桥梁钢结构工程及焊缝无损检测技术研究

2022-11-12孙勇

运输经理世界 2022年20期

孙勇

（江西省天驰高速科技发展有限公司，江西南昌330103）

0 引言

相比较传统的混凝土结构而言，钢结构的承重能力较为突出，因此在桥梁建造过程中的使用较为广泛，既能进一步提升桥梁工程建设的整体质量，也能使桥梁结构的抗震性能得到进一步完善。在钢结构施工过程中，施工人员需要通过焊接的方式让各个构造组件拼接起来，因此焊接质量会在一定程度上影响结构质量，故而对于施工人员来说，在建设施工过程中需要采用特定的方式检查钢结构的焊接效果，但又要保证不破坏结构本身。如果能够在钢结构的桥梁工程建设过程中使用焊缝无损检测技术，那么钢结构的稳定性就能得到进一步保障。

1 钢结构概述

钢结构是一种新型的桥梁工程结构设计方式，相比较混凝土结构来说，钢结构具有耐久可塑性强等较为明显的特点，且安装起来较为方便，不需要耗费施工人员过多的时间和精力。因此，除了在桥梁施工建设过程中会使用钢结构之外，在大跨度建筑以及高层建筑施工建设过程中，施工人员也会优先考虑使用钢结构。钢结构具有以下几个方面的特征：首先，钢结构内部安排具有原料均匀的特点，因此受力状况不会与工程力学的理论计算结果相差太远。比起混凝土而言，钢材的力学性质更为优异。其次，钢结构的塑性和耐久性能较好，因此即使在使用过程中受到较大的外力荷载冲击也能够通过顶风应力的再分配，达到良好的荷载效果。这就意味着钢结构在使用过程中其内部的应力不会发生突变状况，外部结构不会由于应力增加而遭受严重的破坏，这是钢结构的优势之一。除此之外，在遭遇地震时，使用钢结构还能够吸收一部分地震能量，这意味着桥梁使用过程的抗震性能会得到进一步的提升[1]。

2 钢结构超声波无损检测要求

在钢结构桥梁建设工程的验收过程中，工作人员通常使用超声波无损检测技术完成相应的检测工作。根据相应的检测规范和制度要求，检测人员会对桥梁工程建设中的中小焊缝进行超声检测，其所检测的焊缝长度比例大概为100%和20%。如果施工人员是使用手工电弧焊完成单元制造的，那就意味着焊机的焊接水平可能存在明显的差异化特征。在这种情况下，检测人员需要对整批焊接质量进行细致且精准的检查，最终的检查份额应根据焊缝长度的比例计算。通常情况下，验收人员会使用超声波抽样检查方式完成焊缝的检查工作，尽可能地通过企业内部抽样验证的方式完成一系列的验收工序[2]。

3 钢结构工程焊接技术使用问题探讨

3.1 气孔问题分析

在桥梁钢结构工程焊接过程中，经常出现溶池高温现象，导致金属吸收大量的气体，而且在金属冷却之前气体没能全部排出，金属材料内部出现空穴现象，最终影响到焊接施工的稳定性能。而气孔之所以会产生，大体是由于焊接剂没能完全烘干，后续电弧偏出问题如果较为严重，最终影响到焊接质量。

3.2 夹渣问题分析

在焊接工序完成后，金属夹缝中经常出现一些熔渣，如果这些熔渣未能得到及时清除，在后续的施工建设过程中，可能使焊接工序出现质量方面的问题，使得焊接接口出现细小的裂缝。由于大部分施工焊接工作推进的过程中都可能形成油垢，因此这种裂缝通常是很难被肉眼发现的。但为了持续性地提升焊接施工的速率，大部分施工人员不会花费过多的时间和精力关注夹渣问题，因此这一问题迟迟无法得到解决[3]。

3.3 未焊透问题分析

有时为了在桥梁施工建设的过程中提升焊接进度，工作人员会在焊接的接口处，还没能来得及完全渗透的时间节点便进行下一步的焊接施工，这就会导致焊接过程中的未焊透问题较为严重。而在实际的施工建设情境下，大部分焊接施工人员所使用的焊接电流并不理想，且焊接的速度过快，因此未焊透问题会变得更为严重。这是钢结构焊接施工建设过程中，需要考虑到的重要问题。

3.4 未融合问题

想要让焊接质量得到进一步的提升，就需要使焊接材料与金属之间产生全面的融合。但实际上在具体的施工操作过程中，焊接材料与金属的融合连接却很难达到理想状态。由于金属坡口存在较为明显的油垢且焊接的速度过快，因此金属材料和焊接材料的融合存在一定困难，但如果不按照既定施工方案流程完成焊接施工，就很可能导致施工进度出现纰漏，因此未融合问题也是值得施工人员重视和考虑的[4]。

4 焊缝无损检测优化措施分析

4.1 合理使用渗透检测技术

渗透检测技术是目前桥梁钢结构施工建设过程中，完成焊缝无损检测的重要技术之一。这一检测技术又被称为液体渗透检测技术，其具体原理并不难理解，工作人员可通过钢结构焊接缝中出现的毛细现象，完成液体渗透检测（见图1）。具体来说是让液体渗透到细小的缝隙或者毛细管中，这种情况下液体会随着缝隙的移动而发生方向的改变，最终使缝隙或毛细管的水面不断上升，工作人员可通过观察水面上升的程度，判定缝隙或毛细管直径的大小。如果在渗透检测技术使用的过程中，工作人员发现其所滴入的液体无法浸润气管，就意味着焊缝质量本身并不存在缺陷，可以持续施工。如果在液体滴入的过程中，吸管逐渐被浸润且出现了水面上升的现象，那么意味着焊缝本身存在缺陷，在这种情况下施工建设人员就需要及时完成焊修环节的返工。在渗透检测的过程中，工作人员可根据桥梁建设施工的实际情况，选择使用不同的渗透液体完成渗透检测工作。为了方便检测结果的分析，研究工作人员可尝试采用着色检测或者荧光渗透检测方式，全面考察焊缝的损坏情况。但需要注意的是，渗透液体在使用过程中是具有一定腐蚀性的，因此会影响到检测人员的身体健康，故而在检测过程中需要尽可能地避免直接与渗透液体接触。若其检测的材料本身具有多孔性质，那么最终的检测结果很可能不精准，因此在钢结构中使用渗透检测技术，仍然会存在一定的缺陷。但相比较其他技术而言，渗透检测技术仍然是一种较为灵活直观的检测方式，值得在钢结构的焊缝无损检测过程中进行使用[5]。

图1 渗透检测过程图示

4.2 合理使用磁粉检测技术

磁粉检测技术也是钢结构焊缝无损检测过程中较为常见的一种技术。该技术的使用原理并不复杂，只要对磁场中磁化后的铁质材料所表现出的特征展开详细的检测和全面的数据记录，便能够详细了解桥梁施工建设过程中焊缝是否存在缺陷。具体来说，在磁粉检测技术使用的过程中，铁性材料在磁化反应之后其磁感强度便会大幅度提升，但磁感的存在是有一定局限性的，只有在铁磁性材料中才会出现磁感，因此不存在磁粉吸附现象。如果焊缝表面存在一定的缺陷，那么铁磁材料内部的磁感就会发生较为明显的变化，这会使得钢结构材料的表面出现磁粉。在磁粉处理的过程中，工作人员就能够通过直观检测磁粉的实际状况，具体分析焊缝表面的缺陷情况。为了使磁粉状况的观摩变得更容易一些，在磁粉检测技术使用的过程中，应尽量强化磁粉的荧光性特征，只有如此才能在检测过程中尽可能地降低工作人员发现磁粉反应的难度。相比较渗透技术而言，磁粉检测技术的使用具有更高的灵敏度和更强的适应性，且其所需要使用到的检测成本并不高，因此值得在钢结构桥梁施工过程中持续性使用。但需要注意的是，并不是所有的钢结构材料都适合应用该项技术。如果在桥梁工程建设的过程中，施工人员选择的是奥氏体不锈钢或铝合金材料，那么磁粉技术的使用就无法发挥效果。

4.3 合理使用射线检测技术

射线检测技术指通过各类射线的使用来检查钢结构中的焊缝缺陷，并对具体的缺陷问题展开深入讨论和分析。相比较其他的检测技术而言，射线检测技术的使用准入门槛较高，需要通过专业仪器和设备才能够完成。这是因为射线在物体穿透的过程中会出现衰减现象，因此不同钢结构的材料性质在射线穿透过程中，所显露出的衰减状况也是不一致的，唯有选择最为适宜的射线检测装备，才能够让射线检测技术发挥最大的价值。在该项技术使用的过程中还要完成暗室处理工序，只有如此才能够在射线穿过物体后，留下精度较高的光度底片。工作人员需要通过此来分析射线的衰减程度，借此评判钢结构的焊缝质量，分析焊缝是否存在质量方面的缺陷。比较上述两种技术而言，射线检测技术的使用成本较高且需要较为严格的外部使用条件，因此具有较为明显的使用缺陷；而且花费的检测时间也较长，因此在桥梁工程建设的钢结构检测过程中并未得到较为广泛的使用，但这并不意味着射线检测方式无法得到更为全面的完善与突破，只要能够降低射线检测技术的准入门槛，该技术仍然是有被广泛宣传和使用的可能的。

4.4 合理使用超声检测技术

超声检测技术是目前被钢结构施工人员所关注的检测技术。该项技术的使用原理与射线检测技术有一定的相似之处，它同样需要专业仪器设备的支撑。这项技术的检测原理并不复杂。在检测过程中，工作人员需要通过超声波回传的具体信号，考察钢结构中是否存在问题和缺陷。在超声波经过钢结构缺陷部分时，会出现信号波动情况，设备会对这一信号波动进行较为精准的捕捉，工作人员可通过分析设备捕捉的信号数据详细判断钢结构中的焊缝是否存在一定的缺陷。但需要注意的是，在实际的检测过程中，其所回传的数据也很容易受到材料本身的影响，这就意味着超声检测的准确性并不能得到更为充分的保障。有时超声检测技术在使用过程中所确定的缺陷位置并不精准，这会直接影响到焊缝缺陷的检测效果。但超声检测技术的灵敏度较为优异且检测速度较快，因此即便在复杂的施工环境或施工背景下，也能迅速地展开检测工作。但如果钢材不规则，那么在检测过程中超声波就会出现严重的耗损现象，这会直接影响到设备对回收信号的接收，进而使得检测精准度无法得到合理控制。因此，现阶段超声检测技术的应用仍然是有利有弊的，工作人员需要根据桥梁钢结构施工的实际情况，选择最为适宜的方式完成焊缝的无损检测。

4.5 提升焊缝无损检测技术的使用意识

虽然钢结构的使用优越性已经得到了进一步证实，且大多数参与桥梁施工建设的施工团队都更倾向于通过钢结构完成项目的施工，但有关焊缝方面的检测问题，在很长一段时间内仍未受到施工团队的重视。大部分施工人员都将钢结构桥梁施工的关注重点放置在项目工序的推进，以及各方面安全性能的保障上。但实际上焊缝质量的检测是至关重要的，如若焊缝方面出现了缺陷或质量问题，那么会直接影响到桥梁钢结构的使用性能，甚至最终导致桥梁钢结构的使用出现突发安全事故，影响到出行人员的人身安全和财产安全。因此，提升施工团队主动使用焊缝无损检测技术、完成焊缝质量控制的意识是很有必要的，这能够更进一步地提升钢结构和桥梁施工的最终质量和效果。但正如前文所说，就目前来看，焊缝无损检测技术的使用方式有很多，许多施工人员即便意识到了焊缝无损检测技术的使用重要性，也没有足够的专业理论知识支撑其寻找最为适宜的方式，完成焊缝质量的控制。基于此，施工团队需要通过职业培训和技术宣讲等方式的运用，提升施工技术人员对焊缝无损检测技术的认知程度，让施工技术人员针对目标桥梁施工项目的实际建设情况，选择最为适宜的技术完成焊缝质量的检测工作，为桥梁施工建设顺利推进提供充分的保障。