青银高速公路济南黄河大桥钢结构无损检测.pdf

1 O 桥梁检测与加固 2 0 0 8 年第 1 期 青银 高速公路 济南黄河大桥钢结构 无损检测 秦岭 ， 欧阳华林 ， 袁立宏， 杜小峰 铁道 部产 品质量监督 检验中心桥 梁与基础检验 站 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 摘要 超声 波检 测是无 损检 测 巾应 用最 为广泛 的 一 种检测方法， 具有灵敏度高、 设备简单、 操作方便等特点， 但 是常常会 受到伪缺陷的干扰 ， 在 实际检测 过程 中通 过各种方 法分析来排除伪缺陷， 提高检测的准确度。 关键 词 无损检测 ； 超声波 ； 反射波 ； 缺陷 ； 伪缺 陷； 判断 1 概述 青银高速公路济南黄河大桥位于山东省济南市 北部 ， 是国道主干线青岛至银川公路和济南北绕城 高速公路跨越黄河的一座特大桥 ， 也是京沪高速公 路复线 山东段 的关键工 程之 一， 全 桥长 4 4 7 3 ． 0 3 m， 主桥为 6 0 6 0 1 6 0 4 - 3 8 6 m 单塔双索面四跨 半漂浮连续钢箱 梁斜拉桥， 钢箱梁全长 6 6 6 m。钢 箱梁划分为 4 6 个节段 ， 标准节段长 1 5 m， 标准梁段 重达 2 9 7 t ， 最 大吊装重量 3 5 2 t Ⅲ 1 ] 。主体结构材料 采用 Q3 4 5 D钢 ， 附属 结构 采用 Q2 3 5 A 或 Q2 3 5 C 钢 ， 全桥钢箱梁 及附属设施 总重 约 1 5 0 0 0 t 。主梁 采用封闭式流线型扁平钢箱梁 ， 如图 1 所示 。钢箱 梁 中心线处 内轮廓高 3 ． 5 m ， 顶板设 2 横坡 ； 不含 风嘴顶板宽 4 0 ． 8 0 r n ， 全宽 4 3 ． 6 0 m； 标准节段长 l 5 m； 采用 Q3 4 5 D钢。图 1主梁横断面示意顶板的钢 板厚度采用 1 4 mm、 1 6 mm两种规格 ， 顺桥 向不变 ， 横桥向最外侧车道和紧急停 车道范围内 宽约 7 ． 4 m 钢板厚采用 1 6 mm， 其余均采用 1 4 mm。顶板采 用 U形加劲肋加劲 ， 高 2 8 0 mm， 间距 6 0 0 mm， 钢板 厚 8 mm。底板包括水平底板 和斜底 板 ； 桥塔处支 座附近及压重段范围内底板的钢板厚采用 1 6 mm， 其他梁段采用 1 2 mm； 底板采用 U形加劲肋 ， 厚度 采用 6 mm、 8 mm， 高 2 6 0 mm、 2 5 8 mm， 间距 8 0 0 mm。腹板全桥均采用 3 0 mm 厚钢板 ， 并采用板式 加劲肋加劲 。横隔板采用板式断面， 由上下 2块板 组成， 标准间距 3 ． 7 5 r n 。无拉索锚固的普通横隔板 厚 1 0 mm； 拉索锚 固处的横 隔板厚 1 4 mm； 支座处 的横隔板及端横 隔板厚 2 0 mm。横隔板上设横 向 及竖 向加劲肋 ， 竖 向加劲肋 间距 约 1 ． 2 m。钢箱梁 内设 2道纵隔板， 横 向间距 2 0 m。由于主梁架设采 用顶推施工方案 ， 为适应 主梁施工时局部受力和稳 定的需要 ， 纵隔板均采用板式断面， 板厚 1 6 II I I T I ， 纵向 约 9 O c m设 1 道板厚 1 6 n 1 n 1 的竖向加劲肋。 图 1 主梁横 断面 示意 2 超声波检测在钢箱梁检测 中应用 青银高速公路济南黄河大桥钢箱梁检测方法主 要是超声波检测 、 X射线检测、 磁粉检测 3 种 。3种 检测方法原理不同， 适用范 围也不相 同。在该无损 检测项 目中超声波检测 的比例最大， 检测中需要解 决的问题也更多。超声波检测是 目前焊缝无损检测 中应用最为广泛的一种检测方法 ， 在压力容器、 大型 钢结构焊缝检测 中都有大量使用_l 2 ] 。超声波探伤是 利用超声波在弹性介质 中传播时 ， 能在异质界面产 生反射、 折射和波形转换等特性来探测材料 内部或 表面缺陷。焊缝 中缺陷有平面状缺陷、 点状缺陷、 咬 边 、 裂纹、 未焊透 、 未熔合等 ， 这些缺陷就是一种异质 界面 ， 超声波入射到缺陷表面就会产生反射波 ， 超声 波检测焊缝 内部质量就是利用工件中的缺陷反射波 来判定工件 内部的缺陷情况。通过综合分析缺陷反 射波的能量大小 、 波形 、 波 幅、 衰减状况及传播时间 等参数， 检出缺陷， 并对缺 陷所在的位 置、 缺陷相对 尺寸做出判定。 3 超声波检测 中的心得 在焊缝超声波检测过程中常常会遇到 由于焊缝 结构 、 仪器 、 探头 型号等等不利 因素 引起 的反射 回 波， 这些回波不经过仔细分析很容易出现错误的判 断结果 ， 例如在检测过程中出现 的伪缺陷波常常导 收稿 日期 2 0 0 8 l 1 1 2 作者简介 秦岭 1 9 8 5 一 ， 男 ， 助理工程师 ， 2 0 0 7年毕业 于武汉理工大学材料科学与工程专业 ， 工学学士 ， 2 0 0 7年毕业于武汉理工大 学工商 管理专业 ， 管理学学士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 期 青银高速公路济南黄河大桥钢结构无损检测 致检测人员出现判断错误。区分伪缺陷波的关键是 掌握缺陷波和伪缺陷波的反射波形及判断方法 。 3 ． 1 缺陷波的波形及判断方法 平 面状缺 陷从不 同方向进行探测 ， 回波高度 明 显不同 ， 垂直方 向回波高而在水平方 向进行探测 时 回波低 ， 这类缺陷 回波高度大 、 波幅宽 ， 探头平移 时 缺陷回波连续出现 ， 探头转动时 回波的波峰会 出现 上下错动的现象。 点状缺陷从不同角度探测缺陷的回波不会出现 明显的变化 ， 这类缺 陷波 的特点就是回波高度低波 形 比较稳定 ， 从各个方向探测 回波不会有大 的变化 ， 但是稍稍移动探头回波便会消失。 咬边缺陷波一般 出现在一次波与二次波前 ， 用 手指沾油轻轻敲打焊缝边缘咬边处 ， 若信号跳动 ， 则 证明是咬边反射信号 。 裂纹的回波高度较 大， 波幅宽， 会 出现多波峰， 探头转动时 ， 波峰有上下错动现象 ， 裂纹也易 出现在 焊缝 热影响区， 而且裂纹多垂直于焊缝 ， 检测时平行 于焊缝方向扫查 。 未焊透属于平面状缺 陷， 当探头平移未焊透反 射波波形稳定 ； 从焊缝两侧探伤 ， 均能得到大致相同 的反射波幅。 未熔合反射波 的特征是探 头平移时波形较稳 定 ， 两侧检测 时反射波 幅不 同， 有 时只能从一侧 检 测 到 。 3 ． 2 几种主要伪缺 陷波的波形及判断方法 仪器杂波在不接探头的情况下 ， 仪器性能不 良 探头灵敏度调节过高时 ， 荧光屏上会 出现单 峰或者 多峰的波形 。接上探头工作时， 此波形在荧光屏上 位置固定不变 ， 降低灵敏度后 ， 此波消失 。 焊缝焊偏 ， 由于焊缝上下焊偏 ， 在 A点探伤时 ， 焊角反射波很像焊缝内部缺陷， 当探 头声束主线移 到 B点检测时， 在一次波位前没有反射波或者探头 的水平距离是焊缝处 的母材上 ， 这说明是焊偏 。如 果在两侧探伤时 ， 探头前的水平距离相等 ， 则应认为 是焊缝中的缺陷 。 焊瘤是正常焊缝外多余的焊着金属 ， 在焊接时 由于熔池温度过高 ， 液态 的熔融金属凝 固较慢 ， 在其 自重下下坠而成。焊瘤多在单面焊 的根部 ， 当探 头 从两侧探伤时都能发现。其反射波在一次波位置的 后面， 如探头的水平位置接近于焊缝的中心， 此多为 焊瘤反射。 焊缝表 面凹槽 ， 在多道焊的焊缝表面 ， 形成一道 道沟槽 ， 当超声波扫查 到沟槽时 ， 会 引起沟槽反射。 这种波一般出现在一 、 二次波处或稍偏后位置 ， 波形 特点为不强烈 、 迟钝。 焊角回波产生原因主要是 由于焊角处轮廓法线 方向与超声波主声束入射方向相同或相近， 部分声 能沿原路径返回， 其反射信号被探头接收 ， 在示波屏 上显示为回波。当使用某一 范围内的 K 值探头进 行探伤时， 其声波入射方 向与焊角处 轮廓法线方 向 相同或相近 ， 产生焊角 回波 。而且 由于凹面反射 的 聚集作用 ， 焊缝余高越大 ， 聚集 面越大 ， 反射声能越 集 中， 焊 角 回波越强。对 于 自动焊缝 ， 余 高虽然不 大 ， 但焊角处常会 突变过渡 ， 同样会产生焊角 回波。 如果余高很小 ， 几乎没有聚集作用 ， 而且反射面小 ， 其焊角反射信号微弱 ， 在正常灵敏度条件下则不足 以引起焊 角 回波。焊 角反射 回波具 有单侧 检测特 征 ， 只有远离探头一侧的焊角才可能产生焊角回波， 即焊角回波只能在与其相对 的一侧才能探测到。靠 近探头侧的焊角由于其轮廓法线方 向与超声波入射 方向近于垂直 ， 不产生焊角反射 。而焊趾裂纹和咬 边反射在焊缝两侧都能探测到 ， 根据这一特征可采 用双侧探测法予以区别是否为焊角 回波 。 4结语 超声波检测方法是钢结构焊缝无损检测的主要 方法， 具有被测对象范围广 、 检测深度大 、 缺陷定位 准确、 检测灵敏度高 、 成本低 、 使用方便 、 速度快 、 对 人体无害及便 于现场检测等优点 。但是在检测过程 中常常会 出现伪缺陷波影响检测工作 。所以在检测 过程 中如果遇到了难以判断的情况不能单单凭一个 特征就下结论 ， 如果是缺陷波就必须具有缺陷波 的 全部特征 ， 需要认真地观察焊缝外形、 更换探头、 拍 打相应部位以及必要时打磨焊缝 等有效办法来判断 以免造成判断错误 。超声波探头在检测过程 中与工 件表面摩擦 ， 容易造成探头磨损 ， 这个时候会出现探 头的 K值发生偏差 ， 必须及时地进行重新调试 ， 否 则会对缺陷的定位 、 定性 、 定量评定造成影响Ⅲ。要 能正确地检测 出缺 陷不仅仅 是需要对 检测方法掌 握 ， 还要 了解对被检测工件 的情况 ， 如材质 、 焊接工 艺 、 介质和坡 口形式等 ， 分析危害性缺陷产生的可能 性及其产生的部位。还可以利用其他检测方法来进 行辅助检测， 如 x射线检测等。 总而言之， 超声波检测是一项复杂的工作， 对于 从事检测工作的人员来说 ， 这项工作亦是不断学习积 下转 第 l 4页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 桥梁检测 与加 固 2 0 0 8 年第 1 期 一 ． ． 图 8灌 浆 密 买 型 频 谱 由图 7和图 8可知 ， 灌浆不密实的预应力管道 存在多个波峰值 ， 通过攫取最大波峰频率 约 1 8 8 6 0 Hz N断缺陷的深度为 1 1 ． 6 c m； 而灌浆密实的预应 力管道只存在一个波峰 ， 其峰值对应 的反射频率约 为 9 1 2 0 Hz ， 计算得到密实型深度为 2 4 c m 斜腹板 实际厚度为 2 4 c m 。通过数据采集单元查看深度 测试 结果 ， 见 图 9 、 图 1 O 。 嫩 图 9 灌 浆不密实型厚度值分布 上接 第 1 1页 累的过程 ， 因为只有依靠扎实的检测原理基础 ， 和丰 富的检测工作经验， 才能“ 去伪存真” ， 准确做出判断。 参考文献 [ 1 ] 李怀峰．青银高速公路济南黄河大桥主桥桥型方案研 5 结语 图 1 0 灌浆密实型厚 度值分布 I E法无损检测混凝土结构厚度及缺 陷在很多 国家都有非常成熟的使用经验 。其技术的 日臻完善 将使之成为一种越来越重要 的无损检测方法 。I E S 方法相对于 I E方法是一个巨大的进步 ， 不仅极大地 提高了传统冲击回波 的检测速度 ， 而且解决 了检测 预应力管灌浆情况 的难题。此外 ， 基于 I E S数据的 软件成像可清楚、 直观地显示结构的厚度变化 、 缺陷 类型及位置 。 实践证明 ， I E S方 法是一 种非常 可靠 、 有效 的 检测方法 ， 是混凝土结构检测技术 的一 次突破 ， 必 将为 国内混凝土结构的无损检测起到非常积极 的 作 用。 究_ J ] ．山东交通科技．2 0 0 5 ， 4 1 4 1 6 ． E 2 ] 全国锅炉压力容器无损检测人员考委会编． 超声波探 伤E M] ．北京 中国锅炉压力容器安全杂志社， 1 9 9 5 ． E 3 ] 全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材 编审 委员会．超 声检测E M] ．北京 中国劳动社会保 障出版 社 ， 2 0 0 8 ． 0 m 垢 加 ∞ 如 m ∞ ∞ O 0 0 0 0 0 O 詈 ∞ ∞ ∞ 蛎 ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m