷措施、焊材以及工藝不合理，焊條、焊劑烘干不足、電弧電壓偏高等因素，焊縫形成過程中會產(chǎn)生裂紋、氣孔、焊瘤、弧坑、咬邊、夾渣、未焊透等缺陷。焊接缺陷對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和疲勞強度有較大

3、的影響，為了保證工程質(zhì)量，焊縫的無損檢測尤為重要。 現(xiàn)階段常用的焊縫無損檢測手段有超聲波檢測， 射線檢測， 磁粉檢測 ，滲透檢驗 ，渦流檢測等方法。對于公路鋼橋來說，由于超聲波檢測穿透能力強，缺陷定位較準確；靈敏度高，檢測成本低、速度快，設(shè)備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用較方便等優(yōu)點在鋼橋無損檢測中被廣泛使用。超聲波檢測方法是利用超聲波在材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透試件的能量變化來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢驗方法。但超聲波無損檢查存在它的局限性：由于縱波脈沖反射法存在的盲區(qū)和缺陷取向?qū)z測靈敏度的影響，對位于表面和非常近表面的某些缺陷常常難于檢測；試件形狀的復(fù)雜性，

4、如尺寸較小、形狀不規(guī)則、表面粗糙、曲率半徑小等，對超聲檢測的可實施性有較大影響；對材料及制作中的缺陷作定性、定量表征，常常是不準確的，經(jīng)驗性強，易出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。因此，超聲波無損檢測研究還需繼續(xù)深入，為未來工程實踐服務(wù)。 目前對于超聲波無損檢測，鍋爐壓力容器，鐵路、以及核工業(yè)都有其相對應(yīng)的檢測規(guī)范及標準，而公路鋼橋在規(guī)范及標準方面還存在空白。由于針對鋼橋的無損檢測標準研究面窄，且制定標準較嚴格，因此研究此類標準將為以后的公路其他地區(qū)橋梁施工建設(shè)和標準的制定提供有力參考?，F(xiàn)階段各省市都在著力研究和制定適合自己省市的鋼橋無損檢測標準，力求最大限度的保障工程和施工質(zhì)量。因此，發(fā)展和研究制定 適合我市的

5、鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫超聲波無損檢測標準刻不容緩。隨著科技和國力的增長，公路鋼橋由于其眾多優(yōu)點被越來越廣泛應(yīng)用，此標準的制定也將為鋼橋超聲波無損檢測提供強有力的參考和依據(jù)，為工程質(zhì)量提供保障。 二、 國內(nèi)外研究水平綜述 編寫要求： 1. 與課題研究內(nèi)容緊密相關(guān)的技術(shù)發(fā)展歷史的簡要回顧； 2. 國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢； 3. 介紹國外研究機構(gòu)或者公司對本課題的研究情況； 4. 介紹國內(nèi)其他研究單位對本課題的研究情況。 超聲波無損探傷技術(shù)具有使用范圍廣、對人體和環(huán)境無害、使用方便靈活、缺陷定位準確等優(yōu)點，它的輸出是以波形的形式直觀體現(xiàn)出來，能利用計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和控制技術(shù)對其進行優(yōu)化設(shè)

6、計，可以大大提高探傷的準確性和可靠性。超聲波無損探傷己成為工業(yè)無損探傷中應(yīng)用最為廣泛，研究最為活躍的技術(shù)之一。 利用超聲波進行無損探傷的嘗試始于20世紀30年代。1929年前蘇聯(lián)Sokolov率先提出利用超聲波對金屬內(nèi)部缺陷進行探傷的建議。1935年他發(fā)表了用穿透法進行試驗的一些結(jié)果，并申請了材料缺陷檢測的專利。根據(jù)他的試驗裝置原理制成的第一種穿透法探傷儀器，在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后就出現(xiàn)在了市場上。但由于這種早期設(shè)備效果并不是很好，很快就被淘汰了。20世紀40年代，美國的Firestone首次介紹了脈沖反射式超聲波探傷儀，并申請了專利。利用該技術(shù)，超聲波可從物體的一面發(fā)射并接收，能檢測出小缺陷

7、，較準確的定位和評定尺寸。我國從20世紀50年代開始引進超聲波探傷技術(shù)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在固體缺陷對聲波散射理論的研究、電磁超聲和表面波等檢測技術(shù)上都達到了國際先進水平。隨著計算機、數(shù)字信號處理技術(shù)、控制技術(shù)等高速發(fā)展，超聲波探傷領(lǐng)域正向著數(shù)字化、自動化、智能化和圖像化方向發(fā)展。 超聲波無損檢測雖然有其優(yōu)點，但在檢測過程當(dāng)中由于藕合劑材料(聲阻抗)的影響，對檢測探頭施加外力大小的影響，工件表面粗糙度的影響工件形狀及工作溫度的影響，會對數(shù)據(jù)造成偏差，現(xiàn)行很多學(xué)者已經(jīng)對其進行研究，也有很多文獻，但是在公路橋梁方面還存在著薄弱，尤其是在城市鋼結(jié)構(gòu)橋梁當(dāng)中研究還很少，因此需要加強此方面的研究，本課題

8、依托灃河?xùn)|路斜拉橋項目對公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁超聲波無損檢測影響因素進行研究，總結(jié)和比較國內(nèi)外研究內(nèi)容，研究城市鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測影響因素。 在超聲波聲場中聲壓隨距離的增大而減小, 因而當(dāng)被探對象的距離變化時, 須作距離( Distance )-波幅(Amplitude) 校正(Correction) , 以獲得相同的當(dāng)量靈敏度。所以在許多鍛件和焊縫探傷標準中都使用DAC曲線。DAC曲線中的縱坐標(幅度)可以用線性值或?qū)?shù)值dB表示。本文將縱坐標為dB的實測DAC曲線稱為dB-S曲線。而把縱坐標為波高線性值的DAC曲線特稱為DAC面板。由于dB-S曲線縱坐標是dB值，與波高不成線性關(guān)系，在實際探傷時使

9、用回波為基準波高時的dB值更方便，從而在實際操作上與DAC面板法(曲線可直接畫在螢光屏面板上)有明顯區(qū)別。 dB-S曲線的制作可以有計算法和實測法兩種。而實際測定可以分為現(xiàn)場測定和按種類測定?，F(xiàn)場測定指每次探傷前用所使用的儀器和探頭等作現(xiàn)場測定，按種類測定是指一種規(guī)格的探頭積儀器組合，一般只作一次測定。探傷人員在每次探傷時，只要探頭和儀器規(guī)格不變，可使用原先測定的dB-S曲線。其關(guān)鍵差別是按種類測定承認同類儀器和同規(guī)格探頭可有互換性。忽略其差異及隨時間的變化。這點許多標準(如JB1152-81,GB11345-89等)并未作明確規(guī)定。并且在DAC曲線制定界限還有些經(jīng)驗上的模糊，本課題將結(jié)合灃河

10、東路斜拉橋?qū)嶋H檢測結(jié)果，利用有限元仿真軟件模擬各種缺陷，更明確的確定DAC曲線和缺陷臨界值。 標準是工程實際經(jīng)驗的升華，生產(chǎn)工藝的軌道，保障質(zhì)量的明鏡。標準是實現(xiàn)生產(chǎn)過程規(guī)范化、流程化以及產(chǎn)品的可靠性和檢測結(jié)果的可靠性、可追蹤性等的行業(yè)統(tǒng)一約束條文。世界上有重大影響的三大無損檢測(NDT ) 標準體系 美ASME、歐EN 和ISO 標準, 及日J IS 等標準。我國的標準制定與國外還存在一定的差距，需要我們在參考外國規(guī)范的同時，認真研究國內(nèi)現(xiàn)狀，制定出適合我國國情的適用行業(yè)標準。目前各行業(yè)標準過于分散，還沒有形成完整的標準體系。尤其是公路鋼橋，一直沒有自己的檢測標準，橋梁界默認選用的標準是GB

11、11345-89，但其中的檢測標準對于公路鋼橋來說是否適合，與公路鋼橋設(shè)計規(guī)范的正常使用荷載是否匹配，至今也不確定。因此，還需要大量研究來制定適合本行業(yè)的超聲波無損檢測標準。 三、 課題的理論和實踐依據(jù) 編寫要求： 1. 課題研究內(nèi)容的原理簡述； 2. 課題研究內(nèi)容的理論或者實踐依據(jù)； 3. 課題研究的關(guān)鍵和難點。 1、原理簡述 超聲檢測是應(yīng)用最廣泛的無損檢測方法之一。超聲檢測方法利用進入被檢測材料的超聲波對材料表面與內(nèi)部缺陷進行檢測。利用超聲波進行材料厚度的測量也是常規(guī)超聲檢測的一個重要方面。此外，作為超聲檢測技術(shù)的特殊應(yīng)用，超聲波還用于材料內(nèi)部組織和特征以及應(yīng)力的測量。 隨著電子技術(shù)和計算

12、機技術(shù)的發(fā)展，超聲檢測設(shè)備不斷向小型化、智能化方向改進，形成了適應(yīng)不同用途的多種超聲檢測儀器，并與20世紀80年代末出現(xiàn)了數(shù)字式超聲儀器。目前，數(shù)字式儀器已日益成熟，正逐漸取代模擬式儀器成為產(chǎn)品主流。 優(yōu)點: 與其它無損檢測方法相比，超聲檢測方法的主要優(yōu)點有： 使用于金屬、非金屬、符合材料等多種材料制作的無損評價； 穿透能力強，可對較大厚度的試件內(nèi)部缺陷進行檢測，可進行整個試件體積的掃查。如對金屬材料，可檢測厚度為12mm的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件。 靈敏度高，可檢測材料的內(nèi)部尺寸很小的缺陷。 可較準確地測定缺陷的深度位置，這在許多情況下是十分需要的 對大多數(shù)超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用來

13、說，僅需從一側(cè)接近試件 設(shè)備輕便，對人體及環(huán)境無害，可作現(xiàn)場檢測。 局限性： 由于縱波脈沖反射法存在的盲區(qū)，和缺陷取向?qū)z測靈敏度的影響，對位于表面和非常近表面的某些缺陷常常難于檢測。 試件形狀的復(fù)雜性，如小尺寸，不規(guī)則形狀，粗糙表面，小曲率半徑等，對超聲檢測的可實施性有較大影響。 對材料及制作中的缺陷作定性、定量表征，常常是不準確的，需要檢驗者豐富的經(jīng)驗。 2、研究理論 在對焊縫的檢測過程中，缺陷的安全評定很大程度上依賴于超聲檢測的可靠性。但是，超聲檢測的可靠性與很多因素有關(guān)。有檢測儀器本身的可靠與否，也有外界因素的影響，甚至有檢測人員的素質(zhì)和態(tài)度帶來的影響。這些因素的存在都會為超聲檢測的安

14、全性帶來不確定性，主要表現(xiàn)就是隨機性與模糊性。 當(dāng)我們對一件事情的發(fā)生、發(fā)展的結(jié)果存在不確定時我們就稱其為隨機性事件。所謂隨機性只是我們對事件的發(fā)生條件了解不夠充分，在可能出現(xiàn)的因果關(guān)系中不能確定其是否出現(xiàn)。但是，其結(jié)果是明確的，只是我們不確定其是否發(fā)生。我們可以用概率統(tǒng)計的方法進行研究。 模糊性是指我們要研究的事物本身的概念是有一定模糊性的，界定的界限不是很清楚，在質(zhì)上和量上沒有明確的定義和界限。例如，檢測出缺陷的定義（aath）中，若去檢測值ath=1mm為一個定量，將用超聲檢測出的缺陷尺寸a=0.999mm判定為不能檢測，是非常不合理的，因此ath是一個模糊量。這就很顯然形成了一個過渡區(qū)

15、間，我們稱其為檢測模糊區(qū)間。模糊理論就是用來研究這些對象的不確定性現(xiàn)象。 可靠度的定義可以解釋為：某件產(chǎn)品在特定的使用環(huán)境下，在指定的時間段內(nèi)完成某種功能的概率。對于超聲檢測而言，是缺陷的檢出率。超聲檢測的模糊可靠度即為缺陷檢出率。 由于無損檢測的結(jié)果與眾多因素有關(guān)，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，無損檢測技術(shù)日益成熟，無損檢測的可靠性大大提高。但是，在檢測的過程中仍然存在許多不確定性的因素。這些因素的存在需要我們歸納、總結(jié)，從而保證工程質(zhì)量。 3、研究關(guān)鍵及難點（1）軟件對焊縫缺陷的模擬 使用有限元軟件對焊縫不同缺陷及不同條件下的同一種缺陷的模擬。 （2）鋼結(jié)構(gòu)公路橋梁焊縫超聲波無損檢測缺陷評定標準

16、研究、定制 四、 課題研究內(nèi)容和實施方案 編寫要求： 1. 課題研究內(nèi)容的詳細說明（可分專題或按內(nèi)容序號描述）。 2. 要描述具體的理論研究步驟，現(xiàn)場試驗的地點和試驗計劃。需要建設(shè)試驗手段的課題，要給出試驗手段的結(jié)構(gòu)和作用； 3. 理論研究和試驗內(nèi)容與課題總目標的因果關(guān)系； 4. 寫明理論和試驗研究的工作量； 5. 需要多家單位共同承擔(dān)的課題，需要寫明各家的分工、職責(zé)和提供的成果，如何組織和協(xié)調(diào)；課題的組織方式；合作方式、知識產(chǎn)權(quán)和成果分享的范圍； 6. 需要與國外合作，要寫明與外方的合作方式、知識產(chǎn)權(quán)和成果分享的范圍，及以前的工作聯(lián)系； 7. 注明本課題研究需要購買儀器、設(shè)備的型號、產(chǎn)地、性

17、能及需要購買的原因； 8. 外委的工作內(nèi)容和工作量； 9. 對于裝置、設(shè)備開發(fā)的課題，要提出裝置或設(shè)備的開發(fā)計劃及設(shè)計方案。 1、 鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫超聲波無損檢測內(nèi)容及影響因素研究 本項目依托西安市灃河?xùn)|路曲塔斜拉橋工程，具體分析p 和研究此類型鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫超聲波無損檢測內(nèi)容。 超聲波探傷是焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢驗的重要方法之一，具有設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點。但超聲波探傷在焊縫探傷的應(yīng)用中也存在著不利的一面，如由于焊縫表面有咬邊、較大的隆起、四陷以及結(jié)構(gòu)形式特別而產(chǎn)生的一些偽缺陷波(假訊號)，不僅影響超聲波探傷的實施，而目對超聲波探傷結(jié)果的判斷有直接的影響，很可能造成誤判和錯判。本文對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫超

18、聲波無損檢測影響因素進行研究，為尋找解決辦法或防治方法做準備。 2、 DAC曲線的定制及缺陷臨界值確定研究（1）模擬不同缺陷 用ANSYS模擬氣孔、夾渣、咬邊、未焊透、未熔合、裂紋等缺陷。 氣孔的模擬研究，通過ANSYS軟件對焊縫進行單個氣孔、多個氣孔模擬分析p ； 夾渣的模擬研究，通過ANSYS軟件對進行單點夾渣、多點夾渣模擬分析p ； 咬邊的模擬研究，通過ANSYS軟件對焊縫進行單側(cè)咬邊、雙側(cè)咬邊模擬分析p ； 未焊透的模擬研究，通過ANSYS軟件對焊縫進行小面積未焊透、大面積未焊透模擬分析p ； 未熔合的模擬研究，通過ANSYS軟件對焊縫進行小面積未熔合、大面積未熔合模擬分析p ； 裂紋

19、的模擬研究，通過ANSYS軟件對焊縫進行小面積裂紋、大面積裂紋模擬分析p 。 （2）模擬在各種條件下的缺陷 模擬焊縫不同深度、不同板厚、不同坡口形式以及不同焊接方法的缺陷狀況 模擬橋梁常用鋼板厚度（8 mm、16 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40mm）； 模擬焊縫在表層、中上層、中下層以及下層時缺陷對焊縫的影響； 模擬不同坡口形式以及不同焊接方法缺陷對焊縫的影響。 通過以上研究分析p ，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，為公路鋼橋制定相應(yīng)的靈敏度。 3、 焊縫缺陷漏檢問題研究 在實際超聲波探傷中，受到耦合劑、焊件表面的油污等產(chǎn)生的反射波的干擾的影響，位于焊件表面和近表面的缺陷容易出現(xiàn)漏檢

20、的情況。缺陷漏檢問題對構(gòu)件的危害較大。通過查找資料研究對比， 并依托實際工程，尋求避免焊縫缺陷漏檢問題的方法。 4、 焊縫缺陷性質(zhì)確定及評定標準研究 鋼結(jié)構(gòu)橋梁超聲波無損檢測檢測的是鋼板焊縫，因此對焊縫的內(nèi)部因素的研究是重中之重。本項目通過模擬焊縫的內(nèi)部缺陷，并進行受力分析p ，對橋梁不同部件分別進行模擬，并且把橋梁實際荷載逐個分布到每條焊縫里，進行局部分析p ，模擬實際缺陷，通過模擬大量缺陷采集數(shù)據(jù)，分析p 對比不同缺陷的受力情況，并結(jié)合規(guī)范和標準，依托西安市灃河?xùn)|路曲塔斜拉橋工程，研究橋梁界現(xiàn)在默認選用標準GB11345-89對橋梁檢測的適用性，并為為公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測制定標準。 五、 預(yù)

21、期目標和成果形式 編寫要求： 1 闡明課題研究預(yù)期達到的目標； 2 明確敘述提高研究成果的形式，理論研究報告、全套設(shè)計制造技術(shù)、實用裝置或軟件等；要求成果提供的形式能夠被其他研究人員掌握，使成果的使用權(quán)具有可轉(zhuǎn)移性。 1、確定西安市灃河?xùn)|路曲塔斜拉橋工程極其類似工程中焊縫超聲波無損檢測的內(nèi)容及影響因素； 2、制定適合公路鋼橋的靈敏度并確定缺陷臨界值； 3、提出避免焊縫缺陷漏檢的方法； 4、鋼橋焊縫超聲波無損檢測質(zhì)量評定標準； 5、鋼橋焊縫超聲波無損檢測技術(shù)指南。 六、 合作單位或依托工程單位落實情況 編寫要求： 1 如需同其他單位進行合作，說明合作單位的落實情況，并出據(jù)合作單位承諾進行合作的證

22、明文件； 2 如需結(jié)合依托工程進行試點研究，說明依托工程及其與本課題結(jié)合的情況，出據(jù)依托工程單位承諾提供相關(guān)條件的證明文件。 七、 課題承擔(dān)單位的條件 1 課題負責(zé)人 2 課題研究人員 3 實驗室條件 4 理論研究環(huán)境 編寫要求： 1 課題負責(zé)人的情況介紹； 2 課題承擔(dān)人員的專業(yè)、特長、工作量和在本課題中的應(yīng)用； 3 各承擔(dān)單位具有的與本課題有關(guān)的工作業(yè)績、實驗室條件、理論研究環(huán)境。 八、 課題的進度安排 序號 時間段 內(nèi) 容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 編寫要求： 1. 列出分年度計劃研究內(nèi)容和人員、設(shè)備安排； 2. 分年度提供成果的內(nèi)容和形式，要具有可檢查性。 九、 課題經(jīng)費預(yù)算 申請經(jīng)費總金額 其 中 備 注 萬元 年 年 年 申請資助 萬元 萬元 萬元 申請貸款 萬元 萬元 萬元 自籌金額 萬元 萬元 萬元 預(yù)算支出科目 金額（萬元）計算根據(jù)及理由 1.新產(chǎn)品設(shè)計費 0 無新產(chǎn)品 2.工藝規(guī)程制定費 3.0 3.設(shè)備調(diào)整費 4.0 見附件1.1 4.原材料及半成品試驗 2.0 見附件1.2 5.技術(shù)圖書資料費 1.5 相關(guān)技術(shù)圖書影像資料購買費用 6.中間試驗費 3.5 見附件1.3 7.研究機構(gòu)人員工資 14.4 0.3*1*18+0.1*5*18 8.設(shè)備折舊費 3.0 檢