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摘要：随着该类新型结构桥梁的建设数量的不断增多，随之带来的建设和使用质量保障问题越来越受到关注。波形钢腹板PC箱梁是整体桥梁结构中的主要受力部件，而波形钢腹板又是Pc箱梁结构主要受力构件，因此波形钢腹板的加工和安装质量对于箱梁乃至整个桥梁使用安全和寿命至关重要，如果发生质量问题，可能带来灾难性后果。
关键词：波形钢腹板；焊缝质量；超声检测方法；
由于波形钢腹板结构检测面呈波纹状，给各种无损检测方法带来了极大的局限性，因此，目前仍然没有快速可靠的无损检测手段能够对其进行有效检测。而超声检测方法具有能量大、穿透力强、检测效率高、成本低等众多优点，一直被认为是各种无损检测方法的首选。
一、波形钢腹板焊缝质量超声检测方法
1.超声检测原理。超声波是一种机械振动波，实际上就是在弹性介质中的振动频率超过20kHz的机械波。超声检测原理是超声探头产生振动，发射脉冲波到被检工件内，通过观察工件内部缺陷或工件底面反射波的情况对工件进行检测，由超声探头接收到电脉冲信号后产生的脉冲波被引入被检测工件中后，若材料均质，则声波沿一定方向，以恒定速度向前传播。当遇到两侧声阻抗有差异的界面时，则部分声能被反射。这种界面可能是材料中某种缺陷(不连续)，如裂纹、分层、孔洞等，也可能是试件的外表面与空气或水的界面。反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小。通过探测和分析反射脉冲信号的幅度、位置等信息，可以确定缺陷的存在，评估其大小、位置。通过测量入射声波和接收声波之间声传播的时间可以计算得到反射点距入射点的距离。以波纹钢腹板与翼缘板角接焊缝为研究对象，它类似于具有波纹腹板的T形焊缝，由于波纹钢腹板安装后，只能在腹板上进行超声检测，所以只能采用横波斜入射检测方式。当超声波倾斜入射到两种不同固体介质的界面时，在界面上会产生反射、折射和波型转换现象。
2.研究。波形钢腹板焊缝检测有两个重要检测位置:第1，波形钢腹板拼接处焊缝;第2，波形钢腹板与翼缘板角接焊缝。采用商用超声检测仪器CTS－1010，该仪器轻巧便携、操作方便，且符合相关标准要求。选用探头型号横波斜探头，按照深度1∶1定标后进行实验探测，为了对超声检测结果进行验证，还选用管电压210kV的射线检测机采用透照方式进行纵缝单壁透照。特别是在行业内对于厚度大于或等于30mm的钢板也不适合采用射线检测，通常用超声波检测代替，因此更应该关注超声检测的可靠性。根据焊缝的结构分析该信号为相控阵直射波声束发现的焊缝根部存在缺陷，具体测试缺陷位置及大小综合焊缝结构进行分析，可以判断该信号为焊缝中下部(靠近根部)的缺陷。1)裂纹:起波速度快，回波前沿陡峭，波峰尖锐，扫查时可见其有一定延伸长度，在裂纹两端起波迅速，消失也迅速，特别指出:裂纹回波应该从焊缝两侧均能检测到，两次检测的反射点的水平位置基本相同，反射点的位置均在焊缝中心线上，或说在焊缝两侧检测的结果发现水平位置重合(或接近重合)，这是未焊透和未熔合通常不具备的特征;2)未熔合:回波波形较稳定，从两侧探测时反射波幅不同，有时只能从一侧探到，这是由于未熔合部位两侧形状差别大;3)未焊透:常见的是根部未焊透，其回波的起波速度较快，反应强烈，在焊缝两侧扫查都能发现，且反射波幅大致相同，波幅较高，探头平移时，波形较稳定，当声束相对其延伸方向改变角度时，回波的波幅迅速降低;4)夹渣:有一定棱角，回波位置无规律，波形较紊乱，移动探头时回波波形变化相对迟缓，起波速度较慢，波峰较圆钝，回波占宽较大;5)气孔:呈空心状，其介质成份为气体，反射界面规则光滑，密集气孔常出现一簇反射波，回波幅度不高，无延伸长度。根部未焊透缺陷主要在焊缝根部表现为线状面积型图像；坡口未熔合缺陷主要在坡口表现为线状面积型图像，裂纹缺陷检测图像两端颜色比较深且波幅尖锐线状面积型图像。检测人员可以通过对这些检测波形的认识和不断经验积累，也可掌握如何评估危害性缺陷裂纹、未熔合、未焊透和非危害性缺陷夹渣、气孔。超声检测可以快速有效地对波纹钢腹板与翼缘板的焊接角焊缝进行检测，检测结果与试样缺陷制备数据非常吻合，通过射线检测结果也可以验证超声检测结果的正确性。
二、波形钢腹板焊接工艺要点
1.零件下料和构件装配的要求。波形钢腹板在波形压制环节主要采用冷弯的方式，其尺寸公差和行位公差往往会由于反弹量控制不好而影响零件板的一致性，这对自动化焊接设备轨迹跟踪有较大影响。此外，自动焊接过程中设备无法像人工焊接一样发现缺陷来回焊处理，这就要求焊缝坡口规范且整洁。因此，在焊前应对坡口角度、钝边厚度及装配间隙进行严格检测，不符合要求的必须进行修整。同时，焊前必须对坡口两侧进行清理，确保两侧100mm范围内无油污，坡口及两侧10mm内应打磨至露出金属光泽，以保证焊接过程中质量的稳定性。
2.波形钢腹板全熔透焊接的要求。波形钢腹板曲线焊缝形式设计主要有熔透焊和熔深焊两种。熔深焊不要求焊缝接头全熔透，只需达到一定熔深即可，熔透焊要求焊缝接头全熔透，并需通过相应的探伤检测。对于波形钢腹板，其熔透焊接可通过以下几种方法实现。为确保焊缝全熔透的质量，在正面打底焊接后，需对反面进行气刨清根处理，以清除焊缝根部潜在缺陷。生产中常使用碳弧气刨，即使用碳棒与工件间产生的电弧将焊缝根部潜在缺陷熔化，并用压缩空气将其吹掉，为背面焊接做准备，反面清根法工艺简单，但效率较低，清根处理不易实现自动化。波形钢腹板在开单面坡口焊接时，为防止烧穿且保证熔透焊效果，可采用在焊缝背面粘贴陶瓷衬垫的方式。此类衬垫条通过粘贴与焊缝背面固定在一起，可进行一定弧度的弯曲以适应曲线焊缝。陶瓷沉淀法能够很好地实现波形刚腹板曲线焊缝的单面熔透焊接，但陶瓷衬垫成本较高且安装麻烦。波形钢腹板曲线焊缝的根部焊接时，可开设带有小钝边坡口，装配时预留3～5mm间隙，控制打底焊参数和手法，实现单面焊双面成型，进而进行焊缝的填充焊和盖面焊，无需清根处理，此方法可有效保证焊缝根部的全熔透质量，但对焊接工艺手法要求较高，对自动焊接设备的控制精度也有着极高的要求。波形钢腹板钢构件不同于常规的直腹板构件，其焊接变形后的矫正难度较大。因此，自动焊接的过程中控制变形量尤为关键。为尽可能减小波形钢腹板曲线焊缝焊接时的变形量，根据腹板板厚情况，尽可能采用双面坡口双面焊。当节段较长时，考虑较长焊缝的分段焊接，并尽可能采用对称焊。变形倾向较大的构件需加设临时防变形支撑，结合焊后消应力处理最大程度降低最终的变形量。
由于波纹钢腹板是铆接在箱梁内，仅能在波纹状腹板上对角接焊缝进行检测，给超声探头的耦合与移动带来了极大的困难，这些与传统角接焊缝检测存在很大差异，本次研究采用超声检测方法对该类波纹钢腹板焊缝质量进行实验探索，可望为今后超声对该类结构检测提供参考依据。
参考文献：
[1]唐炜，张莉，葛向兵．涡流检测焊缝裂纹缺陷的有限元仿真[J]．仪表技术与传感器，2017(12)：72—75．
[2]江念，王召巴，金永．车复合结构界面黏接质量的超声衰减法研究[J]．仪表技术与传感器，2018(2)：88-90．
[3]李昌禄，苏寒松．超声波定位系统的研究[J]．实验室研究与探索，2017，32(2)：39-44．
[4]王红亮，何少恒，张慧，等．超声多重深度相控聚焦发射设计与仿真[J]．压电与声光，2017，38(2)：349-352．