TOFD檢驗技術在多跨連續鋼箱梁工程中的應用

李 偉 吳紀東

（鄭州市市政工程總公司，河南 鄭州 450007）

1 工程簡介

鄭州市北三環快速化工程Ⅱ標段西起規劃路東側、經文化路、渠西路、渠東路、鶴壁路，路段全長約1167米。在跨文化路、東風渠、和鶴壁路處受場地限制，以鋼箱梁結構為主，分布在S線、N線主線橋及7個匝道（I、E、K3、K5、J6、L、M）上，共設計19聯鋼箱梁，總重約13296噸，鋼箱梁全長2075.16m，鋼箱梁高度為1.3～2.6m，寬度為7.8～20.8m，臨時支架高度為6～21m。

2 工程重、難點分析

2.1 本工程與多項現澆混凝土橋梁穿插設置，需制定合理的安裝順序和安裝方法。

2.2 主線橋鋼箱梁（N33～N36、S33～S36）多處于既有城市立交橋兩側，與既有城市高架橋有干涉，需合理組織交通，做好交通疏導，確保道路行車安全。

2.3 處于文化路口兩側的上行、下行線匝道橋（L1、M1）線型復雜，K3、J6兩聯匝道橋跨越文化路，且位于交通繁忙路口，需制定嚴密的安裝方案，確保交通安全，同時保證匝道橋的整體線型。

2.4 K5匝道為跨線匝道橋，橫跨既有城市立交橋和本項目新建的主線橋，且線型為圓弧型，需與新建的主線橋安裝順序協調到位。

2.5 由于鋼箱梁兩支墩之間的距離較大，跨度越大，安裝時各分段的安裝精度都較高，測量工作要求嚴格細致，對各過程的監控須嚴密。

3 總體安裝思路

本工程鋼箱梁安裝采用支架法安裝。通過起吊設備按各節段順序架設至臨時支架上，調整節段高程、平面線形及節段間距，確認無誤后，進行現場焊接，最終連成整體。

根據施工圖紙及現場實際考察，S33-S38、N33-N38聯主線及K3、J6、L、M、K5、E、I聯匝道處于文化路互通式立交、跨東風渠橋及上下橋匝道上，主線橋與現狀跨線橋、現狀跨線橋與匝道相互交錯，因此為保證鋼箱梁吊裝時汽車吊正常行駛與吊裝，合理安排主線鋼箱梁與匝道鋼箱梁的吊裝順序：

①完成主線S（N）33、S（N）35、S（N）36主線鋼箱梁的安裝。

②完成跨文化路S（N）34、跨東風渠橋S（N）38主線鋼箱梁的安裝。

③完成K5、K3、J6、L、M匝道鋼箱梁的安裝。

④完成上下橋匝道鋼箱梁的安裝。

考慮現場安裝方便性與結構安全性，主要將鋼箱梁劃分為兩個類型的節段：墩頂橫梁節段、主墩間橋面系節段。

現場進行節段吊裝時，首先吊裝墩頂橫梁節段，調整各個橫梁節段坐標位置，完成定位后與下部臨時支架固定（固定采用碼板焊接方式連接）。完成所有墩頂橫梁節段吊裝定位及固定施工后，吊裝各個主墩間橋面系節段，同時完成節段之間環縫焊接。

鋼箱梁全部在廠內加工完成，通過汽車運輸運至橋位現場。在進行節段劃分時充分考慮到汽車運輸對運輸尺寸的限制，一般運輸寬度不宜大于4.5m，運輸長度不宜大于23m。

由于鋼箱梁進行節段劃分時，主要分為墩頂橫梁節段與主墩間橋面系節段兩種形式，墩頂橫梁節段均采用整體節段并能確保運輸；橋面系節段運輸時由于鋼箱梁本身橋面寬度大于4.5m，因此需將橋面系節段進行二次劃分，以保證運輸正常。

4 鋼箱梁檢測

根據設計及規范要求，鋼箱梁安裝完畢后需自檢和第三方檢測單位100%檢測，焊縫檢測長度分別為：超聲波（UT）檢測11800延米、射線檢測（RT）3241張、磁粉檢測（MT）83687延米。

4.1 鋼箱梁的焊縫檢測重、難點分析

4.1.1 鋼箱梁跨越道路多，通行車輛人流多,施工中需保證道路暢通，沒有搭設腳手架或安裝升降梯的場地。

4.1.2 橋型結構和曲線型式多樣復雜，箱梁內無法支架X射線機，而外部又無搭設腳手架的空間，使RT拍片無法進行。

4.1.3 大部分部位的RT檢測均需搭設高腳手架，附加成本高，耗費時間長。

4.1.4 13 000t鋼梁需在7個月內制造、安裝完成，如果采用RT檢測，滿足不了整體工期要求。

4.1.5 鋼橋結構復雜，分段較多，現場焊接及檢測工作量和難度大。

4.1.6 焊縫無損檢測抽查比例高：VT、MT、UT的檢測比例100%，“丁”字和“十”字對接接頭100%的RT檢測，其他對接焊縫進行10%的RT抽查。

4.1.7 工程處于繁華都市的交叉路口，由于射線輻射的影響，RT作業只能在深夜進行，且需封閉道路、疏散人員，無法滿足工期要求。

4.2 焊縫檢驗要點

所有焊縫在焊縫金屬冷卻后進行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿弧坑及漏焊等缺陷。

焊接人員對所施焊的焊縫先進行自檢和互檢，發現缺陷及時修補，并清理熔渣及飛濺物。對圖紙要求打磨的焊縫打磨平順。

自檢、互檢合格后，填寫施焊記錄并在自互檢欄內簽字或蓋章，交專職質檢人員檢查。質檢人員檢查合格后，施焊班組填寫無損檢驗委托單等候無損檢驗。

無損檢驗人員需持有效的二級以上的合格證件，經監理工程師確認后方準上崗操作。

無損檢驗人員接到委托單后，按委托單上記錄的時間24h后對焊縫進行無損檢測。厚度大于30mm的鋼板焊接接頭應在施焊48h后進行無損檢測。

無損檢驗人員在檢測過程中發現超出規范的焊縫內部缺陷應進行實物標識，由專人進行返修焊。返修焊不得超過兩次。返修焊后按上述要求重新進行外觀檢驗和無損檢驗。檢驗合格的焊縫，由質檢人員在施焊記錄和無損檢驗記錄上簽字蓋章，方可轉序。

4.3 TOFD檢驗技術

TOFD技術具有操作簡單、速度快、效率高等特點，因此目標確定為引用TOFD代替RT檢測，提高檢測速度，保證工程質量和進度。

TOFD技術是利用在固體中聲速最快的縱波在缺陷端部產生的衍射波來進行檢測。在焊縫兩側，將一對頻率、尺寸、角度相同的接收與發射的縱波斜探頭相向對稱放置。發射探頭從焊縫側面發射縱波進入被檢焊縫斷面。在無缺陷部位，接收探頭會接收到沿試件表面傳播的直通波和底面反射波。在有缺陷存在時，在上述兩波之間，接收探頭會接收到缺陷上端部和下端部所產生的衍射波信號，如圖1所示。沿焊縫長度方向移動探頭，即形成對焊縫的掃描，如圖2所示。對這些掃描數據進行處理，以掃描信號和灰度圖掃描顯示、保存、輸出、打印等。

圖1 TOFD平面檢測示意圖圖

圖2 TOFD探頭移動示意圖

實施對策一：進行TOFD代替射線檢測的比對試驗

比對試驗取樣來自施工中的鄭州市三環路快速化工程北三環項目高架鋼橋工程實體。具體部位由業主、設計、監理、施工、質量監督等參建單位共同在現場確定。在已經進行RT的索凌路S10聯和文化路N37聯的部分橋面板的丁字形接頭的對接焊縫在現場采集TOFD圖譜，與RT檢測的焊縫缺欠數量、性質、大小、位置及焊縫評定的等級進行比對。比對部位母材厚度16mm，代表了工程所使用的大部分鋼板厚度。

圖3 TOFD現場檢驗圖

程序：按“焊接焊縫→VT→UT→RT→TOFD→比對”的程序進行。將RT底片評定結果和TOFD圖譜分析結果進行比對，統計和分析檢測結果。

標準選用：本工程無損檢測的方法、數量、部位等按《鐵規》執行。本工程選用了NB/T 47013.10-2010作為TOFD對焊縫的檢測與評價標準。設計文件要求RT以GB/T 3323-2005《金屬熔化焊焊接接頭RT照相》為標準，Ⅱ級合格。所以，TOFD以NB/T47013.10標準評定，結果按Ⅱ合格。

比對結果：比對試驗共采集TOFD圖譜26組，比對結果如表1所示。部分TOFD圖譜與RT底片比對如圖3～5所示。

圖4 S10-MH2-2比對

圖5 S10-MH2-3比對

比對數據分析：表1數據表明，TOFD和RT檢測結果的26組統計數據，3處評判結果不相符，3處不完全相符，20處完全相符，完全相符率76.9%。不相符主要原因是：

定性不同：在TOFD中將RT反映的小而密集的點狀缺欠按條形缺欠判定，這是因為缺欠距離太近時TOFD的衍射波不易被分辨。

圖6 S10-MH2-4比對

表1 TOFD檢測和RT拍片檢測結果比對表

檢出率：TOFD檢測比RT檢出率高，部分缺欠未被RT檢出，而被TOFD檢出。

焊縫級別評定：Ⅰ、Ⅱ級焊縫評定結果完全相同，符合度達100%。按RT標準評定最低有Ⅳ級焊縫，按TOFD評定最低Ⅲ級，未出現Ⅳ級焊縫。原因是NB/T 47013.10標準中焊縫質量只劃分為3個級別，最低Ⅲ級，而GB/T 3323標準中將焊縫質量劃分為4個級別，最低Ⅳ級。

實施對策二：焊縫檢測量多，無法保證工期要求

合理組織施工和檢測同步進行，與檢測單位協調，增加人員和設備，并采取24小時進行檢測，確保在工期要求時間內完成檢測。

TOFD操作簡單、攜帶方便、無輻射，能準確對焊縫缺欠定位、定性、定量，檢測效率高，在市政工程鋼結構檢測中可用于替代RT。

TOFD技術采集的焊縫質量數據可永久保存，可為鋼橋運行過程中的質量監控、壽命預測提供有效數據，也可高效便捷地對進行鋼橋健康檢測，對節約運行成本具有積極意義。

TOFD技術雖由于自身原理，會形成表面及近表盲區，可用MT為輔助手段消除盲區，能更全面和準確地反映焊縫的質量情況。

通過工程應用證明TOFD適用于鋼箱梁橋焊縫的無損檢測，應在鋼箱梁橋的制造安裝中推廣使用并制定本行業的規范標準。

如《鐵規》引用GB/T23902，應在規范性附錄中規定焊縫的合格標準，利于現場操作。在未制定本行業TOFD標準之前，建議引用NB/T47013.10標準，該標準規定了焊縫的檢測和評價方法、質量評定等級等，具有較強的可操作性。

5 結語

隨著我國交通運輸業的飛速發展，橋梁結構也在不斷增多，在城市立交橋或高速公路橋梁跨越設計中一般采用鋼箱梁，鋼箱梁橋具有強度高、跨越能力大、外形美觀、表觀密度與容許應力比值小等特點，構件制造適合工業化、機械化、運輸安裝方便、架設工期短、破壞后易修復和更換等優點。鋼箱梁橋焊縫質量的好壞，直接影響到橋梁的安全運行和使用壽命。鋼橋焊縫質量的好壞一般通過無損檢測評價。常用的無損檢測方法有：目視（VT）、射線（RT）、超聲波（UT）、磁粉（MT）。對于主要焊縫，至少采用兩種或以上的無損檢測方法進行焊縫質量的檢測評價。到目前為止，公路鋼橋焊縫檢測的方法、比例、部位、評價均使用TB10212-2009《鐵路鋼橋制造規范》（簡稱《鐵規》）及其引用標準。《鐵規》對焊縫質量的檢測評價以VT、UT、MT普檢為主，RT抽檢為復查。因TOFD技術具有很大的優勢，在多個行業已得到推廣應用，對城市鋼箱梁橋焊縫質量的檢測與評價，還是一個新課題，值得廣大工程技術人員探索研究。

TOFD檢測方法可以代替射線檢測，既優化了檢測環境，避免了射線檢測對相鄰工作面的輻射影響，而且此項技術將為本工程帶來良好的經濟效益和社會效益。

［1］JTG/TF20-2011.公路橋涵施工技術規范［S］.

［2］CJJ2-2008.城市橋梁施工及質量驗收規范［S］.