周建國

(華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 江蘇南京 210000)

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工過程中，為了使鋼結(jié)構(gòu)功能得到充分發(fā)揮，檢測(cè)單位應(yīng)選擇合理的檢測(cè)手段對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，保障焊縫施工質(zhì)量。在焊縫檢測(cè)過程中，無損檢測(cè)不會(huì)產(chǎn)生二次傷害，可以在保障焊縫原有質(zhì)量的前提下，使檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率進(jìn)一步提高，為鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工奠定基礎(chǔ)。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)過程中無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)點(diǎn)

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，焊接連接應(yīng)用較為廣泛，以焊縫和母材之間的連接位置為依據(jù)，可以將焊縫分為對(duì)接焊縫和角焊縫，其中，對(duì)接焊縫主要包括完全焊透焊縫和部分焊透焊縫，角焊縫則主要分為直角焊縫和斜角焊縫。通過對(duì)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行分析可知，根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀況等因素，可以對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)，主要可以分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)以及Ⅳ級(jí)，檢測(cè)人員應(yīng)以鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)不同質(zhì)量等級(jí)焊縫實(shí)施表觀和內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)。在對(duì)內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員應(yīng)以設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，使用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行分析，若超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，則需要借助射線無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢查。與此同時(shí)，在對(duì)曲率半徑較大的管材以及厚度小于8 mm 的板材進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通常需采用磁粉檢測(cè)技術(shù)，而當(dāng)管材曲率半徑較小以及板材厚度大于8 mm時(shí)，則需要使用超聲波檢測(cè)技術(shù)實(shí)施檢測(cè)[1]。

1.2 無損檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)

到目前為止，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)過程中，主要包含無損檢測(cè)、破壞性試驗(yàn)法以及模擬實(shí)驗(yàn)法3 種檢測(cè)方式。其中，無損檢測(cè)作為一種新型的檢測(cè)技術(shù)，具有較高的科學(xué)性和綜合性，其可以在保障鋼結(jié)構(gòu)致密性、安全性、可靠性和完整性的前提下對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫實(shí)施檢測(cè)。與此同時(shí)，無損檢測(cè)還具有真實(shí)性、代表性和客觀性的特點(diǎn)，可以有效保障鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊縫缺陷類型

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行檢測(cè)過程中，其缺陷主要分為裂紋、未熔合、未焊透、夾渣以及氣孔等，各缺陷的內(nèi)容及形成原因如下。

2.1 氣孔

在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，高溫金屬會(huì)吸入較多的氣體，在冷卻過程中，氣體沒有及時(shí)排出，導(dǎo)致金屬焊縫出現(xiàn)氣孔，這些氣孔通常為球形或橢圓形，主要分為密集氣孔和單個(gè)氣孔。與此同時(shí)，保護(hù)氣體效果消失、電弧偏吹、坡口存在油垢以及焊劑烘干程度不足等原因都會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)焊縫出現(xiàn)氣孔。

2.2 夾渣

在焊接之后，部分非金屬夾渣物或熔渣會(huì)殘留在焊縫內(nèi)部，根據(jù)夾渣形狀通常可以分成點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A渣。與此同時(shí)，非金屬夾渣物和熔渣未及時(shí)浮起、熔池冷卻速度較快、焊接速度較快以及坡口存在油垢等原因都會(huì)引起焊縫夾渣缺陷。

2.3 未焊透

焊縫未焊透主要是指在焊接過程中，接頭部分金屬?zèng)]有完全熔透。通常情況下，焊接角度偏移、坡口加工操作不當(dāng)、焊接間配較小、坡口角度較小、焊接速度較大以及焊接電流較小等都會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)未焊透缺陷。

2.4 未熔合

焊縫出現(xiàn)未熔合缺陷主要是指母材或相鄰金屬與金屬之間沒有完全熔合。通常情況下，焊接角度偏移、焊接速度較大、焊接電流較小以及坡口存在油垢等原因都會(huì)使焊縫出現(xiàn)未熔合缺陷。

2.5 裂紋

在焊接施工或完成焊接后，焊縫熱影響區(qū)局部以及鋼結(jié)構(gòu)母材破裂會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)裂紋缺陷，主要可分為冷裂紋和熱裂紋。通常情況下，焊縫中存在低熔點(diǎn)共晶體、焊接角度偏移及焊接操作不當(dāng)?shù)仍蚨紩?huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)裂紋。

3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫無損檢測(cè)的主要方法

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫實(shí)施無損檢測(cè)過程中，需要借助電、磁、光以及聲等對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量和表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，無損檢測(cè)并不會(huì)對(duì)被檢物的性能產(chǎn)生影響。檢測(cè)人員在檢測(cè)過程中，應(yīng)以設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，結(jié)合焊縫形式，選擇合理的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)前常見的檢測(cè)手段主要有磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)以及超聲檢測(cè)等。

3.1 磁粉檢測(cè)方法

在使用磁粉檢測(cè)方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行檢測(cè)過程中，主要利用磁粉自身的物理性質(zhì)以及材料（具有磁鐵性質(zhì)）的磁化性能對(duì)其實(shí)施檢測(cè)。在磁化作用的影響下，帶有磁鐵性質(zhì)的材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的磁感應(yīng)，此時(shí)，其磁力線的密度也會(huì)隨之增加。當(dāng)焊縫存在缺陷時(shí)，磁力線的位置會(huì)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致磁力線出現(xiàn)漏磁問題。與此同時(shí)，如果磁場(chǎng)內(nèi)部含有磁粉，在磁力線的影響下，焊縫缺陷位置會(huì)出現(xiàn)磁粉堆積等問題，檢測(cè)人員可以以此為基礎(chǔ)，對(duì)焊縫缺陷進(jìn)行分析。相較于其他檢測(cè)技術(shù)，磁粉檢測(cè)技術(shù)具有靈敏性較高的特點(diǎn)，檢測(cè)準(zhǔn)確性相對(duì)較高，但是在使用磁粉檢測(cè)技術(shù)時(shí)，所檢測(cè)焊縫位置的材料應(yīng)具備磁性[2]。

3.2 射線檢測(cè)方法

在使用射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫實(shí)施檢測(cè)過程中，由于不同物體的物理性質(zhì)各不相同，因此X射線和γ 射線穿透強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)不同程度的衰減，檢測(cè)人員可以根據(jù)衰減情況，對(duì)被檢測(cè)物體的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行分析。在實(shí)際檢測(cè)過程中，射線可以穿透被檢測(cè)物體，并在膠片上顯示被檢測(cè)物體的投影，檢測(cè)人員運(yùn)用特殊的處理技術(shù)對(duì)膠片加以處理，被檢測(cè)物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息便可清晰地顯現(xiàn)在膠片上，檢測(cè)人員可以根據(jù)膠片上所呈現(xiàn)出的影像對(duì)被檢測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷以及缺陷程度進(jìn)行判斷。通過使用射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以準(zhǔn)確地了解鋼結(jié)構(gòu)焊縫存在的缺陷，為后續(xù)修復(fù)和施工奠定基礎(chǔ)，消除鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工時(shí)的安全隱患。在使用射線檢測(cè)技術(shù)實(shí)施檢測(cè)過程中，被檢測(cè)材料的厚度應(yīng)大于2 mm，且應(yīng)小于200 mm，確保焊縫厚度處于射線檢測(cè)范圍內(nèi)，使射線檢測(cè)質(zhì)量進(jìn)一步提高[3]。射線檢測(cè)方法可以直觀地對(duì)被檢測(cè)物體缺陷進(jìn)行觀察，且檢測(cè)資料可以完整保存，便于查閱。但是，在使用射線檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)過程中，還具有一定的局限性，該種檢測(cè)方式具有成本較高的特點(diǎn)，且設(shè)備體積相對(duì)較大、攜帶不便捷，射線還具有一定的放射性，會(huì)對(duì)檢測(cè)人員的健康產(chǎn)生一定的影響，因此，施工單位應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫實(shí)際情況，合理運(yùn)用射線檢測(cè)技術(shù)。

3.3 超聲檢測(cè)方法

使用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫實(shí)施檢測(cè)過程中，在超聲波傳播時(shí)，由于諸多因素的影響，所檢測(cè)到的聲波也各不相同，因此，檢測(cè)人員可以以聲波的特性為基礎(chǔ)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫缺陷進(jìn)行判斷。在檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員應(yīng)對(duì)超聲波的頻率進(jìn)行控制，通常情況下，頻率最大值應(yīng)不大于5 MHz，最小值應(yīng)不小于0.5 MHz。該種檢測(cè)方式具有檢測(cè)準(zhǔn)確性相對(duì)較高的特點(diǎn)，相較于射線檢測(cè)技術(shù)，超聲波檢測(cè)技術(shù)具有設(shè)備體積小的特點(diǎn)，可隨時(shí)攜帶和搬運(yùn)設(shè)備，便于檢測(cè)。與此同時(shí)，超聲波檢測(cè)技術(shù)還具有檢測(cè)成本較低的特點(diǎn)，可以使鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程整體成本進(jìn)一步降低。但是，在實(shí)際檢測(cè)過程中，當(dāng)焊縫缺陷體積較大時(shí)，超聲波檢測(cè)準(zhǔn)確性會(huì)受到較大的影響，此時(shí)，為了保障檢測(cè)準(zhǔn)確性，需要人工協(xié)助，而且超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊縫粗糙度的要求相對(duì)較高，若焊縫粗糙度不符合超聲波檢測(cè)要求時(shí)，不能采用該技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)[4]。

4 工程案例分析

在某橋梁施工過程中，有4 聯(lián)機(jī)動(dòng)車匝道主要分為C匝道、B匝道、NL匝道以及NR匝道，5聯(lián)非機(jī)動(dòng)車匝道主要分為RE 匝道、RD 匝道、RC 匝道、RB 匝道以及RA匝道，各匝道結(jié)構(gòu)均為連續(xù)鋼箱梁。為了保障該鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫的施工質(zhì)量，施工單位以相關(guān)規(guī)范為依據(jù)，對(duì)焊縫實(shí)施無損檢測(cè)，并對(duì)其缺陷類型和位置進(jìn)行評(píng)定。檢測(cè)方法具體如下。

4.1 超聲檢測(cè)

在使用超聲波檢測(cè)方法對(duì)該橋梁進(jìn)行檢測(cè)過程中，所使用的超聲儀器為CTS-9006 數(shù)字超聲檢測(cè)儀。在檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員應(yīng)以板厚為依據(jù)，對(duì)橫波斜探頭的頻率、晶片尺寸以及探頭角度進(jìn)行選擇。當(dāng)波幅大于評(píng)定線的反射波時(shí)，檢測(cè)人員應(yīng)仔細(xì)對(duì)反射波周邊進(jìn)行掃描，以波幅和波形為依據(jù)，對(duì)缺陷進(jìn)行合理判斷[5]。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，該焊縫缺陷主要包含未焊透、未熔合以及裂紋等，因此，為了保障鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工質(zhì)量，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行返修處理，表1為該工程超聲波檢測(cè)結(jié)果。

表1 超聲檢測(cè)結(jié)果

通過對(duì)表1 分析可知，超聲檢測(cè)焊縫共為2 351條，其中需返修的焊縫為34條，占比為1.45%。通過與施焊人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行交流可知，造成缺陷的原因主要如下。

（1）該橋梁工程施工季節(jié)為梅雨季節(jié)，由于空氣較為潮濕，導(dǎo)致坡口周圍出現(xiàn)返修，與此同時(shí)，施焊人員責(zé)任心較差，沒有對(duì)該位置進(jìn)行除銹處理，導(dǎo)致其出現(xiàn)氣孔和夾渣缺陷。

（2）在十字型焊縫施工過程中，主要由一條縱縫和一條橫縫相交焊接而成，在焊接過程中，當(dāng)一條縱縫或橫縫焊接完成后，施焊人員沒有對(duì)另一條焊縫所在位置進(jìn)行處理就實(shí)施焊接，導(dǎo)致焊縫過渡過快，出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋缺陷。為了對(duì)上述缺陷進(jìn)行有效控制，施工單位應(yīng)對(duì)施焊人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其明確焊絲焊劑烘干、焊前除銹、焊接方法和順序的重要性，通過實(shí)踐可知，后期施工中焊縫缺陷得到了有效控制。

4.2 射線檢測(cè)

在對(duì)該鋼結(jié)構(gòu)橋梁實(shí)施射線檢測(cè)過程中，所使用的X射線探傷機(jī)型號(hào)為XXG-3005型。根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)缺陷等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，表2為射線檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果。

表2 射線檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果

4.3 磁粉檢測(cè)

在對(duì)該鋼結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行磁粉檢測(cè)過程中，所使用的儀器為微型磁軛探傷儀。在進(jìn)行檢測(cè)之前，檢測(cè)人員應(yīng)對(duì)熱影響區(qū)和焊縫位置進(jìn)行打磨處理，將鐵銹等清理干凈，并使用黑油磁懸液和反差增強(qiáng)劑對(duì)其進(jìn)行處理。在探傷之前，檢測(cè)人員應(yīng)先將反差增強(qiáng)劑均勻地噴在被檢區(qū)域，使磁痕顯示更清晰[6]。與此同時(shí)，檢測(cè)人員還應(yīng)對(duì)磁軛間距和磁軛頭進(jìn)行合理選擇，使磁軛探傷儀與構(gòu)件貼合更加緊密，且其提升力應(yīng)大于44 N。除此之外，在碳粉檢測(cè)之前，檢測(cè)人員還應(yīng)在工件上粘貼靈敏度試片，并將反差增強(qiáng)劑噴灑在試片上，將外加磁場(chǎng)施加在工件上，并噴灑磁懸液，使其被磁化，隨后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試片上的磁痕進(jìn)行觀察，確保其檢測(cè)靈敏度符合要求。提升力和靈敏度檢測(cè)完成后，方能對(duì)焊縫進(jìn)行磁粉探傷檢測(cè)，在檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員應(yīng)先將反差增強(qiáng)劑噴灑在焊縫位置處，并使用十字交叉的磁化方式對(duì)該位置進(jìn)行處理，每次磁化區(qū)域應(yīng)部分重疊，每個(gè)位置應(yīng)磁化2 次，每次時(shí)間應(yīng)為1～3 s，在磁化時(shí)，檢測(cè)人員應(yīng)將磁懸液噴灑在焊縫位置。檢測(cè)人員應(yīng)對(duì)磁痕顯示情況進(jìn)行觀察，并使用放大鏡對(duì)微小磁痕進(jìn)行觀察，若檢測(cè)過程中光線不充足，檢測(cè)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行打光處理，一旦發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)先使用氣刨機(jī)或打磨機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，并重新進(jìn)行施焊，施焊完成后應(yīng)再次進(jìn)行檢測(cè)，直至沒有缺陷。

在對(duì)該橋梁工程進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)，其焊縫數(shù)量共為1 860 處，缺陷共26 處，主要為氣孔缺陷和條形缺陷[7]。

5 結(jié)語

綜上所述，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工過程中，施工單位應(yīng)采取合理的無損檢測(cè)手段對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，保障其施工質(zhì)量。當(dāng)前常用無損檢測(cè)主要有磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)以及超聲檢測(cè)等，由于每種檢測(cè)方式都具有一定的局限性，因此，檢測(cè)人員應(yīng)采取多種檢測(cè)手段對(duì)同一焊縫進(jìn)行檢測(cè)，確保其符合規(guī)范要求。一旦發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行返修處理，并進(jìn)行復(fù)檢，直至合格后方能投入使用，使鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工質(zhì)量進(jìn)一步提高。