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        一種復(fù)合焊接接頭超聲波檢測對(duì)比試塊

        2019-04-22 08:45:20韓博潘云龍郭建斌
        安徽建筑 2019年3期
        關(guān)鍵詞:比試復(fù)合板碳鋼

        韓博,潘云龍,郭建斌

        (中鐵九橋工程有限公司,江西 九江 332000;江蘇法爾勝材料分析測試有限公司,江蘇 無錫 214400)

        不銹鋼復(fù)合鋼板是一種新型橋梁鋼結(jié)構(gòu)用鋼板,通常是在基體碳鋼板上復(fù)合一層較薄的不銹鋼板,它既保持了碳鋼板原有的較高的強(qiáng)度、塑性、韌性以及較好的焊接性、抗疲勞性能,又兼?zhèn)淞瞬讳P鋼板良好的耐蝕性。解決了鐵路橋面鋼板的長效防腐問題,提高了橋梁的使用壽命,減少了橋梁的維護(hù)成本。因此近年來不銹鋼復(fù)合鋼板開始逐漸應(yīng)用于鐵路橋面鋼板的制造中[1]。

        超聲波在復(fù)合鋼板內(nèi)傳播時(shí),由于不銹鋼晶粒粗大和彈性各向異性,導(dǎo)致超聲波傳播規(guī)律復(fù)雜,致使聲束彎曲畸變,造成缺陷定位不準(zhǔn),影響缺陷的檢測和評(píng)定。本文將介紹一種復(fù)合焊接接頭超聲波檢測對(duì)比試塊,幫助校準(zhǔn)超聲波儀器,使超聲波能夠準(zhǔn)確檢測焊縫質(zhì)量。

        1 復(fù)合鋼板材質(zhì)

        目前國內(nèi)橋梁行業(yè)采用的復(fù)合鋼板均由基體層和復(fù)合層構(gòu)成,基材主要作用是承受載荷,其材質(zhì)為橋梁用鋼,符合GB/T714橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的要求[2]。復(fù)材主要作用是耐腐蝕、耐磨、抗磁。復(fù)材選用的不銹鋼板,對(duì)不計(jì)入強(qiáng)度計(jì)算的奧氏體型不銹鋼復(fù)材,符合GB/T24511以外的國家標(biāo)準(zhǔn)中的鋼材,該復(fù)材鋼號(hào)的技術(shù)要求(如磷、硫含量,強(qiáng)度指標(biāo)等)允許低于GB/T24511相應(yīng)鋼號(hào)的規(guī)定。

        2 復(fù)合接頭焊接工藝

        不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接分為:基層的焊接、過渡層的焊接和復(fù)層的焊接,而且各層焊接采用的焊材也不相同。因此,不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接工藝較為復(fù)雜。焊接時(shí),先用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊打底,基層的填充可以選擇埋弧自動(dòng)焊,提高工效和焊接質(zhì)量,基層焊接完成后,再焊過渡層,最后焊復(fù)層(見圖1)。表1即為一種該類型焊縫焊接的工藝參數(shù)。

        試塊焊接工藝 表1

        圖1 復(fù)合焊接接頭斷面宏觀腐蝕圖

        3 不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接缺陷特點(diǎn)及超聲波檢測難點(diǎn)

        3.1 缺陷分析

        不銹鋼復(fù)合鋼板在焊接過程中,過渡層附近很容易產(chǎn)生未熔合和夾渣等缺陷[3]。當(dāng)焊接過渡層位置時(shí),焊條角度不當(dāng),穩(wěn)弧的時(shí)間又過短,鎳基填充金屬在液態(tài)狀態(tài)下粘度變大,引起坡口金屬的熔合狀態(tài)不好,那么填充的金屬無法與母材熔合,形成了坡口邊緣未熔合。同樣由于上述原因焊接造成的熔渣不易浮出,這些熔渣待過渡層金屬凝固后成為夾渣。

        3.2 超聲波檢測難點(diǎn)

        在不銹鋼復(fù)合層面探傷(見圖2)聲束穿透不銹鋼復(fù)合層鋼板,聲束將發(fā)生頻散、衰減、波束偏移等現(xiàn)象,導(dǎo)致缺陷定位不準(zhǔn),容易誤判和漏檢。

        在碳鋼基層面探傷(見圖3),聲束穿透碳鋼基層再穿透鎳基過渡層到達(dá)不銹鋼復(fù)合層,在碳鋼基層面探傷效果大大好于在不銹鋼復(fù)合層面探傷。

        圖2 在碳鋼基層面探傷示意圖

        圖3 在不銹鋼復(fù)合層面探傷示意圖

        但是在建造現(xiàn)場,由于工位限制,無損檢測人員往往很難懸空攀爬至結(jié)構(gòu)背面進(jìn)行仰臉探傷。所以從碳鋼基層面探傷是不可行的。

        因此探測面的選擇只能從不銹鋼復(fù)合層面進(jìn)行。如果從不銹鋼復(fù)合層面探傷,首先就要解決超聲波穿過異質(zhì)界面時(shí)主聲束彎曲偏移對(duì)缺陷的定位不準(zhǔn)確,另外就是確定檢測靈敏度。于是設(shè)計(jì)了一種復(fù)合板焊接接頭超聲波檢測對(duì)比試塊,在對(duì)比試塊上制作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人工反射體,利用對(duì)比試塊上的人工反射體,校準(zhǔn)超聲波儀器使超聲波能夠準(zhǔn)確定位,其次就是確定無損檢測時(shí)聲束是否能夠覆蓋檢測區(qū)域,另外就是確定檢測靈敏度,保證焊縫檢測質(zhì)量。

        4 對(duì)比試塊的設(shè)計(jì)

        4.1 設(shè)計(jì)思路

        如果設(shè)計(jì)一種對(duì)比試塊在不銹鋼復(fù)合層面進(jìn)行檢測,不僅可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度(背面基層檢測需要搭腳手架,大量的打磨工作和大量的不穩(wěn)定的仰臉檢測),還可以提高功效,最重要的是設(shè)計(jì)可以在不銹鋼復(fù)合面進(jìn)行檢測的對(duì)比試塊,可以校正定位精度,保證檢測質(zhì)量。

        4.2 對(duì)比試塊

        為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、可重復(fù)性和可比性,根據(jù)不銹鋼復(fù)合板焊接接頭的實(shí)際形狀設(shè)計(jì)制作對(duì)比試塊。對(duì)比試塊可用于檢測方法的研究,評(píng)價(jià)和驗(yàn)證儀器探頭系統(tǒng)的檢測能力和確定可靠的檢測工藝。對(duì)比試塊的制作要求與產(chǎn)品材質(zhì)相同、焊接工藝相同和接頭結(jié)構(gòu)相同。

        由于對(duì)比試塊是模擬實(shí)際產(chǎn)品接頭設(shè)計(jì)制作的,因此通過對(duì)對(duì)比試塊的檢測研究分析,則可以確定有效的檢測工藝參數(shù)。

        4.3 人工反射體孔徑

        ①依據(jù)GBT 29712-2013《焊縫無損檢測超聲檢測驗(yàn)收等級(jí)》,《鐵路鋼橋制造規(guī)范》Q/CR 9211-2015及JTG T F50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》等國內(nèi)主要鋼橋焊縫驗(yàn)收質(zhì)量規(guī)范對(duì)缺陷驗(yàn)收的定義,對(duì)接焊縫均采用Φ3 mm橫通孔。故該對(duì)比試塊人工反射體采用Φ3mm橫通孔。

        ②人工反射體位置的設(shè)置

        針對(duì)復(fù)合板焊接接頭缺陷易出現(xiàn)位置及焊頭結(jié)構(gòu)形式,設(shè)計(jì)4個(gè)橫通孔,如圖4至圖5所示,孔1設(shè)在復(fù)合層與過渡層交界處,距離焊縫表面3 mm,復(fù)合層與過渡層是焊縫易出現(xiàn)缺陷的位置,孔3設(shè)計(jì)在過渡層與碳鋼層交界處,距離焊縫表面6~7 mm過渡層與碳鋼層交界處也是復(fù)合板焊縫易出現(xiàn)缺陷位置。孔2及孔4分別設(shè)置在焊縫中心及焊縫根部,可以代表碳鋼焊縫的缺陷位置。

        圖4 試塊左剖面圖

        圖5 試塊右剖面圖

        5 對(duì)比試塊使用

        ①使用超聲波儀器在標(biāo)準(zhǔn)試塊CSK-ⅠA中調(diào)試零偏、前沿及K值、聲速等參數(shù)。

        ②再使用對(duì)比試塊重新調(diào)整探頭K值及前沿距離,直到超聲波儀器顯示對(duì)比試塊橫通孔的水平和深度的位置,其精度偏差不超過0.5 mm[4]。

        ③超聲波DAC曲線的制作:進(jìn)入超聲波儀器DAC曲線制作模式,利用對(duì)比試塊制作DAC曲線。

        ④按照Q/CR9211鐵路鋼橋制造規(guī)范或JTG/T F50公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范要求,設(shè)置距離-波幅靈敏度。

        6 結(jié)束語

        經(jīng)過大量的現(xiàn)場實(shí)際檢測證明,不銹鋼復(fù)合板的對(duì)比試塊對(duì)焊縫缺陷檢是有效的,相對(duì)于常規(guī)方法,對(duì)缺陷的定位更加準(zhǔn)確,檢出率更高,對(duì)比試塊對(duì)此類復(fù)合焊縫的檢測具有更加良好的效果。

        焊縫質(zhì)量是橋梁鋼結(jié)構(gòu)的生命,近年來我國在橋梁鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研發(fā)上突飛猛進(jìn),各類新型鋼材,焊材層出不窮。對(duì)于我們無損檢測者來說,應(yīng)該積極的適應(yīng)跟上行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展,對(duì)于新材料新工藝的出現(xiàn),需要認(rèn)真對(duì)待和研究,努力把好焊縫質(zhì)量關(guān),確保橋梁的安全運(yùn)行。

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