无损检测技术在钢结构桥梁焊缝检测中的应用分析

周建国

(华设设计集团股份有限公司 江苏南京 210000)

在钢结构桥梁施工过程中，为了使钢结构功能得到充分发挥，检测单位应选择合理的检测手段对钢结构焊缝进行检测，保障焊缝施工质量。在焊缝检测过程中，无损检测不会产生二次伤害，可以在保障焊缝原有质量的前提下，使检测准确性和效率进一步提高，为钢结构桥梁施工奠定基础。

1 钢结构焊缝检测过程中无损检测技术的应用现状及优点

1.1 应用现状

在钢结构施工过程中，焊接连接应用较为广泛，以焊缝和母材之间的连接位置为依据，可以将焊缝分为对接焊缝和角焊缝，其中，对接焊缝主要包括完全焊透焊缝和部分焊透焊缝，角焊缝则主要分为直角焊缝和斜角焊缝。通过对相关规范进行分析可知，根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状况等因素，可以对焊缝质量进行分级，主要可以分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级以及Ⅳ级，检测人员应以钢结构验收标准为依据，对不同质量等级焊缝实施表观和内部质量检测。在对内部质量进行检测过程中，检测人员应以设计要求为依据，使用超声波检测技术对焊缝内部缺陷进行分析，若超声波检测技术对焊缝内部缺陷进行准确判断，则需要借助射线无损检测技术对其进行检查。与此同时，在对曲率半径较大的管材以及厚度小于8 mm 的板材进行检测时，通常需采用磁粉检测技术，而当管材曲率半径较小以及板材厚度大于8 mm时，则需要使用超声波检测技术实施检测[1]。

1.2 无损检测优点

到目前为止，在对钢结构进行检测过程中，主要包含无损检测、破坏性试验法以及模拟实验法3 种检测方式。其中，无损检测作为一种新型的检测技术，具有较高的科学性和综合性，其可以在保障钢结构致密性、安全性、可靠性和完整性的前提下对钢结构桥梁焊缝实施检测。与此同时，无损检测还具有真实性、代表性和客观性的特点，可以有效保障钢结构桥梁焊缝检测的准确性。

2 钢结构焊缝缺陷类型

在对钢结构焊缝进行检测过程中，其缺陷主要分为裂纹、未熔合、未焊透、夹渣以及气孔等，各缺陷的内容及形成原因如下。

2.1 气孔

在钢结构焊接过程中，高温金属会吸入较多的气体，在冷却过程中，气体没有及时排出，导致金属焊缝出现气孔，这些气孔通常为球形或椭圆形，主要分为密集气孔和单个气孔。与此同时，保护气体效果消失、电弧偏吹、坡口存在油垢以及焊剂烘干程度不足等原因都会导致钢结构焊缝出现气孔。

2.2 夹渣

在焊接之后，部分非金属夹渣物或熔渣会残留在焊缝内部，根据夹渣形状通常可以分成点状夹渣和条状夹渣。与此同时，非金属夹渣物和熔渣未及时浮起、熔池冷却速度较快、焊接速度较快以及坡口存在油垢等原因都会引起焊缝夹渣缺陷。

2.3 未焊透

焊缝未焊透主要是指在焊接过程中，接头部分金属没有完全熔透。通常情况下，焊接角度偏移、坡口加工操作不当、焊接间配较小、坡口角度较小、焊接速度较大以及焊接电流较小等都会导致焊缝出现未焊透缺陷。

2.4 未熔合

焊缝出现未熔合缺陷主要是指母材或相邻金属与金属之间没有完全熔合。通常情况下，焊接角度偏移、焊接速度较大、焊接电流较小以及坡口存在油垢等原因都会使焊缝出现未熔合缺陷。

2.5 裂纹

在焊接施工或完成焊接后，焊缝热影响区局部以及钢结构母材破裂会导致焊缝出现裂纹缺陷，主要可分为冷裂纹和热裂纹。通常情况下，焊缝中存在低熔点共晶体、焊接角度偏移及焊接操作不当等原因都会导致焊缝出现裂纹。

3 钢结构桥梁焊缝无损检测的主要方法

在对钢结构焊缝实施无损检测过程中，需要借助电、磁、光以及声等对焊缝内部质量和表面缺陷进行检测，无损检测并不会对被检物的性能产生影响。检测人员在检测过程中，应以设计要求和规范标准为依据，结合焊缝形式，选择合理的检测方法进行检测，当前常见的检测手段主要有磁粉检测、射线检测以及超声检测等。

3.1 磁粉检测方法

在使用磁粉检测方法对钢结构焊缝进行检测过程中，主要利用磁粉自身的物理性质以及材料（具有磁铁性质）的磁化性能对其实施检测。在磁化作用的影响下，带有磁铁性质的材料内部会产生较强的磁感应，此时，其磁力线的密度也会随之增加。当焊缝存在缺陷时，磁力线的位置会产生变化，导致磁力线出现漏磁问题。与此同时，如果磁场内部含有磁粉，在磁力线的影响下，焊缝缺陷位置会出现磁粉堆积等问题，检测人员可以以此为基础，对焊缝缺陷进行分析。相较于其他检测技术，磁粉检测技术具有灵敏性较高的特点，检测准确性相对较高，但是在使用磁粉检测技术时，所检测焊缝位置的材料应具备磁性[2]。

3.2 射线检测方法

在使用射线检测技术对钢结构桥梁焊缝实施检测过程中，由于不同物体的物理性质各不相同，因此X射线和γ 射线穿透强度会出现不同程度的衰减，检测人员可以根据衰减情况，对被检测物体的内部质量进行分析。在实际检测过程中，射线可以穿透被检测物体，并在胶片上显示被检测物体的投影，检测人员运用特殊的处理技术对胶片加以处理，被检测物体的内部结构等相关信息便可清晰地显现在胶片上，检测人员可以根据胶片上所呈现出的影像对被检测物体内部结构的缺陷以及缺陷程度进行判断。通过使用射线检测技术对钢结构桥梁焊缝进行检测时，可以准确地了解钢结构焊缝存在的缺陷，为后续修复和施工奠定基础，消除钢结构桥梁施工时的安全隐患。在使用射线检测技术实施检测过程中，被检测材料的厚度应大于2 mm，且应小于200 mm，确保焊缝厚度处于射线检测范围内，使射线检测质量进一步提高[3]。射线检测方法可以直观地对被检测物体缺陷进行观察，且检测资料可以完整保存，便于查阅。但是，在使用射线检测方式进行检测过程中，还具有一定的局限性，该种检测方式具有成本较高的特点，且设备体积相对较大、携带不便捷，射线还具有一定的放射性，会对检测人员的健康产生一定的影响，因此，施工单位应根据钢结构桥梁焊缝实际情况，合理运用射线检测技术。

3.3 超声检测方法

使用超声波检测技术对钢结构桥梁焊缝实施检测过程中，在超声波传播时，由于诸多因素的影响，所检测到的声波也各不相同，因此，检测人员可以以声波的特性为基础，对钢结构桥梁焊缝缺陷进行判断。在检测过程中，检测人员应对超声波的频率进行控制，通常情况下，频率最大值应不大于5 MHz，最小值应不小于0.5 MHz。该种检测方式具有检测准确性相对较高的特点，相较于射线检测技术，超声波检测技术具有设备体积小的特点，可随时携带和搬运设备，便于检测。与此同时，超声波检测技术还具有检测成本较低的特点，可以使钢结构桥梁工程整体成本进一步降低。但是，在实际检测过程中，当焊缝缺陷体积较大时，超声波检测准确性会受到较大的影响，此时，为了保障检测准确性，需要人工协助，而且超声波检测技术对焊缝粗糙度的要求相对较高，若焊缝粗糙度不符合超声波检测要求时，不能采用该技术进行检测[4]。

4 工程案例分析

在某桥梁施工过程中，有4 联机动车匝道主要分为C匝道、B匝道、NL匝道以及NR匝道，5联非机动车匝道主要分为RE 匝道、RD 匝道、RC 匝道、RB 匝道以及RA匝道，各匝道结构均为连续钢箱梁。为了保障该钢结构桥梁焊缝的施工质量，施工单位以相关规范为依据，对焊缝实施无损检测，并对其缺陷类型和位置进行评定。检测方法具体如下。

4.1 超声检测

在使用超声波检测方法对该桥梁进行检测过程中，所使用的超声仪器为CTS-9006 数字超声检测仪。在检测时，检测人员应以板厚为依据，对横波斜探头的频率、晶片尺寸以及探头角度进行选择。当波幅大于评定线的反射波时，检测人员应仔细对反射波周边进行扫描，以波幅和波形为依据，对缺陷进行合理判断[5]。根据检测结果可知，该焊缝缺陷主要包含未焊透、未熔合以及裂纹等，因此，为了保障钢结构桥梁施工质量，应对其进行返修处理，表1为该工程超声波检测结果。

表1 超声检测结果

通过对表1 分析可知，超声检测焊缝共为2 351条，其中需返修的焊缝为34条，占比为1.45%。通过与施焊人员和现场技术人员进行交流可知，造成缺陷的原因主要如下。

（1）该桥梁工程施工季节为梅雨季节，由于空气较为潮湿，导致坡口周围出现返修，与此同时，施焊人员责任心较差，没有对该位置进行除锈处理，导致其出现气孔和夹渣缺陷。

（2）在十字型焊缝施工过程中，主要由一条纵缝和一条横缝相交焊接而成，在焊接过程中，当一条纵缝或横缝焊接完成后，施焊人员没有对另一条焊缝所在位置进行处理就实施焊接，导致焊缝过渡过快，出现应力集中的问题，进而产生裂纹缺陷。为了对上述缺陷进行有效控制，施工单位应对施焊人员进行培训，使其明确焊丝焊剂烘干、焊前除锈、焊接方法和顺序的重要性，通过实践可知，后期施工中焊缝缺陷得到了有效控制。

4.2 射线检测

在对该钢结构桥梁实施射线检测过程中，所使用的X射线探伤机型号为XXG-3005型。根据相关规定对缺陷等级进行评定，表2为射线检测数据结果。

表2 射线检测数据结果

4.3 磁粉检测

在对该钢结构桥梁进行磁粉检测过程中，所使用的仪器为微型磁轭探伤仪。在进行检测之前，检测人员应对热影响区和焊缝位置进行打磨处理，将铁锈等清理干净，并使用黑油磁悬液和反差增强剂对其进行处理。在探伤之前，检测人员应先将反差增强剂均匀地喷在被检区域，使磁痕显示更清晰[6]。与此同时，检测人员还应对磁轭间距和磁轭头进行合理选择，使磁轭探伤仪与构件贴合更加紧密，且其提升力应大于44 N。除此之外，在碳粉检测之前，检测人员还应在工件上粘贴灵敏度试片，并将反差增强剂喷洒在试片上，将外加磁场施加在工件上，并喷洒磁悬液，使其被磁化，随后对标准试片上的磁痕进行观察，确保其检测灵敏度符合要求。提升力和灵敏度检测完成后，方能对焊缝进行磁粉探伤检测，在检测过程中，检测人员应先将反差增强剂喷洒在焊缝位置处，并使用十字交叉的磁化方式对该位置进行处理，每次磁化区域应部分重叠，每个位置应磁化2 次，每次时间应为1～3 s，在磁化时，检测人员应将磁悬液喷洒在焊缝位置。检测人员应对磁痕显示情况进行观察，并使用放大镜对微小磁痕进行观察，若检测过程中光线不充足，检测人员应及时进行打光处理，一旦发现缺陷，应先使用气刨机或打磨机对其进行处理，并重新进行施焊，施焊完成后应再次进行检测，直至没有缺陷。

在对该桥梁工程进行磁粉检测时，其焊缝数量共为1 860 处，缺陷共26 处，主要为气孔缺陷和条形缺陷[7]。

5 结语

综上所述，在钢结构桥梁施工过程中，施工单位应采取合理的无损检测手段对焊缝进行检测，保障其施工质量。当前常用无损检测主要有磁粉检测、射线检测以及超声检测等，由于每种检测方式都具有一定的局限性，因此，检测人员应采取多种检测手段对同一焊缝进行检测，确保其符合规范要求。一旦发现焊缝缺陷，应及时进行返修处理，并进行复检，直至合格后方能投入使用，使钢结构桥梁施工质量进一步提高。