吳海麗

（河北省唐山市灤南交通運輸局，河北 灤南 063500）

0 引言

焊縫質(zhì)量是鋼結(jié)構(gòu)橋梁使用性能及壽命長短的關鍵，超聲TOFD探傷即超聲波衍射時差法是在常規(guī)超聲波探傷技術基礎上發(fā)展起來的新型無損檢測技術。最早由20世紀70年代英國Harwell實驗室提出后便在石油化工及石油天然氣管道、儲罐焊縫檢測領域得到推廣，隨后又在鍋爐壓力容器、電力工業(yè)、核工業(yè)等行業(yè)得到進一步應用。目前在我國，該技術也開始得到推廣應用，但檢測技術、結(jié)果精確性等方面仍需提高。

1 超聲TOFD法檢測原理

超聲TOFD法主要通過2個相向設置的接收探頭，通過發(fā)射并接收經(jīng)過缺陷端部的散射波與衍射波以檢測和評定缺陷。該方法對缺陷尺寸、位置等的測定并不依據(jù)脈沖回波波幅，而是依據(jù)脈沖傳播時間。根據(jù)Huygens-Fresnel原理[1]，當超聲波傳遞至缺陷端部時會成為新的聲源，并向四面八方發(fā)射衍射波，通過接收探頭進行這種衍射波的檢測，并根據(jù)其衍射波實際傳播時間，通過三角方程式進行缺陷實際位置、尺寸大小等的確定。超聲TOFD法檢測過程見圖1，在全部衍射波中，缺陷端部所對應的衍射波較弱，必須通過具有較大聲束角度的縱波斜探頭進行探測和接收。

圖1 超聲TOFD法檢測過程

圖1中超聲TOFD法能檢測出A、B、C、D四種信號波，其中A波主要為沿構(gòu)件表面?zhèn)鞑サ膫?cè)向波；B波為沿構(gòu)件缺陷上端傳播的散射波；C波為沿構(gòu)件缺陷下端傳播的衍射波；D波為經(jīng)構(gòu)件底面反射的反射波。波束在傳播至構(gòu)件缺陷上端點及底面時遭遇異質(zhì)界面，必將發(fā)生相位轉(zhuǎn)變；而波束在傳播至構(gòu)件缺陷下端點時在缺陷底部發(fā)生了環(huán)繞，相位不變[2]。

鋼構(gòu)件檢測過程中，若構(gòu)件結(jié)構(gòu)內(nèi)無缺陷，則探傷儀將只檢測到A波和D波，若構(gòu)件內(nèi)有缺陷，則探傷儀會檢測到上述A、B、C、D四種信號波。根據(jù)所得到的構(gòu)件內(nèi)部缺陷上下端部散射波和下端部衍射波的傳播時間，便能推算出缺陷尺寸、位置。

2 工程概況

某跨徑40m+200m+40m的中承式提籃系桿拱橋承載力和跨度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、造型優(yōu)美，其鋼結(jié)構(gòu)主要包括主拱肋鋼管拱、系桿、H撐、橫縱梁。該拱橋結(jié)構(gòu)在建設過程中鋼箱梁、主拱等構(gòu)件均通過焊接工藝安裝，為保證橋梁施工過程及運營的安全性，必須進行其鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量的無損檢測。

3 橋梁焊縫檢測

3.1 檢測準備

在橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測時應參考借鑒相關行業(yè)檢測標準，制定合理完善的檢測方案，并嚴格執(zhí)行相關檢測技術規(guī)程。射線檢測雖然被認為是一種可靠便捷的Ⅰ級焊縫探傷無損檢測技術，但超聲探傷檢測效率明顯優(yōu)于射線檢測，且儀器靈敏度更高，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢測及質(zhì)量評價方面更為適用。

3.1.1 儀器及耦合劑選用

該鋼結(jié)構(gòu)拱橋焊縫檢測主要采用MUT-350型全數(shù)字式超聲波真彩顯示探傷儀，該儀器能精準快速檢測出鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等多種缺陷。該型號探傷儀在實驗室研究及工程現(xiàn)場施工質(zhì)量檢測等方面均有廣泛應用。探傷儀主要性能參數(shù)取值情況詳見表1。在每次探傷檢測開始前必須借助標準試塊校驗時基線掃描比例及其距離波幅曲線[3]，并在探傷檢測過程中按照4h的間隔重復校驗。

表1 MUT-350型全數(shù)字式超聲波探傷儀性能參數(shù)

耦合劑選擇是否得當直接關系到反射缺陷的產(chǎn)生，為保證探傷檢測結(jié)果的精確度，必須選擇透聲性良好、流動性適當?shù)囊后w狀耦合劑，使用過程中對鋼構(gòu)件焊縫結(jié)構(gòu)、探傷儀等并無損傷影響，且測后便于清理。

3.1.2 探傷面清理

在進行鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量探傷檢測前必須全面清理焊件表面的油污、氧化皮、飛濺物、銹蝕，并按照探頭值×焊件板厚×2+50mm的尺寸修正焊縫兩側(cè)探傷面，也就是說，當焊件母材實際厚度為10mm時，則探傷檢測時必須在焊縫兩側(cè)分別打磨出寬100mm的探傷面。

3.2 檢測內(nèi)容

本鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫質(zhì)量檢測主要依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205—2001），其中規(guī)定：焊縫探傷Ⅰ級但評定等級Ⅱ級的缺陷應進行100%超聲波探傷；施工圖要求的質(zhì)量等級Ⅱ級但評定結(jié)果Ⅲ級的缺陷，必須按20%抽查探傷；Ⅲ級焊縫可不探傷。根據(jù)該鋼結(jié)構(gòu)提籃系桿拱橋設計要求，鋼管拱肋對接環(huán)縫、鋼管和腹桿角接環(huán)縫、腹桿對接環(huán)縫、鋼管和綴板角接環(huán)縫、橫縱梁對接焊縫和角接焊縫等質(zhì)量等級均為Ⅰ級，且均采用超聲波探傷技術，檢測比例100%。

3.3 檢測結(jié)果

任何構(gòu)件焊縫質(zhì)量無損檢測完成后必須做好記錄，為焊接質(zhì)量整體評價及缺陷對構(gòu)件性能潛在危害程度的評估提供依據(jù)。該鋼結(jié)構(gòu)拱橋第一部分焊件超聲探傷結(jié)果顯示，所檢測的30條焊縫中，僅編號A-G1-8-1、A-G2-4-1、AG3-1-1及A-G3-4-1焊縫焊接質(zhì)量不合格，A-G1-8-1焊縫折射角63.4°、缺陷至探頭的水平距離16.7mm、缺陷深度36.7mm、缺陷至探頭的直線距離70mm，為Ⅳ級焊縫；AG2-4-1焊縫折射角63.4°、缺陷至探頭的水平距離15.8mm、缺陷深度34.9mm、缺陷至探頭的直線距離60mm，為Ⅳ級焊縫；A-G3-1-1焊縫折射角63.4°、缺陷至探頭的水平距離16.6mm、缺陷深度36.8mm、缺陷至探頭的直線距離80mm，為Ⅳ級焊縫；A-G3-4-1焊縫折射角63.4°、缺陷至探頭的水平距離17.5mm、缺陷深度38.6mm、缺陷至探頭的直線距離50mm，為Ⅳ級焊縫。

鋼結(jié)構(gòu)拱橋第二部分焊件超聲探傷結(jié)果顯示，所檢測的30條焊縫中，僅編號A-G4-11-1、A-G5-2-1、A-G5-3-1焊縫焊接質(zhì)量不合格，其中A-G4-11-1焊縫折射角63.4°、缺陷至探頭的水平距離13.8mm、缺陷深度30.2mm、缺陷至探頭的直線距離150mm，為Ⅳ級焊縫；A-G5-2-1焊縫折射角63.4°、缺陷至探頭的水平距離16.5mm、缺陷深度34.4mm、缺陷至探頭的直線距離110mm，為Ⅳ級焊縫；A-G5-3-1焊縫折射角63.4°、缺陷至探頭的水平距離21.0mm、缺陷深度17.5mm、缺陷至探頭的直線距離60mm，Ⅳ級焊縫。

鋼結(jié)構(gòu)拱橋第三部分焊件超聲探傷所檢測的30條焊縫中，僅A-G6-3-1、A-G7-6-1焊縫質(zhì)量不合格。兩條焊縫折射角均為63.4°、缺陷至探頭的水平距離分別為17.9mm和12.5mm、缺陷深度39.1mm和27.7mm、缺陷至探頭的直線距離50mm和60mm，均為Ⅳ級焊縫。

在該鋼結(jié)構(gòu)拱橋焊縫超聲探傷檢測的基礎上，又進行了實際檢測波形分析。若焊縫缺陷處回波超出判廢線，則應判定為該焊縫不合格，必須立即返修，修好且復檢結(jié)果合格后方可投入使用；若焊縫缺陷回波超出評定線而未超出判廢線，則應測量缺陷實際長度，如果長度超標，則焊縫質(zhì)量不合格，但如果缺陷長度未超標，除非存在夾渣、裂紋、未焊透等問題，否則無需返修。按照以上原理對所檢測出的該鋼結(jié)構(gòu)拱橋三個部分焊件焊縫病害重新進行了檢測波形分析，結(jié)果顯示，所檢測出的焊縫缺陷長度未超標，且不存在夾渣、裂紋、未焊透等缺陷，故無需返修，僅進行相應記錄即可。

4 結(jié)語

綜上所述，超聲TOFD探傷檢測技術是當前鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫無損檢測的常用手段之一，其通過聲波在焊縫結(jié)構(gòu)缺陷端部產(chǎn)生的傳播時間差測定缺陷尺寸、深度、位置的做法比常規(guī)的回波幅度檢測結(jié)果更加可靠。為提升缺陷檢測分辨率并保證檢測結(jié)果的準確度，必須加強超聲TOFD探傷儀探頭參數(shù)及探頭間距的合理確定，以便在準確探測出側(cè)向波及焊縫缺陷端衍射波傳播時間后推算出缺陷端部距離構(gòu)件表面的距離（即缺陷深度），根據(jù)該距離再求得板厚方向缺陷的高度（即缺陷尺寸）。