平板鋼閘門(mén)損傷超聲探測(cè)及成因分析

謝德正

(江蘇省連云港市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 連云港 222000)

鋼閘門(mén)普遍出現(xiàn)在各種水電水電、排灌系統(tǒng)、船閘等系統(tǒng)中，是控制水位的重要部件。鋼閘門(mén)一般浸沒(méi)于水的下方，而且在使用過(guò)程中需要頻繁開(kāi)啟，經(jīng)常會(huì)受到高速水流的沖擊。特別是水位線(xiàn)位置的閘門(mén)部件，經(jīng)常處于干濕交替狀態(tài)，鋼材特別容易發(fā)生腐蝕損傷，影響閘門(mén)的使用壽命[1- 2]。

平板鋼閘門(mén)是目前主要采用的鋼閘門(mén)型式，通常選用優(yōu)質(zhì)鋼板為材料，利用焊接方法制成。目前平板鋼閘門(mén)采用的防腐方式主要有表面噴砂除銹及熱噴鋅方法。現(xiàn)有的防腐手段只能延緩閘門(mén)的銹蝕過(guò)程，在使用過(guò)程平板鋼閘門(mén)萬(wàn)一出現(xiàn)損壞，輕者造成攔水泄漏事故，重者將會(huì)給下游人民生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重?fù)p失，因此在使用過(guò)程中，需要對(duì)平板鋼閘門(mén)開(kāi)展定期檢測(cè)[3- 4]。

超聲波探測(cè)目前在閘門(mén)檢測(cè)中廣泛應(yīng)用。在不破壞加工表面的基礎(chǔ)上，利用超聲波儀器可以發(fā)現(xiàn)人體肉眼不能發(fā)現(xiàn)的工件內(nèi)部缺陷，而且具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性[5- 9]。本文以北方某水庫(kù)閘門(mén)為例，利用該技術(shù)對(duì)平板鋼閘門(mén)焊縫進(jìn)行探傷，在對(duì)閘門(mén)探傷的基礎(chǔ)上，分析閘門(mén)損傷原因，并對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 工程概況

遼陽(yáng)市葠窩水庫(kù)是遼寧省所轄的大型水庫(kù)，位于遼陽(yáng)縣、燈塔市和弓長(zhǎng)嶺區(qū)交界處的太子河干流上，該工程以滿(mǎn)足防洪灌溉、城市供水為主，并兼顧水利發(fā)電功能。葠窩水庫(kù)建成于1972年，目前已經(jīng)40余年，這期間共經(jīng)歷了5次特大洪水。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，閘門(mén)出現(xiàn)了不同程度的銹蝕與磨損，很多部位出現(xiàn)了漏水問(wèn)題[10]。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所有閘門(mén)都出現(xiàn)了銹蝕問(wèn)題，特別是長(zhǎng)期浸泡在水中的底孔閘門(mén)銹蝕非常嚴(yán)重。2#、3#、4#底孔閘門(mén)左側(cè)上葉與中葉連接處漏水嚴(yán)重，產(chǎn)生了射流現(xiàn)象。檢修門(mén)門(mén)后出現(xiàn)嚴(yán)重漏水水花。其余的閘門(mén)位置也都不同程度的出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。為了掌握底孔閘門(mén)的運(yùn)行性態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中的安全隱患，對(duì)該工程平板鋼閥開(kāi)展焊縫超聲波探傷。

2 平板鋼閘門(mén)損傷超聲探測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)選定具有代表性的1#底孔平板鋼閘門(mén)進(jìn)行焊縫超聲波探傷檢測(cè)。選用的超聲波檢測(cè)的靈敏度為H0-14dB。其中一類(lèi)焊縫探傷長(zhǎng)度0.9m，探傷比例20%;二類(lèi)焊縫探傷長(zhǎng)度3.5m，探傷比例25%。

平板鋼閘門(mén)上的焊縫主要有對(duì)接焊縫和T型連接的角焊縫兩種類(lèi)型。對(duì)于對(duì)接焊縫，采用了一對(duì)斜探頭，使用橫波檢測(cè)法。具體操作如圖1所示。利用兩個(gè)斜探頭發(fā)射超聲波，一個(gè)到達(dá)焊縫處為直射波，另一個(gè)到達(dá)焊縫的為一次反射波，通過(guò)分析兩種波形進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于角焊縫，采用直探頭和斜探頭結(jié)合的方法，其中直探頭采用縱波檢測(cè)法，斜探頭采用橫波檢測(cè)法，檢測(cè)原理如圖2所示。

圖1 對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)原理

圖2 T型角焊縫超聲波檢測(cè)原理

利用超聲波對(duì)該平板鋼閘門(mén)探傷結(jié)果如下:閘門(mén)鋼結(jié)構(gòu)上的對(duì)接焊縫，均未發(fā)現(xiàn)裂紋損傷。所檢焊縫，局部存在點(diǎn)條狀缺陷，根據(jù)超聲波探傷檢驗(yàn)對(duì)缺陷部位的顯示特征、所在位置及埋藏深度，可以認(rèn)定為是氣孔、夾渣、未焊透等缺陷問(wèn)題，這些問(wèn)題屬于制造過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。這些缺陷在超聲波探傷時(shí)，主要有以下表現(xiàn)。

2.1 氣孔問(wèn)題

在超聲波探傷過(guò)程中，出現(xiàn)的氣孔問(wèn)題主要有單個(gè)孔或密集氣孔型式。如果波形比較穩(wěn)定，回波高度低，各個(gè)方向回波高度相同，探頭移動(dòng)回波消失則為單個(gè)氣孔問(wèn)題；如果出現(xiàn)簇波高低不等的回波，當(dāng)探頭偏轉(zhuǎn)角度時(shí)回波出現(xiàn)波動(dòng)，則為密集氣孔。

2.2 夾渣問(wèn)題

在超聲波探傷過(guò)程中，出現(xiàn)的夾渣問(wèn)題主要有點(diǎn)狀和條狀兩種型式。點(diǎn)狀?yuàn)A渣問(wèn)題的超聲波回波波形與單個(gè)氣孔的回波波形非常類(lèi)似；條狀?yuàn)A渣問(wèn)題的超聲波回波表現(xiàn)為鋸齒狀或樹(shù)枝狀，波的振幅一般較低，而且各個(gè)方向振幅不等，當(dāng)探頭進(jìn)行平移時(shí)，其波的振幅發(fā)生變化。

2.3 未焊透問(wèn)題

未焊透問(wèn)題在進(jìn)行超聲波檢測(cè)的時(shí)候，超聲波回波在探頭進(jìn)行平移的時(shí)候其波形比較穩(wěn)定，在對(duì)焊縫兩側(cè)的超聲波回波波形基本相同。

3 損傷原因及建議分析

通過(guò)超聲波探傷發(fā)現(xiàn)，該平板鋼閘門(mén)主要存在腐蝕、焊縫氣孔、焊縫夾渣和未焊透等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析如下。

3.1 焊縫氣孔問(wèn)題

氣孔問(wèn)題主要表現(xiàn)為焊接過(guò)程中氣體凝固于焊縫形成的空穴。氣孔問(wèn)題產(chǎn)生主要原因有:一是焊條或焊劑受潮，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，焊接前未能充分進(jìn)行清理等。

3.2 焊縫夾渣問(wèn)題

焊縫夾渣主要表現(xiàn)為在焊接后的焊縫金屬內(nèi)存在熔渣，焊縫夾渣導(dǎo)致焊縫表面不規(guī)則。焊縫夾渣問(wèn)題產(chǎn)生的主要成因有以下幾個(gè)方面：一是焊接電流過(guò)小，焊條移動(dòng)速度過(guò)快；二是焊件表面未徹底清理，導(dǎo)致存留的污染物無(wú)法浮起而在焊縫中形成夾渣。

3.3 未焊透問(wèn)題

未焊透問(wèn)題主要表現(xiàn)為焊縫兩側(cè)的母材間未能完全熔透。未焊透問(wèn)題出現(xiàn)的部位有根部、中間部位和層間部位，產(chǎn)生未焊透問(wèn)題的主要原因有焊接過(guò)程選用的電流過(guò)小、運(yùn)條速度過(guò)快，焊接過(guò)程未嚴(yán)格按規(guī)范操作(如坡口和鈍邊不符合規(guī)范、根部間距過(guò)小等)。

3.4 腐蝕問(wèn)題

平板閘門(mén)的腐蝕問(wèn)題非常嚴(yán)重，后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，不僅影響工程的安全運(yùn)行，還要消耗大量的人力、物力、財(cái)力用于除銹、油漆或噴涂等工作。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，很多工程全年維護(hù)費(fèi)用的一半都是用于閘門(mén)防腐。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)該工程的鋼閘門(mén)腐蝕問(wèn)題非常嚴(yán)重。底孔閘門(mén)的門(mén)槽處已經(jīng)嚴(yán)重銹蝕，其銹皮出現(xiàn)成片脫落，建議對(duì)門(mén)槽進(jìn)行徹底維修。閘門(mén)門(mén)板銹蝕比較嚴(yán)重，其中主橫梁位置的最大銹蝕量達(dá)到4.96mm，閘門(mén)的局部位置的蝕余厚度僅有7mm。導(dǎo)輪、邊導(dǎo)輪的部件的銹蝕也很?chē)?yán)重，多數(shù)已經(jīng)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

焊縫的質(zhì)量是評(píng)判平板鋼閘門(mén)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要因素，也是影響平板鋼閘門(mén)的運(yùn)行安全重要因素。利用超聲波進(jìn)行焊接質(zhì)量檢測(cè)是閘門(mén)質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的重要手段，利用超聲波檢測(cè)時(shí)，應(yīng)該充分了解鋼閘門(mén)焊縫的生產(chǎn)工藝，各種損傷對(duì)應(yīng)的超聲波反饋。通過(guò)對(duì)葠窩水庫(kù)的底孔閘門(mén)超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該平板鋼閘門(mén)主要存在腐蝕、焊縫氣孔、焊縫夾渣和未焊透等問(wèn)題。目前的底孔閘門(mén)已不宜繼續(xù)長(zhǎng)期使用，建議及早更換。