平面板材和角狀板材的貼角焊縫質量檢測方法分析

陳 艷 （安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

焊接不僅是現代制造業的基礎工藝之一，也是保障工程結構安全的關鍵技術。在橋梁、建筑及其他高安全要求的工程結構中，焊接質量的優劣直接決定了結構的完整性和可靠性。特別是對于承受復雜應力狀態的結構，例如南淝河大橋波形鋼腹板橋梁，焊縫質量的檢測成為了確保其長期安全運行的重要環節。

傳統焊縫檢測技術如超聲波檢測、磁粉檢測和射線檢測等，雖然被廣泛應用于工業檢測中，但在某些類型的焊縫檢測時存在局限性。例如，超聲波檢測在評估部分熔透焊縫方面存在誤判的可能，導致焊縫內部缺陷被忽視，從而潛在地威脅結構安全。因此，開發一種精確、可靠且操作簡便的新型焊縫質量檢測方法顯得尤為迫切。

本文提出了一種基于剪力參數的焊縫質量檢測新方法，該方法專門針對平面板材和角狀板材的貼角焊縫。與傳統的檢測技術相比，該方法直接利用剪力來模擬實際工作狀態下的負荷條件，從而更準確地評估焊縫的結構完整性。具體來說，該檢測方法基于一種檢測工裝，對焊接部件施加平行于焊接面的剪力，測定其能承受的最大剪力，即在焊縫發生顯著破損前所能抵抗的剪力。此外，通過考察焊縫在達到設計要求的強度水平時是否存在明顯缺陷，來判斷焊接質量的合格性。本文將介紹該檢測方法的工裝結構、檢測原理、工藝流程及其檢測質量保障措施。

2 技術特點

基于剪力參數的平面板材和角狀板材貼角焊縫質量檢測方法，其技術特點可概括如下。

精確性：該技術通過施加剪力直接模擬焊縫在實際使用中可能遇到的負載情況，從而能夠更精確地評估焊縫的性能和質量。

可靠性：與傳統的焊縫檢測方法相比，本文設計的方法基于物理響應，而不是僅僅依賴于設備感應，減少了對技術依賴性，提高了檢測結果的可靠性。

操作簡便：該方法使用的檢測工裝構造簡單、操作方便，易于在現場進行快速的焊縫質量評估。

適應性強：該方法適應不同尺寸和型號板材的要求，尤其對平面板材和角狀板材的貼角焊縫，能夠有效準確地檢測其質量。

實時監測：通過對剪力參數的連續監測并提供實時反饋，有助于識別焊縫質量的變化。

3 工裝結構

本研究聚焦于焊接質量的檢測技術，尤其是針對平面和角形板材接合處的貼角焊縫的檢測設備。這種工裝設備構件包含了上壓板、下壓板、左擋件、右擋件、插槽、頂推機構、傳力墊和伸縮桿，具體結構示意圖如圖1所示。

本文研究的焊接質量檢測對象主要是平板和角板的貼角接焊縫。具有平整焊接表面的板狀構件稱為平面板材，在橫斷面上顯示為V 形或L 形的板狀構件稱為角狀板材。在角狀板材中，轉角處棱邊將角板分為兩個部分：一部分與平板貼合并進行焊接，被稱為角形板材的貼合部；而另一部分突出于焊接區域之外，稱為角形板材的伸出部。

在檢測工裝結構中，下壓板的左右兩側底面分別與左右擋件相連，并且由頂推機構承托，左右擋件與下壓板左右兩側滑動貼合。置于下壓板頂面的平面板材與角狀板材貼合部連接，形成貼角焊縫，并保持其焊接面垂直放置，角狀板材另一面伸出部分平行于下壓板，多余延伸部分插入左或右擋件的內側槽口，用于固定角狀板材豎向位移。在上壓板與角形板材之間，嵌入用于傳遞壓力的墊片，該墊片的上端部分與上壓板連接，并突出于平面板材之上。

4 檢測原理

本文提出的焊縫檢測方法核心在于利用剪切應力來評估焊接接頭的質量，通過模擬實際工作條件下焊縫所承受的力，來檢測焊縫在受剪應力作用時的響應。

該方法的檢測原理是通過對焊接件施加剪力并監測焊縫在受力過程中的狀況來評價焊縫質量。在使用期間，頂推系統作用于下壓板將其推向上方，同時上壓板被鎖定或者其上端與限位臺面相抵。因此，下壓板對位于其下的平板材傳遞上行的垂直力，而上壓板則通過墊層將垂直向下的力傳遞給角板件。這種作用機制為平板材和角板材的接合面提供了必要的剪切力。

“剪切”是指一對相距很近、大小相同、指向相反的橫向外力。剪力方向與焊接面平行，通過逐步增加剪力直至焊縫出現明顯破壞或達到設計強度要求，從而判斷焊縫能否承受預定的剪切強度，確保結構的完整性和安全性。檢測工裝的構造可以精確地施加和測量剪力，保證焊縫主要承受預定方向的剪切力，同時限制其他非目標方向的力的干擾，從而提高檢測的精確性和可靠性。

通過分析焊縫在受剪切力作用下的響應，對焊縫的完整性和性能進行評估。如果焊縫存在未鋪滿或裂縫等缺陷，它在受到剪切力時的形變行為將與健康的焊縫有所不同。這種差異可通過傳感器檢測，并通過數據分析軟件來處理。如果形變超出了預定的合格標準，可以判定焊縫質量不合格，需要進一步處理或修復。反之，則達到設計標準。

5 工藝流程及操作要點

5.1 檢測工藝流程

檢測工藝流程如圖2所示。

圖2 檢測工藝流程圖

5.2 操作要點

5.2.1 準備階段

確保所有檢測設備的功能正常且已校準。

清理平面板材和角狀板材的表面，確保沒有雜質或涂層影響焊縫的檢測。

根據待檢測的工件尺寸和形狀，調整檢測工裝的左擋件和右擋件，確保能夠適配工件。

基于焊縫實際的工作環境與力學要求，設計相應的加載方案，精準施加平行于焊縫面的剪切力，確保力的方向和實際作用力一致，以適配不同焊縫的檢測需求。

5.2.2 安裝工件

將平面板材和角狀板材正確地固定在檢測工裝中，確保平面板材的焊接面豎直并與下壓板頂面中部對齊。

角狀板材的棱邊需水平布置，且其伸出部的自由端插入右擋件的插槽內，保證其穩定性。

5.2.3 加載階段

使用頂推機構對平面板材和角狀板材施加剪力，且剪力方向平行于平面板材和角狀板材的焊接面，力的大小和施加速度按實際需求進行調節，并通過壓力傳感器等測力設備進行監控。

通過傳力墊向上壓板傳遞力，傳力墊由硬質材料（如鋼材）制成，確保力的有效傳遞。

5.2.4 應力監控

逐漸增大剪力并同時觀察平面板材和角狀板材的貼角焊縫的狀態，傳感器監控剪切應力變化。初步分析數據，確認是否存在明顯偏差或異常指標。

在整個加載過程中，使用傳感器和數據采集系統記錄焊縫的響應數據。根據焊縫表現的不同破壞模式和剪力的變化，評估焊縫的質量和強度。

5.2.5 結果分析

根據理論模型和經驗標準，對數據進行處理并詳細分析，評估焊縫的質量。對比檢測中得到的焊縫承受的極限剪力與設計要求的剪力，判斷焊縫是否達到了預期的質量標準。對于檢測合格的焊縫，可以直接進入下一步使用或加工流程；對于檢測不合格的焊縫，根據報告中的推薦意見進行修復或重新焊接。

5.2.6 設備清理

完成檢測后，卸載工件并對檢測工裝進行清理保養，清理焊縫區域，移除任何可能影響檢測結果的雜質或涂層，確保下一次使用的準確性和安全性。

6 保障措施

下壓板的頂端中央區域承載了平面板材，確保力的分布均衡，同時避免了工裝設備的傾斜現象，力的中心區域越近，可靠性越高。傳力墊由至少兩片硬性板材重疊而成，根據實際需求可選擇不同數量的硬性板材層疊使用，這些硬性板材一般采用鋼制材料，因其不易發生形變確保了更優的使用效果。頂推裝置采用千斤頂設計，操作起來便捷迅速。剪切力的大小由壓力傳感器進行測量，對剪切力的變化進行實時監控和記錄。左側和右側的擋件均具有可調整高度的垂直結構，并且這兩部分都通過可伸縮的桿件與下壓板的底部相連結。此設計允許裝置適配多種尺寸的板材，從而提升了其通用性與實用性。

下壓板的兩側與左右擋件相互滑動接合，三者形成限位，固定于一平面內，有效避免了檢測過程中工裝的傾斜，確保了工件受力的均勻性，進而增強了檢測的精度。由于上壓板與角形板材之間嵌入了用于傳遞壓力的墊片，墊片由硬質材料（如鋼材）制成，確保力的有效傳遞，避免了在受力時角部發生傾斜的現象，從而提升了檢測的準確度。

需要定期對檢測設備進行校準，制定維護計劃，對設備進行預防性維護，減少因設備故障導致的誤差；對操作人員進行專業培訓，確保熟悉檢測技術和相關的質量要求。

通過以上設計和措施，有效解決了反作用力及頂推固定的問題，保障了平面板材和角狀板材的貼角焊縫檢測效果和質量。

7 結語

本文介紹了一種新型的焊縫質量檢測方法，用于評估平面及角狀板材的角焊縫質量，該技術已成功應用于南淝河大橋的波形鋼腹板橋梁。該方法直接利用剪力來模擬實際工作狀態下的負荷條件，從而更準確地評估焊縫的結構完整性，不僅為關鍵部位焊縫檢測提供了一個既實用又高效的制程，也為焊縫檢測技術領域增添了一項新的檢測方法。隨著新材料和先進制造技術的發展，焊縫檢測方法將繼續演進，以適應更高性能要求和更復雜構件的檢測。人工智能和機器學習的集成有望進一步提升焊縫檢測的智能化水平，使之更加快速和靈活。