平板钢闸门损伤超声探测及成因分析

谢德正

(江苏省连云港市水利规划设计院有限公司，江苏 连云港 222000)

钢闸门普遍出现在各种水电水电、排灌系统、船闸等系统中，是控制水位的重要部件。钢闸门一般浸没于水的下方，而且在使用过程中需要频繁开启，经常会受到高速水流的冲击。特别是水位线位置的闸门部件，经常处于干湿交替状态，钢材特别容易发生腐蚀损伤，影响闸门的使用寿命[1- 2]。

平板钢闸门是目前主要采用的钢闸门型式，通常选用优质钢板为材料，利用焊接方法制成。目前平板钢闸门采用的防腐方式主要有表面喷砂除锈及热喷锌方法。现有的防腐手段只能延缓闸门的锈蚀过程，在使用过程平板钢闸门万一出现损坏，轻者造成拦水泄漏事故，重者将会给下游人民生命安全和财产安全造成严重损失，因此在使用过程中，需要对平板钢闸门开展定期检测[3- 4]。

超声波探测目前在闸门检测中广泛应用。在不破坏加工表面的基础上，利用超声波仪器可以发现人体肉眼不能发现的工件内部缺陷，而且具有较高的准确性和可靠性[5- 9]。本文以北方某水库闸门为例，利用该技术对平板钢闸门焊缝进行探伤，在对闸门探伤的基础上，分析闸门损伤原因，并对可能出现的安全隐患进行预测。

1 工程概况

辽阳市葠窝水库是辽宁省所辖的大型水库，位于辽阳县、灯塔市和弓长岭区交界处的太子河干流上，该工程以满足防洪灌溉、城市供水为主，并兼顾水利发电功能。葠窝水库建成于1972年，目前已经40余年，这期间共经历了5次特大洪水。随着运行时间的增长，闸门出现了不同程度的锈蚀与磨损，很多部位出现了漏水问题[10]。

现场调查发现，所有闸门都出现了锈蚀问题，特别是长期浸泡在水中的底孔闸门锈蚀非常严重。2#、3#、4#底孔闸门左侧上叶与中叶连接处漏水严重，产生了射流现象。检修门门后出现严重漏水水花。其余的闸门位置也都不同程度的出现漏水现象。为了掌握底孔闸门的运行性态，及时发现运行过程中的安全隐患，对该工程平板钢阀开展焊缝超声波探伤。

2 平板钢闸门损伤超声探测

在现场选定具有代表性的1#底孔平板钢闸门进行焊缝超声波探伤检测。选用的超声波检测的灵敏度为H0-14dB。其中一类焊缝探伤长度0.9m，探伤比例20%;二类焊缝探伤长度3.5m，探伤比例25%。

平板钢闸门上的焊缝主要有对接焊缝和T型连接的角焊缝两种类型。对于对接焊缝，采用了一对斜探头，使用横波检测法。具体操作如图1所示。利用两个斜探头发射超声波，一个到达焊缝处为直射波，另一个到达焊缝的为一次反射波，通过分析两种波形进行检测。对于角焊缝，采用直探头和斜探头结合的方法，其中直探头采用纵波检测法，斜探头采用横波检测法，检测原理如图2所示。

图1 对接焊缝超声波检测原理

图2 T型角焊缝超声波检测原理

利用超声波对该平板钢闸门探伤结果如下:闸门钢结构上的对接焊缝，均未发现裂纹损伤。所检焊缝，局部存在点条状缺陷，根据超声波探伤检验对缺陷部位的显示特征、所在位置及埋藏深度，可以认定为是气孔、夹渣、未焊透等缺陷问题，这些问题属于制造过程中产生的缺陷。这些缺陷在超声波探伤时，主要有以下表现。

2.1 气孔问题

在超声波探伤过程中，出现的气孔问题主要有单个孔或密集气孔型式。如果波形比较稳定，回波高度低，各个方向回波高度相同，探头移动回波消失则为单个气孔问题；如果出现簇波高低不等的回波，当探头偏转角度时回波出现波动，则为密集气孔。

2.2 夹渣问题

在超声波探伤过程中，出现的夹渣问题主要有点状和条状两种型式。点状夹渣问题的超声波回波波形与单个气孔的回波波形非常类似；条状夹渣问题的超声波回波表现为锯齿状或树枝状，波的振幅一般较低，而且各个方向振幅不等，当探头进行平移时，其波的振幅发生变化。

2.3 未焊透问题

未焊透问题在进行超声波检测的时候，超声波回波在探头进行平移的时候其波形比较稳定，在对焊缝两侧的超声波回波波形基本相同。

3 损伤原因及建议分析

通过超声波探伤发现，该平板钢闸门主要存在腐蚀、焊缝气孔、焊缝夹渣和未焊透等问题。针对这些问题产生的原因进行分析如下。

3.1 焊缝气孔问题

气孔问题主要表现为焊接过程中气体凝固于焊缝形成的空穴。气孔问题产生主要原因有:一是焊条或焊剂受潮，在焊接前未充分烘干；二是焊件表面受污染，或者表面粘有污染物，焊接前未能充分进行清理等。

3.2 焊缝夹渣问题

焊缝夹渣主要表现为在焊接后的焊缝金属内存在熔渣，焊缝夹渣导致焊缝表面不规则。焊缝夹渣问题产生的主要成因有以下几个方面：一是焊接电流过小，焊条移动速度过快；二是焊件表面未彻底清理，导致存留的污染物无法浮起而在焊缝中形成夹渣。

3.3 未焊透问题

未焊透问题主要表现为焊缝两侧的母材间未能完全熔透。未焊透问题出现的部位有根部、中间部位和层间部位，产生未焊透问题的主要原因有焊接过程选用的电流过小、运条速度过快，焊接过程未严格按规范操作(如坡口和钝边不符合规范、根部间距过小等)。

3.4 腐蚀问题

平板闸门的腐蚀问题非常严重，后期运营过程中，不仅影响工程的安全运行，还要消耗大量的人力、物力、财力用于除锈、油漆或喷涂等工作。根据数据统计，很多工程全年维护费用的一半都是用于闸门防腐。

通过现场监测发现该工程的钢闸门腐蚀问题非常严重。底孔闸门的门槽处已经严重锈蚀，其锈皮出现成片脱落，建议对门槽进行彻底维修。闸门门板锈蚀比较严重，其中主横梁位置的最大锈蚀量达到4.96mm，闸门的局部位置的蚀余厚度仅有7mm。导轮、边导轮的部件的锈蚀也很严重，多数已经无法运转。

4 结语

焊缝的质量是评判平板钢闸门质量优劣的重要因素，也是影响平板钢闸门的运行安全重要因素。利用超声波进行焊接质量检测是闸门质量现场监测的重要手段，利用超声波检测时，应该充分了解钢闸门焊缝的生产工艺，各种损伤对应的超声波反馈。通过对葠窝水库的底孔闸门超声波检测，发现该平板钢闸门主要存在腐蚀、焊缝气孔、焊缝夹渣和未焊透等问题。目前的底孔闸门已不宜继续长期使用，建议及早更换。