無損檢測技術在鋼結構橋梁焊縫檢測中的應用分析

周建國

(華設設計集團股份有限公司 江蘇南京 210000)

在鋼結構橋梁施工過程中，為了使鋼結構功能得到充分發揮，檢測單位應選擇合理的檢測手段對鋼結構焊縫進行檢測，保障焊縫施工質量。在焊縫檢測過程中，無損檢測不會產生二次傷害，可以在保障焊縫原有質量的前提下，使檢測準確性和效率進一步提高，為鋼結構橋梁施工奠定基礎。

1 鋼結構焊縫檢測過程中無損檢測技術的應用現狀及優點

1.1 應用現狀

在鋼結構施工過程中，焊接連接應用較為廣泛，以焊縫和母材之間的連接位置為依據，可以將焊縫分為對接焊縫和角焊縫，其中，對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。通過對相關規范進行分析可知，根據結構的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環境以及應力狀況等因素，可以對焊縫質量進行分級，主要可以分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級以及Ⅳ級，檢測人員應以鋼結構驗收標準為依據，對不同質量等級焊縫實施表觀和內部質量檢測。在對內部質量進行檢測過程中，檢測人員應以設計要求為依據，使用超聲波檢測技術對焊縫內部缺陷進行分析，若超聲波檢測技術對焊縫內部缺陷進行準確判斷，則需要借助射線無損檢測技術對其進行檢查。與此同時，在對曲率半徑較大的管材以及厚度小于8 mm 的板材進行檢測時，通常需采用磁粉檢測技術，而當管材曲率半徑較小以及板材厚度大于8 mm時，則需要使用超聲波檢測技術實施檢測[1]。

1.2 無損檢測優點

到目前為止，在對鋼結構進行檢測過程中，主要包含無損檢測、破壞性試驗法以及模擬實驗法3 種檢測方式。其中，無損檢測作為一種新型的檢測技術，具有較高的科學性和綜合性，其可以在保障鋼結構致密性、安全性、可靠性和完整性的前提下對鋼結構橋梁焊縫實施檢測。與此同時，無損檢測還具有真實性、代表性和客觀性的特點，可以有效保障鋼結構橋梁焊縫檢測的準確性。

2 鋼結構焊縫缺陷類型

在對鋼結構焊縫進行檢測過程中，其缺陷主要分為裂紋、未熔合、未焊透、夾渣以及氣孔等，各缺陷的內容及形成原因如下。

2.1 氣孔

在鋼結構焊接過程中，高溫金屬會吸入較多的氣體，在冷卻過程中，氣體沒有及時排出，導致金屬焊縫出現氣孔，這些氣孔通常為球形或橢圓形，主要分為密集氣孔和單個氣孔。與此同時，保護氣體效果消失、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導致鋼結構焊縫出現氣孔。

2.2 夾渣

在焊接之后，部分非金屬夾渣物或熔渣會殘留在焊縫內部，根據夾渣形狀通?？梢苑殖牲c狀夾渣和條狀夾渣。與此同時，非金屬夾渣物和熔渣未及時浮起、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，接頭部分金屬沒有完全熔透。通常情況下，焊接角度偏移、坡口加工操作不當、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導致焊縫出現未焊透缺陷。

2.4 未熔合

焊縫出現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使焊縫出現未熔合缺陷。

2.5 裂紋

在焊接施工或完成焊接后，焊縫熱影響區局部以及鋼結構母材破裂會導致焊縫出現裂紋缺陷，主要可分為冷裂紋和熱裂紋。通常情況下，焊縫中存在低熔點共晶體、焊接角度偏移及焊接操作不當等原因都會導致焊縫出現裂紋。

3 鋼結構橋梁焊縫無損檢測的主要方法

在對鋼結構焊縫實施無損檢測過程中，需要借助電、磁、光以及聲等對焊縫內部質量和表面缺陷進行檢測，無損檢測并不會對被檢物的性能產生影響。檢測人員在檢測過程中，應以設計要求和規范標準為依據，結合焊縫形式，選擇合理的檢測方法進行檢測，當前常見的檢測手段主要有磁粉檢測、射線檢測以及超聲檢測等。

3.1 磁粉檢測方法

在使用磁粉檢測方法對鋼結構焊縫進行檢測過程中，主要利用磁粉自身的物理性質以及材料（具有磁鐵性質）的磁化性能對其實施檢測。在磁化作用的影響下，帶有磁鐵性質的材料內部會產生較強的磁感應，此時，其磁力線的密度也會隨之增加。當焊縫存在缺陷時，磁力線的位置會產生變化，導致磁力線出現漏磁問題。與此同時，如果磁場內部含有磁粉，在磁力線的影響下，焊縫缺陷位置會出現磁粉堆積等問題，檢測人員可以以此為基礎，對焊縫缺陷進行分析。相較于其他檢測技術，磁粉檢測技術具有靈敏性較高的特點，檢測準確性相對較高，但是在使用磁粉檢測技術時，所檢測焊縫位置的材料應具備磁性[2]。

3.2 射線檢測方法

在使用射線檢測技術對鋼結構橋梁焊縫實施檢測過程中，由于不同物體的物理性質各不相同，因此X射線和γ 射線穿透強度會出現不同程度的衰減，檢測人員可以根據衰減情況，對被檢測物體的內部質量進行分析。在實際檢測過程中，射線可以穿透被檢測物體，并在膠片上顯示被檢測物體的投影，檢測人員運用特殊的處理技術對膠片加以處理，被檢測物體的內部結構等相關信息便可清晰地顯現在膠片上，檢測人員可以根據膠片上所呈現出的影像對被檢測物體內部結構的缺陷以及缺陷程度進行判斷。通過使用射線檢測技術對鋼結構橋梁焊縫進行檢測時，可以準確地了解鋼結構焊縫存在的缺陷，為后續修復和施工奠定基礎，消除鋼結構橋梁施工時的安全隱患。在使用射線檢測技術實施檢測過程中，被檢測材料的厚度應大于2 mm，且應小于200 mm，確保焊縫厚度處于射線檢測范圍內，使射線檢測質量進一步提高[3]。射線檢測方法可以直觀地對被檢測物體缺陷進行觀察，且檢測資料可以完整保存，便于查閱。但是，在使用射線檢測方式進行檢測過程中，還具有一定的局限性，該種檢測方式具有成本較高的特點，且設備體積相對較大、攜帶不便捷，射線還具有一定的放射性，會對檢測人員的健康產生一定的影響，因此，施工單位應根據鋼結構橋梁焊縫實際情況，合理運用射線檢測技術。

3.3 超聲檢測方法

使用超聲波檢測技術對鋼結構橋梁焊縫實施檢測過程中，在超聲波傳播時，由于諸多因素的影響，所檢測到的聲波也各不相同，因此，檢測人員可以以聲波的特性為基礎，對鋼結構橋梁焊縫缺陷進行判斷。在檢測過程中，檢測人員應對超聲波的頻率進行控制，通常情況下，頻率最大值應不大于5 MHz，最小值應不小于0.5 MHz。該種檢測方式具有檢測準確性相對較高的特點，相較于射線檢測技術，超聲波檢測技術具有設備體積小的特點，可隨時攜帶和搬運設備，便于檢測。與此同時，超聲波檢測技術還具有檢測成本較低的特點，可以使鋼結構橋梁工程整體成本進一步降低。但是，在實際檢測過程中，當焊縫缺陷體積較大時，超聲波檢測準確性會受到較大的影響，此時，為了保障檢測準確性，需要人工協助，而且超聲波檢測技術對焊縫粗糙度的要求相對較高，若焊縫粗糙度不符合超聲波檢測要求時，不能采用該技術進行檢測[4]。

4 工程案例分析

在某橋梁施工過程中，有4 聯機動車匝道主要分為C匝道、B匝道、NL匝道以及NR匝道，5聯非機動車匝道主要分為RE 匝道、RD 匝道、RC 匝道、RB 匝道以及RA匝道，各匝道結構均為連續鋼箱梁。為了保障該鋼結構橋梁焊縫的施工質量，施工單位以相關規范為依據，對焊縫實施無損檢測，并對其缺陷類型和位置進行評定。檢測方法具體如下。

4.1 超聲檢測

在使用超聲波檢測方法對該橋梁進行檢測過程中，所使用的超聲儀器為CTS-9006 數字超聲檢測儀。在檢測時，檢測人員應以板厚為依據，對橫波斜探頭的頻率、晶片尺寸以及探頭角度進行選擇。當波幅大于評定線的反射波時，檢測人員應仔細對反射波周邊進行掃描，以波幅和波形為依據，對缺陷進行合理判斷[5]。根據檢測結果可知，該焊縫缺陷主要包含未焊透、未熔合以及裂紋等，因此，為了保障鋼結構橋梁施工質量，應對其進行返修處理，表1為該工程超聲波檢測結果。

表1 超聲檢測結果

通過對表1 分析可知，超聲檢測焊縫共為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場技術人員進行交流可知，造成缺陷的原因主要如下。

（1）該橋梁工程施工季節為梅雨季節，由于空氣較為潮濕，導致坡口周圍出現返修，與此同時，施焊人員責任心較差，沒有對該位置進行除銹處理，導致其出現氣孔和夾渣缺陷。

（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，當一條縱縫或橫縫焊接完成后，施焊人員沒有對另一條焊縫所在位置進行處理就實施焊接，導致焊縫過渡過快，出現應力集中的問題，進而產生裂紋缺陷。為了對上述缺陷進行有效控制，施工單位應對施焊人員進行培訓，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

在對該鋼結構橋梁實施射線檢測過程中，所使用的X射線探傷機型號為XXG-3005型。根據相關規定對缺陷等級進行評定，表2為射線檢測數據結果。

表2 射線檢測數據結果

4.3 磁粉檢測

在對該鋼結構橋梁進行磁粉檢測過程中，所使用的儀器為微型磁軛探傷儀。在進行檢測之前，檢測人員應對熱影響區和焊縫位置進行打磨處理，將鐵銹等清理干凈，并使用黑油磁懸液和反差增強劑對其進行處理。在探傷之前，檢測人員應先將反差增強劑均勻地噴在被檢區域，使磁痕顯示更清晰[6]。與此同時，檢測人員還應對磁軛間距和磁軛頭進行合理選擇，使磁軛探傷儀與構件貼合更加緊密，且其提升力應大于44 N。除此之外，在碳粉檢測之前，檢測人員還應在工件上粘貼靈敏度試片，并將反差增強劑噴灑在試片上，將外加磁場施加在工件上，并噴灑磁懸液，使其被磁化，隨后對標準試片上的磁痕進行觀察，確保其檢測靈敏度符合要求。提升力和靈敏度檢測完成后，方能對焊縫進行磁粉探傷檢測，在檢測過程中，檢測人員應先將反差增強劑噴灑在焊縫位置處，并使用十字交叉的磁化方式對該位置進行處理，每次磁化區域應部分重疊，每個位置應磁化2 次，每次時間應為1～3 s，在磁化時，檢測人員應將磁懸液噴灑在焊縫位置。檢測人員應對磁痕顯示情況進行觀察，并使用放大鏡對微小磁痕進行觀察，若檢測過程中光線不充足，檢測人員應及時進行打光處理，一旦發現缺陷，應先使用氣刨機或打磨機對其進行處理，并重新進行施焊，施焊完成后應再次進行檢測，直至沒有缺陷。

在對該橋梁工程進行磁粉檢測時，其焊縫數量共為1 860 處，缺陷共26 處，主要為氣孔缺陷和條形缺陷[7]。

5 結語

綜上所述，在鋼結構橋梁施工過程中，施工單位應采取合理的無損檢測手段對焊縫進行檢測，保障其施工質量。當前常用無損檢測主要有磁粉檢測、射線檢測以及超聲檢測等，由于每種檢測方式都具有一定的局限性，因此，檢測人員應采取多種檢測手段對同一焊縫進行檢測，確保其符合規范要求。一旦發現焊縫缺陷，應及時進行返修處理，并進行復檢，直至合格后方能投入使用，使鋼結構橋梁施工質量進一步提高。