超声波无损检测在钢结构桥梁工程中的应用分析.pdf

1112023年5月江西建材质量控制与检测超声波无损检测在钢结构桥梁工程中的应用分析张鸿强福建省建研工程检测有限公司，福建福州350001摘要：超声波无损检测技术在钢结构桥梁焊缝检测中发挥着重要作用，能有效判断焊缝施工质量，分析存在的缺陷问题。文中以实际工程为例，阐述了钢结构桥梁焊缝超声波探伤检测要素，分析了超声波无损检测的相关要点及质量控制，为后续施工提供参考。关键词：钢结构桥梁；焊缝；超声波检测；质量控制中图分类号：TU74文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 111-0 3Research on Application of Ultrasonic Non-destructive Testing inSteel Structure Bridge EngineeringZhang HongqiangFujian Jianyan Engineering Testing Co.Ltd.,Fuzhou,Fujian 350001Abstract:Ultrasonic non-destructive testing technology plays an important role in the inspection of steel structure bridge welds,effectivelyjudging the construction quality of welds and analyzing existing defects.Taking practical engineering as an example,the article elaborateson the elements of ultrasonic testing for steel structure bridge welds,analyzes the relevant key points and quality control of ultrasonic non-destructive testing,and provides a reference basis for subsequent construction.Key words:Steel structure bridge;Welds;Ultrasonic testing;Quality control0引言超声波无损检测，也称为超声波探伤检测，其主要是利用向不同介质发射超声波的方式，形成反射信息，进而判断结构内部的缺陷和不足。通过超声波无损检测技术，能够发现钢结构桥梁施工中的问题并进行分析，为后续施工和管理维护等工作奠定基础，保障施工质量。1工程概况深汕大桥主跨跨越赤石河，主桥上部采用网状吊杆钢混组合梁拱桥结构，整幅设计，桥宽56 m，中间设置主拱拱肋，两侧设置行车道，车行道外侧设置人行道，是典型的钢结构桥梁。深汕大桥规模较大，结构复杂，且检测难度较大，对技术专业性要求较高。为保证工程质量，确保钢结构焊接性能等指标符合要求，在该工程桥梁无损检测中，主要对其原材料的理化性能、焊材的理化性能进行检测，并在此基础上，重点开展焊缝理化检测、超声波检测等工作，以保证该工程的施工质量。2钢结构桥梁焊缝探伤检测2.1初步探伤在项目初期，全面分析施工图纸内容，确定图纸中的焊接要求、现场结构、焊缝类型等，并制定相应的钢结构焊缝超声检测工艺卡，明确探头使用数量、种类、扫查方式、检测面、探头扫查范围等检测参数。严格按照设计说明要求的检测标准进行检测，明确焊缝的外观尺寸、焊脚高度、焊接工艺等相关参数是否符合规范要求，确保焊接完成2 4h后可进行检测11。在初探过程中，对回波情况进行重点观察并做好相关记录，保证记录内作者简介：张鸿强（19 9 5-），男，福建漳州人，本科，助理工程师，主要研究方向为建筑检测。容真实且无遗漏错误，为后续检测提供参考依据。2.2精准探伤初探过程中发现缺陷后，需进一步进行精准探伤检测，对存在问题的区域着重检测和记录，并确定焊接缺陷存在的具体位置。通过超声波仪器显示的波形，分析其缺陷大小和性质等，以免出现伪缺陷问题。在精准探伤检测过程中，根据焊缝类型的不同，可以通过选择不同角度的探头或增加检测面的方式进行检测2 。对于存在缺陷的焊缝，应根据实际情况适当增加检测长度。2.3重复探伤重复探伤是在以上两次探伤检测的基础上，进行再次检测和核对的过程，采用的检测方法与前两次一致。受几何条件限制时，应在焊缝单面单侧采用两种角度的探头（角度相差15）进行检验3。对于难以确认位置的缺陷，在经设计部门同意后，可采取C级检测，将焊缝打磨平整，对焊缝横向缺陷进行检测，控制在150 mm/s内重复检测，尤其应注意对发现问题的部位进行重点检测和分析。3超声波无损检测的相关要点3.1选用标准试块在钢结构桥梁焊缝超声波无损检测中，选择固定特性已知的试件对于检测系统的校准至关重要。常见超声检测试块有标准试块和对比试块两种类型。标准试块主要是指通过权威机构所制定的试块，其各方面性能均为统一标准，具有较好的声学性质，尺寸公差允许范围在0.1mm内。对比试块是指通过特定方式检测的试块，其原理与材料声学和受检件性质相类似，具有明确的参考反射体，能够有效调节超声检测设备的实际运行状态，具有较高的灵敏度，使检测的反射信号与反射体产生的112下转第115页）2023年5月质量控制与检测江西建材信号形成对比。为保证试块选用和操作的准确度和标准性，以及检测结果的正确性，应根据实际需要选择合适的试块类型，并在搬运和使用中做好保护措施。3.2合理选择探头超声波无损检测技术应用中，探头主要包括双晶探头、接触式斜探头、接触式纵波直探头、聚焦探头和水浸平探头。该项目钢结构焊缝探头使用横波斜探头，其人射角在第一临界角和第二临界角之间，且折射波为纯横波。该探头组成部分主要包括压电晶片、电缆线、吸声材料、阻尼块等。保护膜对压电晶片起保护作用，一般有软保护膜和硬保护膜。其中，硬保护膜适用于表面较粗糙的工件检测，而软保护膜适用于表面粗糙度较低的工件检测，若保护膜选择不合理，会导致其始波宽度变大、灵敏度降低、分辨能力下降4。在检测过程中，保护膜受到磨损情况下，探头前端也会出现磨损，此时的探头角度会发生改变，所以在每次检测前，必须对仪器进行校准调整。表1即为针对桥梁不同厚度钢板所采用的探头角度。表1桥梁不同厚度钢板的探头角度钢板厚度/mm探头尺寸/mm角度/810 1070121010701610 106025101060.703010 1060.7046101045.603.3科学打磨探头移动区焊接工件的检测应尽量保证其表面光滑和平整，控制其粗糙程度在6.3内，且及时将其表面的氧化皮、飞溅物和凹坑、锈蚀等清除干净并保证其耦合效果。在焊接过程中，难免会存在飞溅物，及时清理才能保证探头和探测区的高效耦合，以减少漏检情况。焊缝两侧的母材，应按照其厚度确定修整的宽度。当需要进行二次波检测时，修整其宽度为2.5KTmm，其中K为探头K值，即折射角正切值。3.4准确校核DAC曲线DAC曲线，即距离波幅曲线，其对反射点到波源的距离、当量大小和回波高度间的关系进行描述和呈现。一般情况下，不同距离的缺陷，即便尺寸大小相同，其回波高度也存在差距。因此，必须精准校核DAC曲线，以保证检测质量，精准定位缺陷问题。对此，首先应当保证探头角度的正确性和前沿的准确性，以此调试DAC曲线，保证其校核效果。此过程中至少保证三个缺陷深度成等差数列，进而有效减小误差，保证仪器标定的精准度。3.5详细分析波形波形的分析也是影响超声波检测质量的关键。一般情况下，波形作为焊缝质量评价标准的重要参考依据，其分析过程至关重要。若在检测过程中，对波形分析不够精确细致，将几何源带来的反射波误认为是缺陷波，或将缺陷波误认为是几何源反射带来的非缺陷波，对密集性缺陷的波形特征有所忽略等，均会出现误判现象。因此，必须对每个波形进行详细分析，保证其准确性，以进一步保证检测质量5。在超声波仪器波形分析过程中，不同缺陷类型的波形显示各有不同。以下为典型缺陷波形分析。（1）气孔。单个气孔回波高度低，波形稳定，从各个方向探测时，反射波大致相同，稍一移动探头就消失。密集气孔为一组反射波，其波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。（2）夹渣。点状夹渣的回波信号与点状气孔相似。条状夹渣回波信号多呈锯齿状，反射率低，一般波幅不高，波形常呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移时波幅产生变动，从各个方向探测时，反射波幅高度不相同。（3）未焊透。在板厚双面焊缝中，未焊透位于焊缝中部，声波在未焊透缺陷表面上类似镜面反射，用单斜探头探测时存在漏检的可能。对于单面探测根部未焊头，类似端角反射。探头平移时，未焊透波形稳定。焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅。（4）未熔合。当超声波垂直入射到其表面时，回波高度大。当探头平移时，波形较稳定，两侧探伤时，反射波幅不同，部分情况下只能从一面探测。（5）裂纹。一般来说，裂纹回波较大，波幅宽，会出现多峰。当探头平移时，反射波连续出现，波幅有变化，探头转动时，波峰有上下错位的现象。4超声波无损检测质量控制4.1优化技术方案（1）在实际检测过程中，需控制好影响检测质量的相关因素，其中，技术方案研发是基础性影响因素。在此过程中，应当将工业设计思想引人其中，按照“大体系、小体系”相结合的模式，将钢结构焊接中所运用的产业链思维，转化到焊缝超声波探伤检测工作当中，以此对焊接产业链视角进行拓展和扩大。（2）对钢结构焊接过程中的各类需检测内容进行分解和细化，明确钢结构焊接技术指标、施工要素、焊缝缺陷类型等，并在此基础上进行钢结构焊接检测，确定其要素的技术指标，分析技术方案中存在的不足，由专业人员对其进行多维度的深人分析和探讨，进而设计出更具针对性、更多元化的技术方案，为后续施工操作提供重要的参考依据。4.2细化检测技术指标细化检测技术指标，有利于提高检测各环节的质量。基于此，应做好检测前的准备工作，并做好检测技术方案、检测结果分析利用等多环节的指标控制，制定焊缝的影响因子、检测技术指标等，最大化地克服影响因素的阻碍作用，加强对各环节的质量控制6 。（1）就实际操作来看，可使用列举法。将超声波无损检测过程中出现的各种客观因素、主观因素全部列出后，再对具体指标进行细化处理。例如，在准备过程中，对受检结构的材料性能、制作工艺等进行重点分析，并判断影响其性能的主要因素和存在的主要缺陷类型等，分析缺陷原因和最大可能取向、受检部位的受力状态、验收标准等，以保证检测结果的准确性和可靠性。（2）由于在钢结构焊缝检测过程中，其工件形状易受类型的影响，因此，需对平直钢板、非平直钢板加强区分，应选择常规的探头，确保其符合检测要求。在涉及到线接触、点接触类型时，要做好探头过程的技术指标控制，同时需加强对不同检测对象类型下探头的外界力承受情况分析。根据探头和其试块材料等相关因素，进行超声波回传强度试验，保证检测结果的准确性。为进一步细化检测技术指标，需对其进行优化，还可适当改变耦合剂种类、调整工件形状和探头接触方式、控制工作温度和超声波转换介质等。4.3提高检测队伍专业性应对检测队伍的专业能力素质进行综合性评价，并做好专115：上接第112 页）质量控制与检测江西建材2023年5月高为13.8 m，涌浪在48.2 s时传至对岸，至6 0.2 s时涌浪传播至进水口附近。根据进水口的记录数据和距离坝体前10 m处的浪高生成数据，将第二种滑坡产生涌浪后迎水面在不同时间点的浪高分布情况绘制成了图3和图4，图中Y轴表示浪高或浪高分布，X轴表示各点坐标。61.1965.21369.2273.2477.2581.27米一85.28-302666066668968663.9935533.3.99380坐标点(x10)图3第二种滑坡产生涌浪后的进水口不同时刻的浪高分布图61.1965.21369.22073.24077.25281.2785.2810-1-2-3.99360.993653.993753.9.99385坐标点/(X10%)图4第二种滑坡产生涌浪后的坝前10 m处浪高分布图业化培训，以保证检测工作的专业性。根据评价结果，制定针对性的提升培训方案，提高检测队伍能力素质，保证检测队伍的能力水平，进而保证钢结构桥梁焊缝超声检测技术的质量控制效果。5结语综上所述，钢结构桥梁焊缝施工质量关乎整个工程的质量和稳定性。对钢结构桥梁焊缝的质量检测，主要采用超声波无损检测方式，保证在不损坏结构本身的前提下，对缺陷问题进行精准检测。为保证检测质量，应从选用标准试块，合理选择探头，科学打磨探头移动区，准确校核DAC曲线等多方面提高检测质量，对钢结构桥梁焊缝质量进行准确分析和判断。结合图3和图4可以看出，当涌浪在6 0.2 s传播至进水口附近后，在7 6.3s左右某一点达到最大浪高，其中最大浪高为2.4m，此时进水口处各点浪高分布均在2.4m以下变化，但在水坝两侧最高浪为2.6 m左右。在上游面各点接收到涌浪产生反射后，其浪高分布形成了图5所示的形式。在图5中，水坝各点的浪高均在3m以下，坝体两侧涌浪达到最高值时约为2.8 m左右，但在波浪反射后，在坝体上游的水面仅引起2 m左右的波动。此结果表明该涌浪不会产生翻坝的危险。4结语本文基于该水电站，采用COMCOT程序对涌浪作用下的边坡稳定性进行模拟计算，对边坡的安全性进行评价，并构建相应的边坡稳定性分析方法及由滑坡产生的涌浪计算方法，得出了以下结论。（1）当蓄水水位处于正常蓄水水位时，由滑塌产生的涌浪作用不会造成翻坝情况，但在传递过程中可能出现波浪爬高现象，从而对边坡造成一定的影响。（2）在蓄水时，边坡的顶部和底部可能产生较大的不平衡力，使得边坡顶部岩体出现临界稳定状态，导致其稳定性较差，可能会产生局部滑动面。参考文献【1】徐文杰.滑坡涌浪流固耦合分析方法与应用【J】.岩石力学与工程学报，2 0 2 0，39（7）：14.【2 朱朋，卢书强.西南某电站库区堆积体稳定性分析及涌浪预测J】.南水北调与水利科技，2 0 14，12（5）：4.3湛正刚，程瑞林，孙卫，等.水库区大型堆积体灾变分析及对策研究J.岩土工程学报，2 0 2 2（1）：44.4余扬.中美水电规范滑坡涌浪计算成果分析J冶金丛刊，2018(15):90-91.5王延平.滑坡涌浪预测理论研究及计算模型开发【D成都：成都理工大学，2 0 0 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