某水工閘門安裝質(zhì)量超聲檢測問題探討

欽立峰

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

水利樞紐、水電站等水利工程中的水工鋼閘門多采用鋼板基材焊接制成，焊接完成后必須進行焊縫質(zhì)量檢測，對于發(fā)現(xiàn)的焊縫質(zhì)量缺陷，應(yīng)采取防腐加固措施防治，鋼閘門一、二類對接焊縫一旦出現(xiàn)損壞必將引發(fā)攔水泄漏及嚴重事故。可見，水工閘門焊接質(zhì)量是評價其制作質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標，通過應(yīng)用超聲技術(shù)檢測焊縫質(zhì)量，為判斷水工閘門運行狀況提供依據(jù)。超聲探測技術(shù)屬于無損檢測，檢測過程對鋼結(jié)構(gòu)無影響，且檢測結(jié)果準確，能保證檢測人員精確定位、快速掌握鋼閘門焊縫缺陷類型。

1 超聲檢測技術(shù)概述

超聲探傷儀是超聲檢測技術(shù)常用的儀器，該儀器主要利用超聲波原理，進行被檢物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部損失情況檢測、定位及分析。超聲探傷儀根據(jù)用途不同分為非金屬探傷儀和金屬探傷儀兩類，其中金屬探傷儀主要用于各類焊縫、板材、鑄件、鍛件等結(jié)構(gòu)的無損探傷，并通過分析視波屏所顯示出的傷波波形、位置、波高等進行損傷定位、損傷程度及類型分析[1]。

超聲探傷儀種類較多，但檢測原理及結(jié)構(gòu)大同小異，主要由同步電路、掃描及發(fā)射電路、接收及顯示電路和電源電路等部分組成。其工作電路具體見圖1。其中同步電路屬于觸發(fā)電路，發(fā)揮著超聲探傷儀中樞的作用，其通過發(fā)射數(shù)十-數(shù)千個脈沖/s，以觸發(fā)其余電路協(xié)調(diào)一致運行；掃描電路則通過釋放鋸齒波電壓，在示波管熒光屏上顯示出水平掃描時基線；發(fā)射電路主要將所產(chǎn)生的上千伏電脈沖施加于發(fā)射探討，以激發(fā)壓電晶片共振，并釋放超聲波；探傷波形圖通過顯示電路顯示。

圖1 超聲探傷儀工作電路

在超聲探傷過程開始后，同步電路發(fā)出脈沖并加至掃描和發(fā)射電路，掃描電路受到觸發(fā)后啟動，并發(fā)出鋸齒波掃描電壓，加至示波管水平偏轉(zhuǎn)板后在熒光屏上投射出掃描線。發(fā)射電路受到觸發(fā)后釋放出高頻窄脈沖，加至探頭后激勵壓電晶片產(chǎn)生振動，并釋放超聲波。超聲波在受檢測介質(zhì)中傳播，遇到缺陷或介質(zhì)底面后反射回探頭，壓電晶片接收后將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并通過接收電路檢波并放大，加至示波管垂直偏轉(zhuǎn)板，同時使電子束表現(xiàn)出垂直偏轉(zhuǎn)，之前所投射的掃描線對應(yīng)位置將出現(xiàn)缺陷波或底波。由缺陷波所處位置及幅度進行缺陷位置、嚴重程度等的估算[1]。

2 閘門安裝質(zhì)量超聲檢測

2.1 工程概況

某引水樞紐工程是一座建立在新疆葉爾羌河“S”形河段上的兩岸引水多級排砂攔河引水樞紐，并采用都江堰式與費爾干式結(jié)合形式布置。工程由東岸總進水閘、東岸引水總干渠、東岸進水沖砂閘、東岸沖沙道、潰壩段、溢流堰、泄洪閘、西岸引水彎道、西岸進水沖砂閘及上下游河道整治段組成。該引水樞紐始建于1952年，并于1982年改建，至1987年2月建成并投入使用。該水利樞紐工程各類閘門建設(shè)期間施工技術(shù)落后，運行至今，工程呈現(xiàn)部分病險情，經(jīng)安全評價鑒定為三類閘，列入病險水閘除險加固專項工程，需采取除險加固措施。東岸進水沖沙閘弧形鋼閘門采用預(yù)裝拼接工藝安裝，并在拼裝定位和尺寸檢查合格的基礎(chǔ)上從中間向四周對稱退步的方式進行鋼閘門焊接加固，并采用T型焊縫。焊接結(jié)束后嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行焊縫質(zhì)量超聲無損探傷檢測。

2.2 閘門焊縫檢測要求

《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》(GB/T14173-2008)根據(jù)水工閘門焊縫重要程度及受力狀況將焊縫劃分為三類，其中，閘門主梁、邊梁、腹板、翼緣板及攔污柵吊耳板、拉桿等承受主拉力的焊縫屬于一類焊縫；閘門面板、攔污柵主梁及邊梁腹板、翼緣板等承受壓力的焊縫屬于二類焊縫；其余非承壓焊縫均屬于三類焊縫[2]。對于水工閘門一、二類焊縫均可通過超聲檢測或射線檢測技術(shù)進行檢測，并確定出合格等級。

2.3 操作步驟

在應(yīng)用超聲探傷儀進行引水樞紐東岸進水沖沙閘弧形鋼閘門焊縫質(zhì)量及安裝質(zhì)量檢測前，必須根據(jù)操作規(guī)范校準儀器，并采用標準試塊和規(guī)格探頭初步檢測校準結(jié)果，校準合格后方可繼續(xù)操作。

探頭類型必須根據(jù)待檢測對象進行選擇，該水工鋼閘門焊縫檢測選用斜探頭，其探頭K值主要根據(jù)鋼閘門板材實際厚度確定，并充分保證超聲波束能完全掃查到全部焊縫截面、超聲波探傷靈敏度足夠、超聲波束中心線應(yīng)垂直于主要危險性缺陷。通過一二次波單面探測雙面焊時，為確保整個焊縫截面均能被超聲波掃查到，必須滿足以下條件：

(1)

式中：a為焊縫上端寬度的一半，mm；b為焊縫下端寬度的一半，mm；l0為探頭前沿距離，mm；T為閘門工件實際厚度，m；K為超聲探傷儀探頭K值，其取值情況見表1。

表1 超聲探傷儀探頭K值取值參照表

該進水沖沙閘弧形鋼閘門焊縫質(zhì)量和安裝質(zhì)量檢測結(jié)果還受到工件表面實際狀況的影響，為此必須在探測開始前修整閘門焊縫兩測探測面，通過砂紙或砂輪機將探測面銹蝕層、保護漆層等剔除，探測面修整平整后涂抹耦合劑。實際修整寬度P通常根據(jù)母材厚度確定，對于二次波探傷的8-46mm厚度的焊縫，探測面修整寬度P1≥2KT+30mm；對于一次波探傷的厚度46mm以上的焊縫，P2≥2KT+50mm[3]。

焊縫探傷超聲檢測時掃查方式主要較多，探頭可沿鋸齒形路線進行掃查并在10-15°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，探頭每次前進距離不應(yīng)超出探頭晶片直徑，以避免發(fā)生漏檢；發(fā)現(xiàn)缺陷后探頭進行前后左右掃查，以找出回波最大值，并定位缺陷、確定出焊縫缺陷具體尺寸；為推斷缺陷形狀和方向，探頭應(yīng)進行環(huán)繞掃查和轉(zhuǎn)角掃查；為檢驗焊縫及熱影響區(qū)橫向缺陷，探頭應(yīng)進行平行掃查；對于同時應(yīng)用2種探頭進行厚板焊縫探傷時，探頭應(yīng)進行串列式掃查。在以上掃查過程中，必須加強探頭行進速度控制，對于既有缺陷，必須通過多種方法定位、檢測，保證探測結(jié)果的真實準確。

超聲波在構(gòu)件缺陷處不連續(xù)界面會發(fā)出不同的聲波反射信號，超聲檢測則主要利用探頭發(fā)射并接收反射信號，并根據(jù)信號波幅變動進行缺陷是否存在及位置、尺寸等的判定。這種檢測方法對反射信號接收的有效性要求較高，聲波只有以適宜的角度到達缺陷位置，才能反射并被探頭所接收，若反射面角度達不到反射要求，則反射波很可能接收不到，導(dǎo)致漏檢。為此，在應(yīng)用超聲探傷儀進行水工閘門焊縫質(zhì)量及安裝質(zhì)量檢測時，必須鍵入準確的參數(shù)值，保證掃描速度及探傷靈敏度能準確調(diào)節(jié)；并根據(jù)焊接形式和焊縫實際情況，選擇適用的掃查方式組合。

2.4 檢測結(jié)果

該引水樞紐東岸進水沖沙閘弧形鋼閘門設(shè)計尺寸10.4m×4.4m，經(jīng)1982年改建后高為7.0m。1987年2月投運后對該弧形鋼閘門焊縫所進行的探傷報告顯示，其1#-3#閘門結(jié)構(gòu)中均存在3mm以上的未焊透連續(xù)焊縫、氣孔及根部夾渣情況。自投運以來至今以逾30a，2020年4月應(yīng)用CTS-2000型袖珍式金屬探傷儀斜角單探頭進行了該弧形鋼閘門焊縫復(fù)檢，并重點進行其雙面焊縫和熱影響區(qū)的單面檢測。根據(jù)檢測結(jié)果表明，該弧形鋼閘門焊縫類型為縱縫，焊接方式手工電弧焊，探傷面狀態(tài)為砂輪打磨，以漿糊為耦合劑，焊后探傷，探頭規(guī)格為2.5Z9*9K2.5，時基線聲程調(diào)節(jié)，探頭前沿距離9.6mm，實測折射角67.9°；焊縫總長度235m，檢測出的長度為235m，探傷比例100%；通過對檢測傷波典型圖及檢測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，全部焊縫均存在未焊透、密集氣孔、夾渣等病害，且未焊透深度最大達5-8mm。左邊梁翼緣板和上主梁翼緣板對接焊縫、右邊梁翼緣板和上主梁翼緣板對接焊縫、左邊梁翼緣板和下主梁翼緣板對接焊縫、右邊梁翼緣板和下主梁翼緣板對接焊縫、上主梁翼緣板和左吊耳翼緣板對接焊縫、上主梁翼緣板和右吊耳翼緣板對接焊縫均為一類焊縫，探傷范圍均為100%，評定等級H0-14dB，最大回波波幅

3 結(jié) 論

綜上所述，超聲波金屬探傷儀在水利樞紐工程進水沖沙閘弧形鋼閘門焊縫質(zhì)量及安裝質(zhì)量檢測中的應(yīng)用取得了較好的檢測效果，系統(tǒng)自動存儲的傷波圖和損傷區(qū)域相關(guān)數(shù)據(jù)能隨用隨取，快捷準確；傷波圖及相關(guān)記錄也為弧形鋼閘門焊接安裝質(zhì)量控制提供了準確依據(jù)，能有效避免人為原因造成的鋼閘門運行事故。