陳 奇

（南京交通工程檢測(cè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

超聲波檢測(cè)技術(shù)基本上可以視為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁安全檢驗(yàn)的重要技術(shù)內(nèi)容，屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一種表現(xiàn)形式。在應(yīng)用過程中，要求檢測(cè)人員應(yīng)該嚴(yán)格按照超聲波技術(shù)規(guī)范要求，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗(yàn)工作進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。結(jié)合當(dāng)前技術(shù)檢驗(yàn)情況來(lái)看，檢測(cè)人員通過科學(xué)運(yùn)用超聲波檢測(cè)技術(shù)，基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量的檢測(cè)分析,對(duì)當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷問題進(jìn)行動(dòng)態(tài)把握，并采取針對(duì)性措施加以調(diào)整優(yōu)化，以確保鋼結(jié)構(gòu)橋梁主體結(jié)構(gòu)安全。

1 超聲波檢測(cè)技術(shù)原理及要求分析

1.1 技術(shù)原理

超聲波檢測(cè)技術(shù)作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要表現(xiàn)形式，在技術(shù)應(yīng)用方面，檢測(cè)人員主要利用激勵(lì)探頭產(chǎn)生超聲波，利用超聲波的傳播優(yōu)勢(shì)使其進(jìn)入到被檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部。根據(jù)材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異表現(xiàn)，對(duì)超聲波傳播波形反射情況以及穿透時(shí)間能量變化進(jìn)行研究分析。根據(jù)分析反饋結(jié)果實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷的動(dòng)態(tài)掌握，完成無(wú)損檢測(cè)過程。舉例而言，檢測(cè)人員在采用脈沖反射法進(jìn)行檢測(cè)分析時(shí)，對(duì)于垂直探傷可利用縱波進(jìn)行處理，對(duì)于斜射探傷可利用橫波進(jìn)行處理[1]。

其中，在超聲波儀器顯波屏上，橫坐標(biāo)可以表示聲波具體傳播時(shí)間、縱坐標(biāo)可以表示回波信號(hào)幅度。如果被檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在異常問題，如存在明顯的氣孔或者夾渣等問題時(shí)，照射在缺陷部位的超聲波會(huì)立即被反射回來(lái)，借此，檢測(cè)人員可以判斷該鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷問題。在缺陷問題以及具體位置的判斷上，檢測(cè)人員可通過對(duì)超聲波傳播情況的收集以及借助放大入視波屏方式，快速定位缺陷波具體位置，精準(zhǔn)判斷鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量表現(xiàn)情況。

1.2 技術(shù)要求

在應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員可根據(jù)工件焊縫質(zhì)量等級(jí)、工件厚度選擇合適探頭并提前校定探頭延時(shí)、前沿距離并制作DAC曲線（參見圖1），檢測(cè)時(shí)觀察示波屏上所顯示的異常波頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量缺陷問題的判斷。并根據(jù)回波信號(hào)出現(xiàn)位置迅速鎖定缺陷距探測(cè)面的實(shí)際距離，精準(zhǔn)定位缺陷具體位置根據(jù)缺陷當(dāng)量大小進(jìn)行焊縫質(zhì)量等級(jí)判斷。如果發(fā)現(xiàn)超限質(zhì)量缺陷問題，檢測(cè)人員在工件上標(biāo)出缺陷具體位置并交由現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行返修處理[2]，并做好缺陷記錄。如果發(fā)現(xiàn)超限質(zhì)量缺陷問題，檢測(cè)人員在工件上標(biāo)出缺陷具體位置并交由現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行返修處理[2]并做好缺陷記錄。

圖1 摘自GB50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》

在橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)期間，超聲波檢測(cè)技術(shù)還可以適用于對(duì)接焊縫以及部分熔透角焊縫檢測(cè)工作當(dāng)中，在技術(shù)操作原理方面與上述相同。需要注意的是，在應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)的過程中，檢測(cè)人員必須規(guī)范個(gè)人的操作行為，避免出現(xiàn)檢測(cè)失誤或者其他質(zhì)量隱患問題。

圖2 超聲波探傷原理示意圖

2 超聲波檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用措施分析

2.1 氣孔問題檢測(cè)及應(yīng)用措施

氣孔問題始終是影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量的重要因素。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，由于現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)于部分焊接操作缺乏深度掌握，導(dǎo)致在焊接施工過程中容易出現(xiàn)氣孔等質(zhì)量問題。當(dāng)氣孔問題表現(xiàn)過于明顯時(shí)，往往就會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成不良影響。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫氣孔問題，檢測(cè)人員需要嚴(yán)格按照無(wú)損檢測(cè)技術(shù)要求，主動(dòng)利用超聲波檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫氣孔問題的全過程檢測(cè)。

在正式檢測(cè)分析過程中，如果鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)期間發(fā)現(xiàn)明顯氣孔問題，且氣孔回波高度表現(xiàn)較低、波形表現(xiàn)為單峰，從各個(gè)方向進(jìn)行探測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)反射波大體相同。但是檢測(cè)人員稍微移動(dòng)探頭，回波高度就會(huì)發(fā)生明顯降低現(xiàn)象甚至消失。對(duì)于這種現(xiàn)象問題，可以判定為單個(gè)氣孔的缺失。相反，如果在檢測(cè)顯示屏上出現(xiàn)一簇反射波，則可以表明該結(jié)構(gòu)部分存在較多的氣孔問題，且氣孔致密性特點(diǎn)明顯。此時(shí)氣孔的大小與數(shù)量會(huì)對(duì)波形高度產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。當(dāng)探頭做定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，回波高度會(huì)出現(xiàn)明顯的此起彼伏現(xiàn)象。同時(shí)對(duì)探頭進(jìn)行移動(dòng)處理，明顯發(fā)現(xiàn)反射波會(huì)隨著探頭的移動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)變化。

一般來(lái)說，產(chǎn)生氣孔的主要原因在于母材或者填充金屬表面存在明顯油污現(xiàn)象，再加上焊條以及焊劑未烘干，容易增加氣孔量。最重要的是，銹或者油污中的水分在高溫條件下會(huì)逐步分解為氣體，進(jìn)一步增加高溫金屬氣體含量。除此之外，焊接工藝流程落實(shí)效果不佳也會(huì)引發(fā)氣孔問題。舉例而言，施工人員在焊接作業(yè)時(shí)對(duì)于電弧電壓并未調(diào)整或者焊接電流選擇不當(dāng)，都容易導(dǎo)致氣孔問題的產(chǎn)生。針對(duì)于此，建議現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)該嚴(yán)格規(guī)范個(gè)人的操作行為，可利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)材料與工藝質(zhì)量問題的把控力度，避免因個(gè)人操作行為失誤而對(duì)整體焊接質(zhì)量造成不利影響。除此之外，在大風(fēng)天或者雨天等惡劣天氣應(yīng)該采取有效防護(hù)措施，避免氣孔問題出現(xiàn)。

圖3 焊縫表面氣孔、咬邊明顯

2.2 裂縫問題檢測(cè)及應(yīng)用措施

裂紋問題基本上可以視為最嚴(yán)重的焊縫質(zhì)量缺陷問題，當(dāng)裂紋問題表現(xiàn)過于明顯時(shí)，往往會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量效果產(chǎn)生不利影響。從成因上來(lái)看，如果焊接母材中碳、硫、磷等元素含量較高或者焊接次序銜接不當(dāng)都很容易導(dǎo)致裂紋問題出現(xiàn)。多數(shù)情況下，在檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)焊縫裂縫問題時(shí)，檢測(cè)人員通常會(huì)利用金屬超聲波探傷儀以及相應(yīng)斜探頭實(shí)現(xiàn)安全檢測(cè)過程?；谶@種裝置發(fā)射的超聲波往往可以利用角度斜向方式，射入到鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部當(dāng)中。檢測(cè)人員可根據(jù)接收的反射波以及往返時(shí)間，初步判斷缺陷問題的存在性。一般來(lái)說，當(dāng)出現(xiàn)裂紋問題時(shí)，所顯示的回波相對(duì)穩(wěn)定。在波高方面表現(xiàn)較高，存在一定位移量。

此時(shí)檢測(cè)人員可根據(jù)反射回的波形進(jìn)行觀測(cè)分析，根據(jù)分析反饋結(jié)果，判斷鋼結(jié)構(gòu)中焊縫是否存在裂縫問題。如果焊接裂縫存在于橋梁鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部當(dāng)中，檢測(cè)人員可以根據(jù)始波、底波以及缺欠波之間的距離，合理確定焊接裂紋指示長(zhǎng)度，同時(shí)也可以確定焊接裂紋指示深度。在具體檢測(cè)之前，應(yīng)該對(duì)檢測(cè)處進(jìn)行掃查處理，避免其表面出現(xiàn)污漬等問題。在此基礎(chǔ)上，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接位置進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，判斷其是否存在橫向裂紋問題。

此外，利用平行以及斜平行掃查方式，對(duì)焊縫及熱影響區(qū)質(zhì)量情況進(jìn)行檢測(cè)分析，判斷其是否存在裂縫問題。如果檢測(cè)期間發(fā)現(xiàn)缺欠波問題，檢測(cè)人員可以利用精探方式確定其具體位置以及缺欠大小。待上述作業(yè)流程結(jié)束之后，檢測(cè)人員需要進(jìn)行復(fù)探處理。將此次復(fù)探處理結(jié)果與前幾次檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行復(fù)核對(duì)比，保障檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確性。

2.3 未焊透問題檢測(cè)及應(yīng)用措施

如果鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中存在未完全焊透的情況，就很容易對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量以及安全性構(gòu)成威脅。為防止這一問題出現(xiàn)，決策人員需要積極利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量情況進(jìn)行檢測(cè)分析。一般來(lái)說，在運(yùn)用超聲波探傷檢測(cè)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在未焊透問題，往往就會(huì)產(chǎn)生較高的反射率，且波幅相對(duì)較高。此時(shí)檢測(cè)人員對(duì)探頭進(jìn)行平移處理，會(huì)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)顯示屏上其波幅表現(xiàn)平穩(wěn)。同時(shí)，在測(cè)試焊縫兩側(cè)會(huì)獲得反射回波波幅，且在反射回波波幅方面與檢測(cè)顯示屏上波幅大體相同。

不難看出，如果焊縫存在未焊透缺陷問題，接頭的機(jī)械性能往往會(huì)受到較大影響。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，未焊透的端部或者存在缺口問題的接口處與其他部位相比，可以產(chǎn)生更大的應(yīng)力。如果未經(jīng)處理投入使用，長(zhǎng)此以往，鋼結(jié)構(gòu)橋梁容易出現(xiàn)大面積裂紋問題。為有效規(guī)避這一問題，施工人員需要對(duì)坡口形式以及裝配間隙進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，規(guī)避未焊透問題發(fā)生。且在投入使用之前，應(yīng)該科學(xué)利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量問題進(jìn)行檢測(cè)分析，保障鋼結(jié)構(gòu)橋梁使用安全。

3 相關(guān)建議

結(jié)合上述內(nèi)容，嚴(yán)格落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)焊接順序：構(gòu)件定位完成→調(diào)整環(huán)口間隙及錯(cuò)邊→打磨焊接部位→按工藝焊接→外觀檢查、無(wú)損檢測(cè)、試件檢測(cè)→返工（如有）→檢測(cè)合格，是保障鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的重要前提條件。建議現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接施工工藝內(nèi)容進(jìn)行合理貫徹與落實(shí)，避免因個(gè)人操作失誤而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體質(zhì)量造成不良影響。與此同時(shí)，重要缺陷的修補(bǔ)如裂紋等，必須先查明原因確定修補(bǔ)工藝，經(jīng)質(zhì)檢人員、主管技術(shù)人員及監(jiān)理工程師確認(rèn)后進(jìn)行，并記入產(chǎn)品質(zhì)量文件，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)期間，應(yīng)該對(duì)入場(chǎng)使用的原料質(zhì)量問題進(jìn)行安全檢測(cè)，尤其是母材質(zhì)量，保障現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)安全。

4 結(jié)論

為確保超聲波檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗(yàn)中可以良好運(yùn)用，建議技術(shù)操作人員嚴(yán)格按照超聲波檢測(cè)技術(shù)規(guī)范要求，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗(yàn)工作進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，并按照質(zhì)量?jī)?yōu)先、安全治理的原則要求，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁內(nèi)部存在的缺陷問題進(jìn)行及時(shí)修復(fù)與處理，避免對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全性造成不良影響。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢驗(yàn)工作應(yīng)該主動(dòng)迎合超聲波檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，引進(jìn)新的前沿技術(shù)如相控陣技術(shù)，補(bǔ)充優(yōu)化當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用存在的不足問題。檢測(cè)人員應(yīng)積極主動(dòng)結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前超聲波檢測(cè)技術(shù)體系進(jìn)行健全完善，進(jìn)一步為超聲波技術(shù)的高效應(yīng)用提供良好保障。?