橋梁鋼結構工程及焊縫無損檢測技術分析

文/陳志文、韓波

1 前言

在橋梁結構的處理環節，焊接是鋼結構部分連接的主要工藝方式，且被大量應用到各種鋼結構的橋梁施工中。因此，我們要加強焊縫質量管理，落實檢驗工作，從而保證焊接質量合格，提高橋梁運行的安全性和穩定性。在焊接質量檢測中，加強焊接缺陷的檢測，分析在焊接中可能存在的質量缺陷問題，能夠有效提升焊接質量水平，消除變形、裂紋等缺陷；利用先進的無損檢測技術檢測分析焊縫質量缺陷，以此可以滿足焊接質量提升的要求。

2 無損檢測技術概述

無損檢測技術是目前應用最為先進的焊接質量檢測方式，并經過探傷、檢測、評價三個階段。無損探傷主要是檢查焊接缺陷；而無損檢測是在探傷環節下進一步明確具體的缺陷位置、性質、大小以及狀態；無損評價應用范圍比較大，需要更加全面和準確的了解檢測對象，掌握其全部信息，以此評估對象的運行狀態、判斷其使用壽命。無損檢測就是對被檢測對象的應用性檢測，主要是通過超聲、射線、磁粉、滲透等方面進行，了解缺陷的實際情況，不會給檢測結果造成任何的負面影響，因此無損檢測是目前工業生產中最為普遍的質量檢測方法。對于鋼結構的焊接部分采取無損檢測方式，可以及時發現焊接缺陷問題，以便于做出及時的修復處理，提高焊接施工質量水平。在鋼結構無損檢測作業階段，超聲波探傷的應用范圍較廣，應用設備反射超聲波能夠充分了解焊接位置的缺陷問題。超聲波探傷通過該原理進行檢測，并應用超聲波探頭發射一定的超聲波，然后通過接收器獲取相應的信息，將在反射或者折射的條件下形成的波形直接在屏幕中顯示出來，并進行必要的分析與評判，從而了解缺陷形式，以便采取必要的措施[1]。

3 鋼結構焊縫缺陷類型及缺陷檢測要求

3.1 焊縫缺陷

焊縫缺陷就是在焊接實施環節焊縫或者熱影響區的位置上存在的鋼材內部缺陷，也可以說是表面缺陷。比較常見的缺陷有裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等，裂紋的缺陷問題影響非常大且危險、嚴重。造成裂紋的原因比較多，比如鋼材成分不合格、焊接工藝不到位、焊接環節溫度不合格、低溫焊接時沒有進行保溫或者沒有技術清理焊接表面的雜質等，都會導致焊接存在缺陷。

3.2 焊縫質量檢驗要求

焊縫缺陷不可以完全消除，且會直接降低焊接處強度。在該位置上應力比較集中，會導致連接部位的屈服強度、沖擊韌性、冷彎性能等全部不合格，因此焊縫質量檢查非常重要。焊縫質量檢查通常可以分為表面質量檢查、內部質量檢查等，前者是檢測外觀質量與尺寸，后者則是通過無損檢測的方法確定內部是否存在缺陷問題。超聲波是非常常見的檢驗方法，該方法測量精度比較好，可以快速掌握相應的焊接缺陷問題，了解焊接問題；此外，還可以采用磁粉、滲透等檢測方法，并聯合應用下更好地提升檢測的質量和效率；一般通過X 射線或者γ 射線，提升檢測的標準。從目前我國的國家標準中分析發現，對于全焊透的焊縫來說，進行Ⅰ級、Ⅱ級焊縫不僅需要進行外觀質量檢測，還需要做好超聲探傷的檢測，如果超聲檢測方法不能確定焊接缺陷，則需要輔助射線探傷的方法，使其全部符合工程的質量標準要求[2]。

4 目前常用的無損檢測方法

4.1 射線探傷技術

射線探傷技術是目前進行焊接材料缺陷檢測的重要無損檢測技術，它是通過X 射線的方法對焊接部位進行質量檢測，將焊接缺陷問題反映在熒光屏或者底片上，及時發現缺陷問題，重點掌握焊接缺陷的位置、尺寸等信息，以便評定焊接缺陷，為質量檢查和管理提供良好的基礎。對于一些封閉性比較高的鋼結構來說，比如鍋爐、船體等項目，在進行焊縫的質量檢查時主要是以射線探傷為主，利用照相觀察、熒光屏觀察法確定焊接缺陷，這也是最為常見的方法。此外，電離法與工業電視監督的方式也可以應用到實踐中，從而可以及時發現存在的焊接缺陷問題，明確焊接缺陷形狀，提高檢驗的精確性與可靠性。底片作為一手檢驗資料可以長期存儲，應及時檢查期是否存在質量缺陷。在射線檢測時，要做好保護工作，以免影響人們的健康，但其成本相對較高，判定時間較長，因此并沒有實現全面應用[3]。

4.2 超聲波探傷技術

超聲波探傷主要是通過超聲波的方法檢測焊接缺陷，以掌握其是否存在缺陷問題。超聲波檢測時應用的波形頻率為20000Hz 的聲波，其穿透性比較高，可以集中性檢測，應用到工業領域內有著非常好的效果。超聲波探傷的主要設備是超聲波儀器，通過檢測確定超聲波在工件內部恒速直線運行的方式，在從一種介質傳播到另一種介質的條件下會存在反射的情況。因此，通過儀器探頭能夠獲取反射的數據信息；通過顯示屏可以了解到超聲波的反射實際情況；通過作業技術人員分析可以了解內部是否存在缺陷和問題，然后得出最終結論。該探傷檢測方法的精度比較高，操作比較簡單，效率比較高，且成本較低，不會給人的身體造成任何傷害和影響，所以應用范圍比較大。但是超聲波探傷的劣勢在于數據是通過波形的方式展現出來，需要技術人員進行分析，數據精度性對較差，因此并不能準確判定焊接缺陷問題。

4.3 磁粉探傷技術

該技術檢測的過程中，將鋼鐵等具備一定磁性的材料進行表面的磁性處理，但由于這些材料經過磁化處理后，內部會存在一定的磁感應，磁力線的密度會增加達到百倍，甚至千倍，如果材料內部存在一定缺陷問題，磁力線就會出現很大的變化，導致漏磁場的情況發生。此時，缺陷部位的漏磁能力會吸收磁粉，并根據磁粉在鋼材表面分布的情況，及時發現被探測表面或者近表面的缺陷問題。該檢測方法的精度比較高，可以準確檢測細小裂紋，但是不能進行內部的缺陷檢測，且還會受到檢測材料的形狀、尺寸等方面限制，應用效果相對較差。

4.4 滲透探傷技術

該檢測技術主要是應用毛細管的結構進行被檢測表面的缺陷無損檢測，其主要包含熒光法、著色法兩種檢測方式。熒光法在檢測的過程中，需要在被檢測的表面涂刷一層含有熒光物質的滲透液，使其全部都進入缺陷部位，在經過一定時間后再將表面所存在的滲透液清洗干凈，而缺陷位置上則會保留部分滲透液，此時就可以通過設備檢測進行顯像反應。最為顯著的顯像方式是在表面噴灑白色粉末，滲透液被粉末吸收后在被檢測的表面分布存在，然后將探傷部件直接放入黑暗條件下，應用紫外線照射處理，從而在該位置上發現熒光。著色法在應用中，主要是通過著色的染料在光亮好的條件下進行檢查，且這種方法比熒光法檢測效果更好。經過兩種方法分析，優點：滲透方法可以使用到金屬、非金屬材料的質量檢測，操作方便且直觀，且不需要電源即可檢測。缺陷：僅能夠進行表面或者近表面的檢測，能及時檢測細小缺陷不，且表面清洗難度較高[4]。

4.5 全息探傷技術

該檢測方法在進行探傷檢測中，可以重點了解被檢測表面與內部的缺陷問題，及時準確掌握缺陷位置和尺寸，同時做好焊縫質量的評級，但是目前該技術的研發還處于不成熟階段，資金需求量較大，經驗比較欠缺，所以未來要投入較大的精力、資金進行研發，以促進該技術的全面應用[5]。

5 焊縫無損檢測技術發展前景

新時期背景下，隨著我國科學技術的不斷發展，在橋梁鋼結構工程中越來越多的焊縫無損檢測技術得到了應用，例如紅外線技術、聲發射技術以及金屬磁記憶檢測技術等。此類技術應用具備精準度高、適用范圍大、操作靈活等諸多優勢，在橋梁鋼結構檢測環節可以在焊縫資料缺陷形成之前將潛在質量問題探尋出來。未來，橋梁鋼結構焊縫檢測技術的發展會逐漸趨向于數據化、信息化、儀器自動化等方面，在融合人工智能技術、大數據技術以及物聯網等諸多技術的過程中，可以將鋼結構焊縫質量缺陷問題直觀體現給檢測人員，在一定程度上為橋梁鋼結構工程項目開展提供幫助。

6 結語

綜上所述，橋梁鋼結構施工中，焊縫質量檢測非常重要，本文重點分析多種無損檢測技術，介紹各種技術的優勢，并且闡釋各種技術的應用要點，以此提高無損檢測的測量效果和鋼結構橋梁的總體質量水平，為我國橋梁事業的發展做出必要的貢獻。