钢桥焊缝无损检测统一标准研究应用专项方案可行性报告.doc

中华人民共和国水利水电第三工程局有限公司

科研课题可行性研究报告

项目名称：
西安市沣河东路曲塔斜拉桥工程
课题名称：
钢桥焊缝无损检测原则研究
申请单位：
长安大学
起止时间：
11月 至 5月
承担单位：
中华人民共和国水利水电第三工程有限公司
项目负责人：
邬晓光
通信地址：
西安南二环中段长安大学
邮政编码：
710064
联系电话：

传 真：

申请日期：
10月20日

一、 钢桥焊缝无损检测原则研究目和意义
编写规定：
1. 描述与课题研究内容紧密有关水利水电等行业实际生产力水平和此后发展方向；
2. 阐述课题成果对该现状和技术发展作用；
3. 分析成果应用和推广途径；
4. 分析成果推广后直接和间接效益。
随着当代交通运送发展步伐加快，公路钢桥由于强度高，重量轻，跨越能力强，制造精度高，运送、架设以便，工期短等长处在都市桥梁中被广泛使用。在钢桥拼装、连接过程中，不可避免要使用焊接技术，因而在钢桥中将存在大量焊缝。由于在焊接施工过程中，存在工件选用预热温度、焊后缓冷办法、焊材以及工艺不合理，焊条、焊剂烘干局限性、电弧电压偏高等因素，焊缝形成过程中会产生裂纹、气孔、焊瘤、弧坑、咬边、夹渣、未焊透等缺陷。焊接缺陷对构造稳定和疲劳强度有较大影响，为了保证工程质量，焊缝无损检测尤为重要。
现阶段惯用焊缝无损检测手段有超声波检测， 射线检测， 磁粉检测 ，渗入检查 ，涡流检测等办法。对于公路钢桥来说，由于超声波检测穿透能力强，缺陷定位较精确；敏捷度高，检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较以便等长处在钢桥无损检测中被广泛使用。超声波检测办法是运用超声波在材料及其缺陷声学性能差别对超声波传播波形反射状况和穿透试件能量变化来检查材料内部缺陷无损检查办法。但超声波无损检查存在它局限性：由于纵波脉冲反射法存在盲区和缺陷取向对检测敏捷度影响，对位于表面和非常近表面某些缺陷经常难于检测；试件形状复杂性，如尺寸较小、形状不规则、表面粗糙、曲率半径小等，对超声检测可实行性有较大影响；对材料及制作中缺陷作定性、定量表征，经常是不精确，经验性强，易浮现漏检现象。因而，超声波无损检测研究还需继续进一步，为将来工程实践服务。
当前对于超声波无损检测，锅炉压力容器，铁路、以及核工业均有其相相应检测规范及原则，而公路钢桥在规范及原则方面还存在空白。由于针对钢桥无损检测原则研究面窄，且制定原则较严格，因而研究此类原则将为后来公路其她地区桥梁施工建设和原则制定提供有力参照。 现阶段各省市都在着力研究和制定适合自己省市钢桥无损检测原则，力求最大限度保障工程和施工质量。因而，发展和研究制定适合我市钢构造桥梁焊缝超声波无损检测原则刻不容缓。随着科技和国力增长，公路钢桥由于其众多长处被越来越广泛应用，此原则制定也将为钢桥超声波无损检测提供强有力参照和根据，为工程质量提供保障。

二、 国内外研究水平综述
编写规定：
1. 与课题研究内容紧密有关技术发展历史简要回顾；
2. 国内外研究水平现状和发展趋势；
3. 简介国外研究机构或者公司对本课题研究状况；
4. 简介国内其她研究单位对本课题研究状况。
超声波无损探伤技术具备使用范畴广、对人体和环境无害、使用以便灵活、缺陷定位精确等长处，它输出是以波形形式直观体现出来，能运用计算机技术、数字信号解决技术和控制技术对其进行优化设计，可以大大提高探伤精确性和可靠性。超声波无损探伤己成为工业无损探伤中应用最为广泛，研究最为活跃技术之一。
运用超声波进行无损探伤尝试始于20世纪30年代。1929年前苏联Sokolov率先提出运用超声波对金属内部缺陷进行探伤建议。1935年她刊登了用穿透法进行实验某些成果，并申请了材料缺陷检测专利。依照她实验装置原理制成第一种穿透法探伤仪器，在第二次世界大战结束后就出当前了市场上。但由于这种初期设备效果并不是较好，不久就被裁减了。20世纪40年代，美国Firestone初次简介了脉冲反射式超声波探伤仪，并申请了专利。运用该技术，超声波可从物体一面发射并接受，能检测出小缺陷，较准拟定位和评估尺寸。国内从20世纪50年代开始引进超声波探伤技术，通过几十年发展，在固体缺陷对声波散射理论研究、电磁超声和表面波等检测技术上都达到了国际先进水平。随着计算机、数字信号解决技术、控制技术等高速发展，超声波探伤领域正向着数字化、自动化、智能化和图像化方向发展。
超声波无损检测虽然有其长处，但在检测过程当中由于藕合剂材料(声阻抗)影响，对检测探头施加外力大小影响，工件表面粗糙度影响工件形状及工作温度影响，会对数据导致偏差，现行诸多学者已经对其进行研究，也有诸多文献，但是在公路桥梁方面还存在着薄弱，特别是在都市钢构造桥梁当中研究还很少，因而需要加强此方面研究，本课题依托沣河东路斜拉桥项目对公路钢构造桥梁超声波无损检测影响因素进行研究，总结和比较国内外研究内容，研究都市钢构造桥梁无损检测影响因素。
在超声波声场中声压随距离增大而减小，因而当被探对象距离变化时，须作距离( Distance )-波幅(Amplitude) 校正(Correction) ，以获得相似当量敏捷度。因此在许多锻件和焊缝探伤原则中都使用DAC曲线。DAC曲线中纵坐标(幅度)可以用线性值或对数值dB表达。本文将纵坐标为dB实测DAC曲线称为dB-S曲线。而把纵坐标为波高线性值DAC曲线特称为DAC面板。由于dB-S曲线纵坐标是dB值，与波高不成线性关系，在实际探伤时使用回波为基准波高时dB值更以便，从而在实际操作上与DAC面板法(曲线可直接画在萤光屏面板上)有明显区别。 dB-S曲线制作可以有计算法和实测法两种。而实际测定可以分为现场测定和按种类测定。现场测定指每次探伤前用所使用仪器和探头等作现场测定，按种类测定是指一种规格探头积仪器组合，普通只作一次测定。探伤人员在每次探伤时，只要探头和仪器规格不变，可使用原先测定dB-S曲线。其核心差别是按种类测定承认同类仪器和同规格探头可有互换性。忽视其差别及随时间变化。这点许多原则(如JB1152-81,GB11345-89等)并未作明确规定。并且在DAC曲线制定界限尚有些经验上模糊，本课题将结合沣河东路斜拉桥实际检测成果，运用有限元仿真软件模仿各种缺陷，更明确拟定DAC曲线和缺陷临界值。
原则是工程实际经验升华，生产工艺轨道，保障质量明镜。原则是实现生产过程规范化、流程化以及产品可靠性和检测成果可靠性、可追踪性等行业统一约束条文。世界上有重大影响三大无损检测(NDT ) 原则体系—— 美ASME、欧EN 和ISO 原则，及日J IS 等原则。国内原则制定与国外还存在一定差距，需要咱们在参照外国规范同步，认真研究国内现状，制定出适合国内国情合用行业原则。当前各行业原则过于分散，还没有形成完整原则体系。特别是公路钢桥，始终没有自己检测原则，桥梁界默认选用原则是《GB11345-89》，但其中检测原则对于公路钢桥来说与否适合，与公路钢桥设计规范正常使用荷载与否匹配，至今也不拟定。因而，还需要大量研究来制定适合本行业超声波无损检测原则。
三、 课题理论和实践根据
编写规定：
1. 课题研究内容原理简述；
2. 课题研究内容理论或者实践根据；
3. 课题研究核心和难点。
1、原理简述
超声检测是应用最广泛无损检测办法之一。超声检测办法运用进入被检测材料超声波对材料表面与内部缺陷进行检测。运用超声波进行材料厚度测量也是常规超声检测一种重要方面。此外，作为超声检测技术特殊应用，超声波还用于材料内部组织和特性以及应力测量。
随着电子技术和计算机技术发展，超声检测设备不断向小型化、智能化方向改进，形成了适应不同用途各种超声检测仪器，并与20世纪80年代末浮现了数字式超声仪器。当前，数字式仪器已日益成熟，正逐渐取代模仿式仪器成为产品主流。
长处:
与其他无损检测办法相比，超声检测办法重要长处有：
使用于金属、非金属、符合材料等各种材料制作无损评价；
穿透能力强，可对较大厚度试件内部缺陷进行检测，可进行整个试件体积扫查。如对金属材料，可检测厚度为1~2mm薄壁管材和板材，也可检测几米长钢锻件。
敏捷度高，可检测材料内部尺寸很小缺陷。
可较精确地测定缺陷深度位置，这在许多状况下是十分需要
对大多数超声检测技术应用来说，仅需从一侧接近试件
设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。
局限性：
由于纵波脉冲反射法存在盲区，和缺陷取向对检测敏捷度影响，对位于表面和非常近表面某些缺陷经常难于检测。
试件形状复杂性，如小尺寸，不规则形状，粗糙表面，小曲率半径等，对超声检测可实行性有较大影响。
对材料及制作中缺陷作定性、定量表征，经常是不精确，需要检查者丰富经验。
2、研究理论
在对焊缝检测过程中，缺陷安全评估很大限度上依赖于超声检测可靠性。但是，超声检测可靠性与诸多因素关于。有检测仪器自身可靠与否，也有外界因素影响，甚至有检测人员素质和态度带来影响。这些因素存在都会为超声检测安全性带来不拟定性，重要体现就是随机性与模糊性。
L.A.Zadeh专家于1965年在《Information and control》杂志上刊登了《Fuzzy Sets》一文，初次提出模糊集合理论。此理论基本是模糊数学和模糊逻辑理论。在此背景下，开拓了模糊控制、分析等研究领域，由于这种理论建立在人类思维方式基本之上，因而可以表达事物模糊性质。
当咱们对一件事情发生、发展成果存在不拟定期咱们就称其为随机性事件。所谓随机性只是咱们对事件发生条件理解不够充分，在也许浮现因果关系中不能拟定其与否浮现。但是，其成果是明确，只是咱们不拟定其与否发生。咱们可以用概率记录办法进行研究。
模糊性是指咱们要研究事物自身概念是有一定模糊性，界定界限不是很清晰，在质上和量上没有明拟定义和界限。例如，检测出缺陷定义（a≥ath）中，若去检测值ath=1mm为一种定量，将用超声检测出缺陷尺寸a=0.999mm鉴定为不能检测，是非常不合理，因而ath是一种模糊量。这就很显然形成了一种过渡区间，咱们称其为检测模糊区间。模糊理论就是用来研究这些对象不拟定性现象。
可靠度定义可以解释为：某件产品在特定使用环境下，在指定期间段内完毕某种功能概率。对于超声检测而言，是缺陷检出率。超声检测模糊可靠度即为缺陷检出率。
由于无损检测成果与众多因素关于，随着科学技术日新月异，无损检测技术日益成熟，无损检测可靠性大大提高。但是，在检测过程中依然存在许多不拟定性因素。这些因素存在需要咱们归纳、总结，从而保证工程质量。
3、研究核心及难点
（1）软件对焊缝缺陷模仿
使用有限元软件对焊缝不同缺陷及不同条件下同一种缺陷模仿。
（2）钢构造公路桥梁焊缝超声波无损检测缺陷评估原则研究、定制
四、 课题研究内容和实行方案
编写规定：
1. 课题研究内容详细阐明（可分专项或按内容序号描述）。
2. 要描述详细理论研究环节，现场实验地点和实验筹划。需要建设实验手段课题，要给出实验手段构造和作用；
3. 理论研究和实验内容与课题总目的因果关系；
4. 写明理论和实验研究工作量；
5. 需要多家单位共同承担课题，需要写明各家分工、职责和提供成果，如何组织和协调；课题组织方式；合伙方式、知识产权和成果分享范畴；
6. 需要与国外合伙，要写明与外方合伙方式、知识产权和成果分享范畴，及此前工作联系；
7. 注明本课题研究需要购买仪器、设备型号、产地、性能及需要购买因素；
8. 外委工作内容和工作量；
9. 对于装置、设备开发课题，要提出装置或设备开发筹划及设计方案。
1、 钢构造桥梁焊缝超声波无损检测内容及影响因素研究
① 本项目依托西安市沣河东路曲塔斜拉桥工程，详细分析和研究此类型钢构造桥梁焊缝超声波无损检测内容。
② 超声波探伤是焊缝内部质量检查重要办法之一，具备设备简朴、操作以便等长处。但超声波探伤在焊缝探伤应用中也存在着不利一面，如由于焊缝表面有咬边、较大隆起、四陷以及构造形式特别而产生某些伪缺陷波(假讯号)，不但影响超声波探伤实行，而目对超声波探伤成果判断有直接影响，很也许导致误判和错判。本文对钢构造桥梁焊缝超声波无损检测影响因素进行研究，为寻找解决办法或防治办法做准备。
2、 DAC曲线定制及缺陷临界值拟定研究
（1） 模仿不同缺陷
用ANSYS模仿气孔、夹渣、咬边、未焊透、未熔合、裂纹等缺陷。
①气孔模仿研究，通过ANSYS软件对焊缝进行单个气孔、各种气孔模仿分析；
②夹渣模仿研究，通过ANSYS软件对进行单点夹渣、多点夹渣模仿分析；
③咬边模仿研究，通过ANSYS软件对焊缝进行单侧咬边、双侧咬边模仿分析；
④未焊透模仿研究，通过ANSYS软件对焊缝进行小面积未焊透、大面积未焊透模仿分析；
⑤未熔合模仿研究，通过ANSYS软件对焊缝进行小面积未熔合、大面积未熔合模仿分析；
⑥裂纹模仿研究，通过ANSYS软件对焊缝进行小面积裂纹、大面积裂纹模仿分析。
（2）模仿在各种条件下缺陷
①模仿焊缝不同深度、不同板厚、不同坡口形式以及不同焊接办法缺陷状况
②模仿桥梁惯用钢板厚度（8 mm、16 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40mm）；
③模仿焊缝在表层、中上层、中下层以及下层时缺陷对焊缝影响；
④模仿不同坡口形式以及不同焊接办法缺陷对焊缝影响。
通过以上研究分析，从中发现规律，为公路钢桥制定相应敏捷度。
3、 焊缝缺陷漏检问题研究
在实际超声波探伤中，受到耦合剂、焊件表面油污等产生反射波干扰影响，位于焊件表面和近表面缺陷容易浮现漏检状况。缺陷漏检问题对构件危害较大。通过查找资料研究对比，并依托实际工程，谋求避免焊缝缺陷漏检问题办法。
4、 焊缝缺陷性质拟定及评估原则研究
钢构造桥梁超声波无损检测检测是钢板焊缝，因而对焊缝内部因素研究是重中之重。本项目通过模仿焊缝内部缺陷，并进行受力分析，对桥梁不同部件分别进行模仿，并且把桥梁实际荷载逐个分布到每条焊缝里，进行局某些析，模仿实际缺陷，通过模仿大量缺陷采集数据，分析对比不同缺陷受力状况，并结合规范和原则，依托西安市沣河东路曲塔斜拉桥工程，研究桥梁界当前默认选用原则《GB11345-89》对桥梁检测合用性，并为为公路钢构造桥梁检测制定原则。
五、 预期目的和成果形式
编写规定：
1 阐明课题研究预期达到目的；
2 明确论述提高研究成果形式，理论研究报告、全套设计制造技术、实用装置或软件等；规定成果提供形式可以被其她研究人员掌握，使成果使用权具备可转移性。
1、拟定西安市沣河东路曲塔斜拉桥工程极其类似工程中焊缝超声波无损检测内容及影响因素；
2、制定适合公路钢桥敏捷度并拟定缺陷临界值；
3、提出避免焊缝缺陷漏检办法；
4、《钢桥焊缝超声波无损检测质量评估原则》；
5、《钢桥焊缝超声波无损检测技术指南》。
六、 合伙单位或依托工程单位贯彻状况
编写规定：
1 如需同其她单位进行合伙，阐明合伙单位贯彻状况，并出据合伙单位承诺进行合伙证明文献；
2 如需结合依托工程进行试点研究，阐明依托工程及其与本课题结合状况，出据依托工程单位承诺提供有关条件证明文献。
七、 课题承担单位条件
1 课题负责人
2 课题研究人员
3 实验室条件
4 理论研究环境
编写规定：
1 课题负责人状况简介；
2 课题承担人员专业、特长、工作量和在本课题中应用；
3 各承担单位具备与本课题关于工作业绩、实验室条件、理论研究环境。
八、 课题进度安排
序号
时间段
内 容
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

编写规定：
1. 列出分年度筹划研究内容和人员、设备安排；
2. 分年度提供成果内容和形式，要具备可检查性。
九、 课题经费预算
申请经费总金额
其 中
备 注
万元
年
年
年

申请资助
万元
万元
万元

申请贷款
万元
万元
万元

自筹金额
万元
万元
万元

预算支出科目
金额（万元）
计算依照及理由
1.新产品设计费
0
无新产品
2.工艺规程制定费
3.0

3.设备调节费
4.0
见附件1.1
4.原材料及半成品实验
2.0
见附件1.2
5.技术图书资料费
1.5
有关技术图书影像资料购买费用
6.中间实验费
3.5
见附件1.3
7.研究机构人员工资
14.4
0.3*1*18+0.1*5*18
8.设备折旧费
3.0
检测、研究等所需仪器折旧费用
9.与试制及开发研究关于其她经费

1) 差旅费
4.0
路费、食宿费用
2) 资料出版及验收费
4.0

3) 暂时工工资
3.0
0.1*3*10
10.外委费
3.0

11.不可预见费
3.0
除上述预算支出外不可预见费用

总 计
48.4

* 自筹某些用括号标出
编写规定：
1 课题所需人员人月数及费用；
2 需要购买仪器、设备名称、数量和价格；
3 需要建设实验手段和费用；
4 消耗物品名称、数量、费用；
5 现场实验费用；
6 图书和资料名称、数量、价格；
7 旅差、办公、会议、印刷、出版等费用；
8 外委工作费用；
9 风险补贴费用（不可预见费）；
10 分别列出拨款与自筹经费使用汇总表。
十、 关于证明文献
1 承担单位业务主管对课题意见
2 合伙单位和依托工程单位对课题意见及盖章
3 自筹经费来源及保证证明
编写规定：
1. 各承担单位业务主管对课题意见；
2. 依托工程单位对课题意见；
3. 自筹经费来源及保证证明；
4. 协作单位意见及盖章。

十一、 申请单位领导审查意见
（对经费预算与否合理，有无其她经费来源，能否偿还贷款，能否保证研究筹划实行所需人力，工作时间等基本条件提出详细意见）

单位领导（签字） 单位（公章） 年 月 日

附件一：经费预算表
附件1.1 设备调节费
序号
名称
型号
价格(万元)
备注
1.

2.

3.

4.

5.

6.

共计

注：
附件1.2 原材料及半成品实验
序号
名称
价格(万元)
备注
1.

2.

3.

4.

5.

6.

共计

附件1.3 中间实验费
序号
名称
价格(万元)
备注
1.

2.

3.

4.

5.

共计

课题负责人 E-mail:____________________

附件二： 可行性研究报告分类信息
项目来源：

项目类别：

年 度：