无损检测技术在钢结构桥梁中的应用

秦琦媛

河南省国安建筑工程质量检测有限公司（450000）

0 引言

钢结构桥梁的强度高、综合效益好，在我国桥梁中占据重要地位，其质量和使用寿命直接影响交通运输安全和社会经济发展。 过去，由于我国在钢结构桥梁建设方面经验不足，运维意识缺乏，随着使用年限增长，很多桥梁出现了不同程度的疲劳开裂现象，造成安全隐患。因此，为了尽量避免和减少桥梁事故的发生，应该对在役和在建钢结构桥梁进行定期无损检测。

1 概述

无损检测，又称为无损探伤，是在不损害检测对象的前提下，利用物质的声、光、磁、电等特性，探查检测对象各项性能及参数等是否正常的探伤技术。 相较于在桥梁上随机钻孔取样分析的传统方法，无损检测技术既能够保障检测对象不受损害，又能对其进行整体且深入的全面检测。

我国的钢结构桥梁主要是由正交异性钢桥面板焊接而成，焊接部位多，残余应力大；主要隐患是焊接工艺存在问题以及荷载反复作用下形成的疲劳裂缝。 这些隐患产生的原因主要有三点:①焊接水平参差不齐，在施工中出现未焊透、未熔合、烧穿、气孔等问题；②构件连接部位在主应力重复作用下导致的疲劳裂纹；③构件细节受到外在荷载或是震动作用引发变形。 如此来看，钢结构桥梁裂缝是无法回避的现实问题。 现有无损检测的内容包括：桥梁构件是否存在锈蚀、起皮、油漆剥脱现象；焊接缝、构件是否存在明显扭曲、穿孔、硬弯、夹层等缺陷；特别是杆件接头、钢材相互交叉处以及拧得过紧的螺丝处，更易因应力集中而产生疲劳裂纹。

2 无损检测的具体应用

2.1 在役钢结构桥梁检测

在役钢结构桥梁是指已经投入使用多年的桥梁。车辆行驶产生的振动以及钢材承压等因素导致在役钢结构桥梁出现老化、裂纹等问题，很多裂纹非常细小且被灰尘覆盖，仅靠肉眼观察的方式难以辨别小于0.1 mm 及垂直于主应力方向的裂纹，不及时修补裂纹就会变大， 产生严重的安全隐患，因此，在役钢结构桥梁应定期进行无损检测。 先进行目视检查，然后用砂纸等擦除附着在表面的油漆和铁锈，以磁粉或着色渗透液检测的方式进一步探伤，以尽早地消除安全隐患。

2.2 在建钢结构桥梁检测

导致在建钢结构桥梁产生裂缝的原因，一方面是本身所用钢材质量不合格，自带裂纹；另一方面是施工不当。 一般而言，建钢结构桥梁裂缝主要集中于焊缝或是应力集中处。 因此，当工程施工结束后，通常会在100%超声波检测基础上， 实施30% X 射线检测，原则上是在焊缝接头的起始两端各加拍一张照片，且需对抽查中的不合格处进行加倍拍片探查，直到焊缝得到完全检测，以避免后期产生裂缝。

3 钢结构桥梁无损检测技术

磁粉检测、渗透检测、射线检测、超声检测、涡流检测是无损检测的五种常用技术，其中磁粉检测和渗透检测仅能够探查表层裂缝，局限性明显；射线照相技术、超声波探伤技术、涡流检测技术可在一定程度上探查钢桥内部缺陷，使用较为广泛。 近年来，也有一些新的无损探伤技术，如声发射探伤技术，已经得到了长足的发展和应用。

3.1 磁粉检测技术

当钢材被磁化后，其表面裂纹会破坏磁场的连续性。 在被磁化的钢材表面均匀地撒上磁粉，如果钢材表面或表面附近有裂缝，就会有部分磁束流漏入裂缝间隙和表面空气中，使得被撒在钢材表面上的磁粉被吸附到裂缝磁束流中，因此可通过漏磁部位判断裂缝位置、形状和大小。 磁粉检测操作简便，具有较强的环境适应力，因此在钢结构桥梁无损检测中被广泛应用。 这一技术的不足之处在于主要适用浅表检测，当钢结构桥梁中的部分材料为奥氏体不锈钢或铝合金等无法磁化的金属、 倾斜角超过30%或缺陷埋藏较深时，就不宜采用磁粉检测技术。

3.2 渗透检测技术

首先将检测对象表面的油漆、灰尘、油泥等处理干净，之后用喷雾器或是刷子在对象表面覆盖着色剂或荧光染料。 当钢材有裂缝时，着色剂或荧光染料就会渗透下去，经干燥或添加显像剂（干燥剂）后，再用紫外线等特定光源照射时，就会清晰暴露裂缝的位置、形状和大小。 这一技术的特点在于适用范围广泛，且操作简便、成本较低；缺点在于只能定性和表面检测具有较高光洁水平的材料，对于裂缝深度无法准确测定，对于表面存在铁锈、涂料或缺陷的部位容易漏检，实际应用价值有限。

3.3 射线照相技术

射线检测利用X 射线和γ 射线在特定胶片上产生感光作用，主要用于体积型缺陷和焊缝病害的检测。 当射线扫过检测对象时，在裂缝处被吸收，导致胶片感光程度不一，从而暴露裂缝位置。 这一技术的优点在于几乎适用所有材料，包括金属材料、复合材料、放射材料等，能通过计算机直接导出立体图像，三维呈现裂缝位置、形状、大小和深度，是目前无损检测方式中灵敏度最高的。 因为射线随检测对象厚度增加而逐渐衰减，导致这一技术无法检测垂直于射线方向的薄层缺陷，对设备依赖性较高，技术成本较高，且射线对人体有害，使用时需做特殊防护。

3.4 超声波探伤法

频率大于20 000 MHz 的机械波被称为超声波。超声波检测技术是超声波与检测对象互相作用，在碰到异面介质如气孔、夹渣等时，部分超声波反射并经计算机处理后成为显示缺陷的回波，通过分析对应得出检测对象几何特性、组织结构、力学性能异常的技术，默认标准为《GB/T 11345—89》，常规超声频率为0.5~5 MHz。 这一技术的优点在于仪器小巧、操作方便、便于携带，检测速度快，成本相对较低，可以检测高厚度钢材，尤其对于裂纹、夹层、折叠、未焊透等类型的缺陷具有较高的检测能力；缺点是该技术不适用于形状不规则的钢结构，对检验人员的专业水平有较高要求，存在一定的主观性，且超声波本身的信号强度较弱，易受环境噪声的干扰。近年来， 也陆续出现了一些超声波探伤新技术，如自动超声技术、远程超声技术、逆波场衍射技术等，但是否能够代替传统超声检测，仍待进一步评估。

3.5 涡流检测技术

涡流检测基于电磁感应原理，是在交变磁场作用下，产生感应电流（涡流），激发次级感应磁场，并与原始交变磁场相互作用，产生电流变化，适用于导电材料的检测技术。 当钢桥结构内部有裂缝、气泡或是夹渣等缺陷时， 导体的涡流会有相应变化。这一技术的优点在于特别适用于薄、细、小的导电材料，不需要接触检测，容易实现检测自动化，且检测速度快；缺点在于不适用于具有一定厚度且内部有缺陷的材料检测，且探伤深度与表面探伤灵敏度互相矛盾，无法实现定量检测。

3.6 声发射探伤技术

近些年来，声发射探伤技术已经得到长足的发展和应用，成为一种有效应用于钢桥检测领域的新型无损探伤技术。 声发射又称为应力波发射，声发射探伤的原理是钢铁材料在较大载荷作用下产生破坏、断裂等不可逆变形，导致声发射源周围应变场改变，产生机械扰动，释放应力波。 这一声发射波沿途反射、折射后被传感器探查并接收，继而进行发射信号的波形分析。 这一技术的优点是灵敏度高，一般用于被检对象的动态检测；缺点是易受外界环境噪声干扰，且技术仍有待完善。

3.7 金属磁记忆检测技术

金属磁记忆检测技术的原理是金属磁材料在地磁场环境下受载荷作用产生磁记忆，即在缺陷或应力集中处形成退磁场或漏磁场，且在载荷消失后仍然存在。 这一技术的优点是能够对铁磁构件进行早期缺陷探查和寿命评估。

4 结语

钢结构桥梁中的任何微小裂缝，如果弃之不理，都会演变成产生重大危害的桥梁事故，危害社会利益。 因此，定期做好裂缝检测对于保证桥梁主体结构安全具有重要意义。 无损检测，既可以达到检测裂缝的目的， 又不会对桥梁钢构件造成继发损害。在具体检测实践中，应根据桥梁工程的具体情况和环境要求，采取适宜的无损检测技术，以最低的成本、最快的速度完成检测，确保钢结构桥梁工程的安全。