某裝配式鋼梁橋焊縫無損檢測技術研究

李 浩

（湖南省勘測設計院，湖南 長沙 410000）

0 引 言

裝配式橋梁是近年來橋梁施工中的新型施工工藝，因其具有施工速度快，工廠鋼梁質量容易控制，現場濕作業少有利于環保而得到越來越多的應用。裝配式橋梁可以分為裝配式混凝土結構橋梁、裝配式鋼結構橋梁和裝配式鋼結構與混凝土結構組合橋梁。裝配式混凝土梁橋的質量主要通過套筒連接，套筒連接質量是工程好壞的關鍵。裝配式鋼梁橋的質量控制主要通過焊縫連接，焊縫質量的控制是橋梁的重中之重。焊縫無損檢測作為鋼結構焊縫質量控制的方式之一，因其具有方便、可靠、快速等優點應用廣泛。對于在建的鋼結構橋梁，無損檢測技術能及時發現焊縫缺陷并采取補救措施，保證工程質量達到驗收標準。

1 工程概況

湘府路高架橋為長沙市東西向的一條城市高架橋，連通萬家麗高架橋，橋梁全長 11.85 km。橋梁上部結構采用鋼箱梁和 T 型工字梁，Q345qD 級鋼材，鋼板厚度從 14～40 mm 不等，鋼結構的連接全部采用全熔透對接焊縫，焊縫質量等級為一級，分為自動埋弧焊和手工電弧焊。自動埋弧焊質量易控制，為保證施工過程中焊縫質量，對全橋的手工電弧焊焊縫進行檢測。檢測內容包括焊縫外觀質量、焊縫超聲波探傷和射線檢測。焊縫外觀質量檢測數量為全部檢測，超聲波探傷對一級焊縫檢測 100 %，二級焊縫檢測 20 %，對全部 T 型連接焊縫和十字形連接焊縫采用射線檢測。

2 外觀檢測

焊縫外觀質量檢測是全熔透對接焊縫內部檢測的前提，外觀檢測主要針對手工電弧焊，檢查手工焊縫的外觀缺陷和尺寸偏差。

外觀缺陷采用目視觀察的方法，發現工程中的外觀缺陷以保證鋼結構橋梁的施工質量。焊縫外觀質量不得有裂紋、未熔合、氣孔、焊瘤和燒穿，焊縫上的飛濺和熔渣必須清除干凈且不得有低于母材的凹瘤。本工程主要的外觀缺陷有：飛濺、焊瘤、弧坑、表面氣孔等（見圖1）。對外觀缺陷 100 % 返工處理，外觀檢測合格后進入下一道工序。為保證焊縫外觀質量合格，采用引弧板和引出板焊接［1-3］。

圖1 焊縫外觀缺陷

圖2 焊縫尺寸偏差

焊縫尺寸偏差的檢測采用焊標檢驗尺，測量焊縫尺寸的寬度、高度和焊縫的平整度，控制對接焊縫的余高高差≤2 mm，寬度≤坡口寬度加 4 mm，不直度≤3 mm，焊縫錯邊量必須≤0.1 倍板厚。滿足要求后方可進行焊縫內部檢測（見圖2）。

3 超聲波檢測

當焊縫存在缺陷時，由超聲發射設備發射脈沖信號，超聲波遇到聲阻抗會發生發射。根據反射波的大小、性質和位置可以判斷出缺陷的有無、缺陷性質（氣孔、夾渣、裂紋、未焊透等）和缺陷所處的位置［4-6］。

焊縫超聲波探傷在檢測過程中受到聲速、材料和傳感器等多方面因素的影響。在檢測過程中根據所檢工件的特點，選擇合適的檢測參數，是保證焊縫檢測正確的前提。本工程的檢測過程中，要根據工件情況進行如下選擇。

1）探傷儀器的選擇。采用漢威全數字超聲波探傷儀 HS610E，可以快速、準確地檢測出多種焊縫內部缺陷，尤其適用于本工程中常見的氣孔、夾渣和裂紋等內部缺陷的檢測。

2）探頭 K 值和頻率的選擇。工件厚度大時盡量選用頻率高、K 值小的探頭多探測面掃查，對根部有可疑信號的位置，盡可能選擇小 K 值探頭復驗。本工程板厚范圍較大，對于 14、16、20 和 25 mm 的板采用斜探頭 2.5P13×13K2.5；對于 28、32、36 和 40 mm 的板采用斜探頭 5P13×13K2.0。

3）標準試塊和對比試塊。根據 GB/T 11345－2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》中橫孔技術 1，選用 CSK-ⅠA 標準試塊和 RB-2 型對比試塊來做距離-波幅曲線（DAC）。

4）掃查工藝。根據具體情況采用鋸齒型掃查（L型），探傷面采用單面雙側，焊縫質量等級 2 級，傳輸修正靈敏度 4 dB。

5）耦合劑。打磨平整后均勻涂抹漿糊。

6）材料聲速。3 230 m/s。

7）檢測參數設置。檢測參數及合格標準如表1 所示。

探傷檢測過程中，保持探頭與工件緊密接觸，不留有間隙。同時注意一次回波和二次回波，不漏掉缺陷。當更換探頭時，保證濾波頻帶與探頭頻率參數相協調。

以本工程中工字梁為例：

檢測位置：K2-11A 工字梁上翼板和下翼板對接焊縫，板厚 32 mm；探頭形式：5P13×13K2.0；評定等級靈敏度：Φ3-14dB；掃查方式：L-掃查；檢驗比例：100 %；表面情況：打磨良好；耦合劑：漿糊；表面補償：4 dB；聲速設置：230 m/s；檢驗數量：1 500 mm；缺陷：長度 20 cm，深度 12～22 mm；掃查速度≤150mm/s（見圖3）。

表1 探傷檢測參數

累計探傷結果：共檢測焊縫 17 726.11 m，檢測合格率 90 %，返修后合格率 100 %。

圖3 焊縫探傷

圖4 射線照相檢測原理圖

4 射線檢測

射線檢測按照射線源的種類可以分為X射線和γ射線，按照顯示缺陷的方法可以分為射線照相探傷、射線熒光屏觀察法、射線實時圖象法、射線計算機斷層掃描技術。射線照相檢測的基本原理是：根據被檢工件及其內部缺陷介質對射線能量衰減程度的不同而引起透過后射線強度分布差異，被射線照相膠片記錄下來經暗室處理后，再由其底片上較大的黑化程度對應較大的透射射線強度，根據射線照相底片上這種黑化程度變化的圖象來發現被檢工件中存在的缺陷。

超聲波探傷檢測能準確發現焊縫內部缺陷，但對于 T 型焊縫和十字型焊縫有一定的局限性。本工程對橋梁 T 型對接焊縫和十字形對接焊縫采用射線檢測，射線源采用X射線，照相探傷。由射線照相檢測原理圖（見圖4）可知，射線源發出射線，經濾板和標記帶到達工件，穿過物體發生發生衰減，厚度大時衰減大，底片的感光度較小，顯影后黑度淺，厚度小時衰減小，底片的感光度大，顯影后黑度深，從而能較精確地確認氣孔、夾渣、裂縫等缺陷。

表2 T 型焊縫射線檢測

以本工程鋼箱梁頂板的 T 型焊縫為例，檢測數量共 25 張，Ⅰ級 18 張，Ⅱ級 3 張，Ⅳ級 4 張。

累計射線檢測結果：統計本工程T型和十字形焊縫射線檢測 5 191 張，Ⅰ級 3 866 張，Ⅱ級 633 張，Ⅲ級 182 張，Ⅳ級 510 張。檢測合格率 86.6 %，缺陷部位采用碳弧氣刨重新焊接，復檢合格率 100 %。

經外觀檢測、超聲波檢測和射線檢測的構件由第三方檢測機構采用磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測和射線檢測。第三方檢測的檢測合格率為 100 %，因此本工程中采用的無損檢測技術能滿足工程質量的要求。

5 結 語

綜上所述，在鋼結構橋梁的施工中，由于焊接條件的限制，焊縫容易出現焊接缺陷，為保證焊縫質量，及時檢出缺陷，必須采用外觀檢查、超聲探傷和射線檢測技術配合使用。通過本工程的統計總結，鋼梁從這三方面進行檢測能保證工程質量。

在以后的鋼梁施工過程中，可通過外觀檢查、超聲波探傷和射線檢測三者結合使用，這樣可以為橋梁施工的安全和穩定提供雙重保障，從而進一步推動橋梁事業的可持續發展。