無損檢測技術在鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量控制中的應用

無損檢測技術在鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量控制中的應用摘要：隨著國家對基礎建設的不斷投入以及我國的橋梁技術的大力發(fā)展，大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁日益被廣泛運用。如何采用現(xiàn)代檢測技術，對其制造、拼裝施工以及運營中的質(zhì)量進行監(jiān)控，確保通行安全，發(fā)揮其經(jīng)濟效益有著重要的意義。本文主要對無損檢測技術在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應用進行了簡要的分析和探討。關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)橋梁；焊接質(zhì)量；無損檢測；鋼結(jié)構(gòu)橋梁以其跨越距離長、自重較輕、抗震性能強、運輸安裝便利、工業(yè)化制造程度高以及可回綠色環(huán)保等優(yōu)點，近些年在橋梁建設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用。這類大型橋梁作為交通體系的重點組成部分，具有打通地理界線，保證交通安全，促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的巨大作用。因此，有必要采用科學有效的檢測手段，來保證此類橋梁在施工及運營階段的質(zhì)量安全。本文主要對無損檢測技術在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應用進行簡要分析，并結(jié)合蕪湖長江公鐵兩用大橋鋼結(jié)構(gòu)檢測項目的實際應用，以供參考。1無損檢測技術在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中應用概述鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量的控制要點主要有原材料性能、拼裝工藝、焊接質(zhì)量、防腐層涂裝等幾方面，其中焊接質(zhì)量尤為關鍵。受焊接環(huán)境條件，工藝水平，操作人員能力和設備狀況等多方面因素的影響，可能會出現(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。無損檢測借助專業(yè)的儀器設備，以不損傷構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性和使用功能為前提，采用物理或化學原理進行檢驗、測試，收集分析數(shù)據(jù)，對被測構(gòu)件及焊縫的內(nèi)外部質(zhì)量進行評估。目前，除了對原材和拼裝工藝進行嚴格控制外，采用無損檢測技術對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段制造及現(xiàn)場拼裝作業(yè)中的焊縫進行檢測，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)量檢測中采用無損檢測方法主要有用于淺表面的磁粉和滲透技術，以及用于焊縫內(nèi)部檢測的超聲波、射線及相控陣技術，本文將對這些檢測方式進行簡單的介紹。2鋼結(jié)構(gòu)橋梁常用無損檢測方法2.1超聲波探傷超聲波探傷作為無損檢測技術中最常用的一種檢測方法，已被廣泛應用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量的檢測工作當中。該檢測方式速度較快，設備便攜且操作方便，成本較低。基本原理是利用超聲波在穿透受檢構(gòu)件體中非均勻介質(zhì)時發(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行電信號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，用標準試塊標定，最終完成對缺陷位置和形狀大小的確認。超聲波探傷對母材厚度，焊接型式有一定的適用性要求，且評定結(jié)果的精確性受檢測人員的技術能力和從業(yè)經(jīng)驗的影響較大。2.2磁粉探傷磁粉探傷在無損檢測技術應用中較為廣泛，常用于焊接裂紋等淺表面質(zhì)量檢測。該方法具有檢測速度快，靈敏度高，設備簡單，檢測成本低的優(yōu)勢。其原理是利用磁感應現(xiàn)象，先對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行磁化，使其內(nèi)部產(chǎn)生磁感應，如結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)缺陷，磁感應分布被擾亂，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，判定缺陷的位置、形狀及大小。缺點是檢測深度有限，對構(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，檢測結(jié)束后需要退磁消除應力處理，相對繁瑣。2.3射線探傷射線探傷一般適用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要對接焊縫的檢測，以及超聲波對全熔透性焊縫缺陷不能進行判斷的情況。射線探傷檢測的優(yōu)點是能夠準確判斷出缺陷的具體位置和形狀，檢測結(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），會在預先放置在構(gòu)件另一側(cè)的特殊膠片上形成因射線強度差異構(gòu)成的潛影，經(jīng)暗室處理后成為不同黑度的直觀圖形。缺點在于成本相對較高，且由于檢測設備具有輻射性，需要封閉現(xiàn)場，中斷臨近工作面的施工作業(yè)，并對檢測人員予以防護。2.4滲透探傷滲透檢測技術常用于鋼結(jié)構(gòu)裂紋、夾雜、疏松等表面開放性缺陷的檢測，一般鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工階段應用較少。該方法利用毛細作用的原理，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)點是不需要額外設備，操作簡單方便，顯示較為直觀。缺點是檢測速度較慢，且對受檢構(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，實現(xiàn)對構(gòu)件或焊縫的快速掃描。該方法適應性強，檢測速度大幅提高，能夠完整并準確顯示缺陷的部位和幾何尺寸，并可在鋼結(jié)構(gòu)橋梁復雜構(gòu)件的焊縫檢測及其他檢測方式容易形成盲區(qū)的部位中使用。3無損檢測技術在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的實際應用3.1工程概況2019年底完成建設的新蕪湖長江大橋，跨江主橋全長1234.6米，主跨588米，采用公鐵兩用設計，下層通行兩線客運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)特點以及焊縫分布大橋立面簡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蕪湖長江公鐵大橋主橋橫斷面簡圖3.3檢測方法及抽檢比例分配作為第三方檢測項目，本工程按全橋需檢測焊縫長度總長的10%的比例抽檢，采用超聲波、磁粉及射線三種檢測方式，總的焊縫檢測量如下：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)場拼裝焊接的不同質(zhì)量風險狀況，將兩個加工廠和現(xiàn)場需檢測的焊縫總數(shù)以不同檢測方法予以分配。具體是超聲波和磁粉檢測比例為：加工廠60%，現(xiàn)場40%；射線檢測比例為：加工廠30%，現(xiàn)場70%。焊縫的無損檢測按照Q/CR9211-2015《鐵路鋼橋制造規(guī)范》執(zhí)行，其中：超聲檢測按Q/CR9211-2015附錄E，射線檢測按Q/CR9211-2015附錄F，磁粉檢測按Q/CR9211-2015附錄G。3.4檢測特點及重難點處理兩個加工廠內(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，焊接接頭類型以對接焊縫和T型角焊縫為主；而現(xiàn)場鋼構(gòu)件分段拼裝的焊縫則以對接焊縫為主。加工廠內(nèi)T型角焊縫接頭主要采取超聲波檢測，T型焊縫一般不采用射線檢測，原因在于在拍片時容易出現(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效果。加工廠及現(xiàn)場的對接焊縫采用超聲波檢測為主，在焊縫容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的薄弱環(huán)節(jié)和超聲波檢測無法判定的部位處采用射線檢測抽查或復核。部分角焊縫及一定比例的對接焊縫采取磁粉檢測，查找表面缺陷，尤其是射線檢測不易發(fā)現(xiàn)的細小裂紋。蕪湖長江大橋主橋節(jié)段對接焊縫中有部分焊縫為熔透角焊縫，且母材厚度大，此類焊縫是的關鍵受力焊縫，超聲波檢測難度也較大。一方面要注意坡口方向，在坡口面應采用一次與二次波共同觀察與評定，另一方面此類焊縫應增加一個檢測部位，觀察這個部位是否存在焊接熱撕裂。具體如下圖：3.5檢測結(jié)果本橋第三方檢測過程中，超聲波檢測共發(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；射線檢測過程中的顯示主要為氣孔夾渣，均為記錄性缺陷，符合驗收標準等級驗收。缺陷處焊縫經(jīng)返修處理，復檢合格，確保了橋梁制造及拼裝質(zhì)量。4結(jié)束語總的來說，無損檢測技術可以根據(jù)不同構(gòu)件及焊縫接頭型式，選擇合適的檢測方法，能夠較為準確地發(fā)現(xiàn)缺陷和病害，指導施工及運營維護，已逐漸成為鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量檢測的主要手段。同時，新的無損技術在鋼結(jié)構(gòu)橋梁上的