钢结构桥梁焊接无损检测技术应用及发展

贾波

161000

摘要：随着社会发展，我国的科技水平不断进步，目前，焊接逐渐成为我国钢桥的主要连接形式，但是由于残余应力与应力集中的影响，焊接部位成为容易发生早期病害的薄弱环节，因此，有效可靠的焊接无损检测是钢结构桥梁质量检验与评定的关键环节。随着新建钢桥数量的不断增加，对于焊接无损检测的需求也不断提高。

关键词：钢结构桥梁；焊接缺陷；无损检测；超声波；适用性

引言

近年来，随着钢结构桥梁的广泛应用与发展，个别钢结构桥梁出现了一些质量问题并且导致了一些安全事故，引发了社会与公众的广泛关注。为了进一步提升钢结构桥梁的质量，企业必须对钢结构桥梁工程建设的每一个环节严加管控，以确保桥梁质量。

1无损检测技术概述

社会在发展和进步过程中，无损检测技术也越来越完善，甚至趋于成熟，同时也被应用到了社会的各行各业中。应用无损检测技术进行金属锅炉焊接时，可以有效提高金属锅炉的完整性，从而发现金属锅炉焊缝的不连续性，无损检测技术在应用过程中的精度和质量都很高。经济发展的同时，经济一体化越来越凸显出来，国际之间的交流不仅可以促进经济的发展，经济的发展过程中也可以进行技术的交流，国际之间的交流可以促进无损检测技术的创新与发展。无损检测技术原理如图1所示，无损检测技术的分类如表1所示。有关数据表明，在无损检测技术中，传播介质的种类有很多，特别是弹性介质在传播过程中的效果比较好；而且，介质的传播与介质的类型、材料、温度和组织等因素有关。随着介质温度的升高，传播速度加快，而且材料的均匀度也会影响到传播速度。无损检测技术能深化工程检测深度，提高工程实际应用效果和价值。

表1无损检测技术的分类

2常规无损检测技术

2.1渗透检测

渗透检测法的操作步骤为：首先在构件表面涂抹着色剂，经过一段时间后，着色剂在毛细管作用下进入构件表面的开口型缺陷中，随后采用清洗剂去除构件表面的着色剂，等待试件干燥后，在构件表面涂抹显像剂，等待显像剂吸收开口型缺陷中残余的着色剂，显示出着色剂的痕迹，由此便可直观地判断焊缝表面缺陷的位置与形状。

图2渗透检测操作步骤

渗透检测法的优点在于对于被检构件的形状、尺寸要求不高，能直观地体现出构件表面的开口型缺陷。但是，渗透检测法检测程序多，检测速度慢，无法识别焊缝内部气孔、夹渣或闭口型的表面裂纹等缺陷，检测试剂具有一定的污染性，对于铁磁性材料检测灵敏度也比磁粉检测法低。

2.2射线检测（RT）

射线检测技术也是当前桥梁钢结构无损检测的主要方式之一。利用相应射线机发射出射线，之后利用专业仪器对射线在检测钢结构中表现的光子数量等情况进行分析，通过光子数量的具体情况来有效判断钢结构是否存在缺陷。常用的都是采用X射线照相检测，其实X射线与自然光本质上并没有区别，都是电磁波，只不过X射线的光量子的能量远大于可见光，它能够穿透可见光不能穿透的物体，而且在穿透物体的同时将和物质发生复杂的物理和化学作用，可以使原子发生电离，使某些物质发出荧光，还可以使某些物质产生光化学反应。如果工件局部区域存在缺陷，它将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，然后利用胶片感光来检测透射线强度，就可以判断工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置和大小。检测结果以成片的方式展示出焊缝的内部质量，更为直观。但由于该检测方式需利用放射源，对人体有一定的伤害，操作时候需清场，除操作人员外，其他施工人员不能逗留。鉴于该检测方式有一定的条件限制，只能对钢梁外表面对接焊缝进行操作，因此射线检测一般都只应用于顶、底、腹板的对接焊缝，在对超声检测的基础上进行抽检，具体抽检比例参照设计文件和相关规范。

2.3复合型检测技术

复合型检测包含渗透探伤、磁粉探伤，可对表面与内部进行科学探测与分析，掌握缺陷的具体位置与情况，有助于技术工作人员对焊缝质量进行准确化评测，相关企业需投入大量的资金，运用较为单一，需要进一步研究与发展。磁粉探伤是借助铁磁粉材料磁化后的磁感应强度变化，展现材料的范围，可反映材料表层的缺陷，其检测速度快，操作复杂。渗透探伤可在构件部位涂抹荧光灯染色的渗透液体，静置一段时间后，液体可在出现在开口处，显示其形状大小，适宜各种金属和非金属材料，检测结果较为直观。

2.4超声波检测

超声波检测技术原理是探头向被测构件内部发射超声波脉冲，如果构件内部存在缺陷，由于声阻抗的不同，部分超声波将在缺陷界面发生反射并被探头接收，通过分析反射信号中的幅值与相位信息，就可以判断焊缝中缺陷的位置与大小。超声波检测技术优势在于可以实现焊缝内部缺陷的检测与定位。该技术对于面积型缺陷的检测效果较好，并且检测成本低、速度快。但是超声波检测技术也存在一定的局限性，检测结果不直观，缺陷的判读相对困难；缺陷的位置对检测结果有很大影响，对于表面或近表面缺陷检测效果较差；对于形状不规则的构件检测难度较大。

3建筑钢结构工程无损检测技术应用

3.1构建完善的检测体系

城市化发展进程加快，建筑施工行业发展规模不断扩大。钢结构逐步应用于施工工程中，尤其对房屋建筑和桥梁支撑具有重要的作用，钢结构质量成为建筑企业较为关注的重点。为了提高工程的质量，施工单位应合理应用焊缝无损检测技术，对钢结构内部进行精确化探测，了解内部存在的损伤问题，并剖开检查，以便后续工作顺利进行。焊缝节点断裂是施工中常见的问题，易造成钢材松动，施工单位应选择优质的焊条，并进行对接焊缝，避免发生形变。基于多元检测技术体系，工作人员可借助超声或雷达波检测手段，实时监测工程内部构件，进行非接触性发射，根据电子图像，明确混凝土在钢筋结构内部的损伤情况，为建筑工程的质检提供参考依据。

3.2超声衍射时差（TOFD）

TOFD是一种新型超声波检测方法，它是利用超声波在待检试件内部缺陷尖端的衍射现象来检测缺陷。焊缝检测过程中，发射探头与接收探头对称布置在焊缝两侧，发射探头发射出斜入射纵波，如果内部无缺陷，接收探头将依次接收到上表面的直通信号和底面反射信号。如果内部有缺陷，接收探头在直通信号与底面反射信号之间还将接收到缺陷上端与下端的衍射信号。因此，通过信号分析与处理，TOFD不仅可以定位缺陷的深度位置，同时可以计算缺陷的高度信息。TOFD检测技术采用脉冲传播时间检测缺陷信息，相对于采用脉冲幅值常规超声波检测技术，该技术可以精确测量缺陷的位置与大小，检测结果受信号强弱影响小，检测灵敏度高。但是，TOFD检测技术难以判断缺陷的类型；对于复杂形状的焊缝（如角焊缝）检测比较困难；此外，受直通信号与反射信号的影响，在构件的上下表面存在检测盲区。

结语

根据焊接缺陷无损检测技术的原理和应用特点，每种焊接缺陷无损检测技术均具有其特定的优缺点和适用范围，需要综合应用不同无损检测的技术优势，才能有效检测焊接缺陷。随着焊接缺陷无损检测新技术的不断发展，超声衍射时差、超声相控阵和电磁超声技术逐渐在承压设备、核电站、高速铁路中得以应用。

参考文献

[1]迟大钊,齐聪成.国内焊接缺陷声学无损检测研究综述[J].精密成形工程,2018,10(1):74-81.

[2]徐冰,梁鹏飞,金德利.不锈钢小径管焊接缺陷的相控阵超声检测工艺[J].无损检测,2018,40(8):20-27.

[3] 李少鹏 . 弹性波 CT 技术在桥梁混凝土结构无损检测中的应用 [J].安徽建筑 ,2019,26(10):220-221.