超聲波無損檢測技術在橋梁工程中的運用

(武橋重工集團股份有限公司 湖北 武漢 430058)

一、工程概況

派河大橋鋼箱梁主體結構及臨時匹配件均采用Q345D鋼，本項目為環巢湖旅游大道的組成部分，是旅游大道的重要節點，項目位于濱湖新區與肥西的交界處，作為合肥市的門戶，橋梁設計的景觀效果尤為重要。派河大橋全長844米，橋跨布置為：3.0m(橋臺)+11×30 m(組合箱梁)+(54+130+54)m(鋼箱拱橋)+9×30m(組合箱梁)+3.0m(橋臺)，其中主橋跨越派河河道及兩側大堤。

大小井特大橋為上承式鋼管混凝土桁架拱橋，拱肋主弦桿管徑采用 1.36m，并根據應力分布選用不同的材質：拱腳部分采用 Q390D 鋼材，其余采用 Q345D 鋼材，其中 Q345D 弦桿又根據受力采取了兩種壁厚。大小井特大橋為貴州省余慶至安龍高速公路平塘至羅甸段屬于省高速公路網(“678”網)規劃中的第六橫——余慶至安龍高速公路的重要組成部分，大橋橫跨大井河及鄉村道路，位于羅甸縣沫陽鎮董當鄉大井村，距離省級風景區大小井約 1.5km

二、編制依據

超聲波無損檢測編制依據為國家標準、行業標準、設計圖紙、合同文件、相關技術文件等。主要包括：鐵路鋼橋制造規范(TB 10212-2009)、派河大橋施工圖設計及工藝文件。貴州省余慶至安龍高速公路平塘至羅甸段公路工程兩階段施工圖設計.公路橋涵技術規范(JTG/TF50-2011)焊縫無損檢測超聲波檢測技術、檢測等級和評定(GB/T11345-2013)

三、超聲波無損檢測

超聲波無損檢測主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。采用一定的方式使超聲波進入試件，超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變；改變后的超聲波通過檢測設備被接收，并可對其進行處理和分析；根據接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內部是否存在缺陷及缺陷的特性。

(一)標準試塊

在做超聲檢測前要對儀器進行校準，比如校準聲速、零偏、K值等，采用標準試塊(CSK-IA、CSK-ⅢA)，就是為了讓儀器獲得與被檢材料相同的聲速、以及相關參數。

(二)焊縫外觀

橋梁工程中運用超聲波的檢測手段針對的對象就是對焊縫的檢測。超聲波檢測焊縫之前必須用打磨機清理焊縫表面兩側一定范圍的焊接飛濺，埋弧焊的氧化皮，補平焊接過程中造成的電弧凹坑，焊縫兩側咬邊，根部未熔透，焊瘤，表面銹蝕，油污等。外觀檢測合格的構件才能進行焊縫超聲無損檢測，以避免檢測過程中應干擾因素造成檢測的誤判。

(三)耦合劑的流動性

橋梁工程中常用到的是化學纖維與水混合的半固態半液態的溶劑。這種溶劑的好處是方便使用，易于清洗，無腐蝕性，耦合粘稠度好。調制這種耦合劑時，以毛刷攪拌提起粘狀滴落為可行。

(四)掃查次數與移動頻率

超聲波檢測探傷過程中，儀器探頭在構件焊縫兩側做橫向掃查，縱向掃查，斜向掃查，依據構件焊縫等級要求，區別對待。不同等級焊縫掃查次數不同。在掃查時探頭以鋸齒狀平行移動，不宜過快。

(五)缺陷的記錄

在橋梁檢測運用中，一般會涉及到不止一家檢測機構，特別是現在我國橋梁有向西南方向發展的趨勢，涉及到有云貴川區域的橋梁多為特大型橋梁，因為重要所以參建單位一般是2家檢測機構，更或者3家，區別于其他建設項目缺陷的記錄工作有不同。以3家檢測單位為例：鋼構廠委托檢測單位，甲方委托檢測單位，業主委托檢測單位。行業內部簡稱為一檢，二檢，三檢。依次進行檢測，做好記錄，合格為止。

(六)缺陷的判定

橋梁工程中，主體鋼結構的焊接主要有埋弧焊，氣體保護焊。橋梁根據制造與吊裝場地又分為廠內制造構件與橋位現場構件拼接。結合不同的環境與氣候，焊工的操作，焊接電流電壓，以及當時工期的進度，考慮檢測人員的操作與經驗。首先，缺陷波峰反映在超聲波檢測儀上，只能做缺陷的定量判定，即缺陷的當量大小，而不能定性。而往往有經驗的檢測人員，根據缺陷反射波的高度，波峰形態與結合周圍環境濕度電流分析，八九不離十的便可判斷出缺陷的性質，主要包括氣孔，夾雜，未熔合。

四、超聲波檢測在鋼箱梁結構橋梁與鋼管拱結構橋梁實際中的應用

(一)超聲波無損檢測在鋼箱梁中的應用

針對派河大橋鋼箱梁結構橋梁進行檢測時，考慮各結構單元在廠內制造的施工拼接工藝，按照《鐵路鋼橋制造規范》的要求，對Ⅰ、Ⅱ級橫、縱向對接焊縫、Ⅰ級全熔透角焊縫、Ⅱ級焊縫均應進行100%的超聲波檢測。對接焊縫、全熔透焊角接焊縫等接頭均可采用常規超聲波檢測，但常規超聲波檢測對不熔透角焊縫的焊根處缺陷的大小難以判斷，一般不適合檢測不熔透角焊縫。故在處理派河大橋鋼箱梁主腹板的角接焊縫時，參考設計施工文件對此處焊接要求，適當降低檢驗合格等級是有必要且滿足使用要求的，采取部分熔透探傷方法和規范，對焊縫缺陷進行危險系數評定。對于重要部位的部分熔透角焊縫，應需要足夠的試驗，且有經驗的人員實現檢測。

(二)超聲波無損檢測在鋼管拱橋中的應用

2017年10月我接到大小井特大橋的檢測任務，剛接到工作時，就遇到檢測方案的問題。大小井特大橋依據的檢測標準為公路橋涵技術規范(JTG/TF50-2011)，參考檢測標準為焊縫無損檢測超聲波檢測技術、檢測等級和評定(GB/T11345-2013)。大小井鋼管拱橋主要焊接關鍵在于管與管的相貫線的焊接。整座橋涉及相貫線接頭上千，小于60°夾角相貫線上百，而夾角小于60°的相貫線在實際焊接操作方面難度最大，依據大小井特大橋施工圖設計說明中關于相貫線的描述為：對接焊縫、鋼管接頭交貫線角焊縫、鋼管-節點板角焊縫均為全熔透焊縫，質量等級應達到一級要求。而小夾角處的角接焊縫因為焊槍擺幅小，間隙小導致不能焊接熔透的概率理論上偏大，結合GB/T11345-2013檢測標準以及現場施工拼接工藝與實際操作，不能滿足標準上所對應的檢測方法，導致檢測難度增大。

GB/T11345-2013對管座相貫線角接接頭描述如圖示：

參考GB/T11345-2013的描述，在實際操作過程中無法滿足D、E方向的掃查，故將檢測方法從B級降低為A級，而A級所要求的無X、Y方向的掃差在實際檢測過程中又比較容易檢測，結合品質工程要求，與各檢測單位討論，征求監理和施工單位同意，最終此相貫線定位A級檢測，結合B級檢測方法做X、Y方向掃查。在實際檢測過程中發線此方法的結合能降低因缺陷角度問題而導致的漏檢。很好的保證了施工質量。

五、結束語

超聲波無損檢測在鋼結構橋梁檢測中對質量的控制起到了不可忽略的作用，而且我相信隨著科學技術的發展與質量檢測體系的完善，未來將會有更方便的檢測技術與更貼近各行業的針對檢測方法。

【參考文獻】

[1]TB10212-2009,鐵路鋼橋制造規范[S].中華人民共和國鐵道部

[2]TB10203-2002鐵路橋涵施工規范[S].中華人民共和國鐵道部

[3]環巢湖派河大橋施工圖紙設計總說明.

[4]貴州省余慶至安龍高速公路平塘至羅甸段公路工程兩階段施工圖設計.

[5]公路橋涵技術規范(JTG/TF50-2011)中華人民共和國交通運輸部

[6]焊縫無損檢測超聲波檢測技術、檢測等級和評定(GB/T11345-2013)中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會

[7]徐敬崗，無損檢測技術在橋梁鋼結構行業中的應用[J]科技信息 2011(35)