某水工闸门安装质量超声检测问题探讨

钦立峰

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

水利枢纽、水电站等水利工程中的水工钢闸门多采用钢板基材焊接制成，焊接完成后必须进行焊缝质量检测，对于发现的焊缝质量缺陷，应采取防腐加固措施防治，钢闸门一、二类对接焊缝一旦出现损坏必将引发拦水泄漏及严重事故。可见，水工闸门焊接质量是评价其制作质量优劣的重要指标，通过应用超声技术检测焊缝质量，为判断水工闸门运行状况提供依据。超声探测技术属于无损检测，检测过程对钢结构无影响，且检测结果准确，能保证检测人员精确定位、快速掌握钢闸门焊缝缺陷类型。

1 超声检测技术概述

超声探伤仪是超声检测技术常用的仪器，该仪器主要利用超声波原理，进行被检物体结构内部损失情况检测、定位及分析。超声探伤仪根据用途不同分为非金属探伤仪和金属探伤仪两类，其中金属探伤仪主要用于各类焊缝、板材、铸件、锻件等结构的无损探伤，并通过分析视波屏所显示出的伤波波形、位置、波高等进行损伤定位、损伤程度及类型分析[1]。

超声探伤仪种类较多，但检测原理及结构大同小异，主要由同步电路、扫描及发射电路、接收及显示电路和电源电路等部分组成。其工作电路具体见图1。其中同步电路属于触发电路，发挥着超声探伤仪中枢的作用，其通过发射数十-数千个脉冲/s，以触发其余电路协调一致运行；扫描电路则通过释放锯齿波电压，在示波管荧光屏上显示出水平扫描时基线；发射电路主要将所产生的上千伏电脉冲施加于发射探讨，以激发压电晶片共振，并释放超声波；探伤波形图通过显示电路显示。

图1 超声探伤仪工作电路

在超声探伤过程开始后，同步电路发出脉冲并加至扫描和发射电路，扫描电路受到触发后启动，并发出锯齿波扫描电压，加至示波管水平偏转板后在荧光屏上投射出扫描线。发射电路受到触发后释放出高频窄脉冲，加至探头后激励压电晶片产生振动，并释放超声波。超声波在受检测介质中传播，遇到缺陷或介质底面后反射回探头，压电晶片接收后将其转变为电信号，并通过接收电路检波并放大，加至示波管垂直偏转板，同时使电子束表现出垂直偏转，之前所投射的扫描线对应位置将出现缺陷波或底波。由缺陷波所处位置及幅度进行缺陷位置、严重程度等的估算[1]。

2 闸门安装质量超声检测

2.1 工程概况

某引水枢纽工程是一座建立在新疆叶尔羌河“S”形河段上的两岸引水多级排砂拦河引水枢纽，并采用都江堰式与费尔干式结合形式布置。工程由东岸总进水闸、东岸引水总干渠、东岸进水冲砂闸、东岸冲沙道、溃坝段、溢流堰、泄洪闸、西岸引水弯道、西岸进水冲砂闸及上下游河道整治段组成。该引水枢纽始建于1952年，并于1982年改建，至1987年2月建成并投入使用。该水利枢纽工程各类闸门建设期间施工技术落后，运行至今，工程呈现部分病险情，经安全评价鉴定为三类闸，列入病险水闸除险加固专项工程，需采取除险加固措施。东岸进水冲沙闸弧形钢闸门采用预装拼接工艺安装，并在拼装定位和尺寸检查合格的基础上从中间向四周对称退步的方式进行钢闸门焊接加固，并采用T型焊缝。焊接结束后严格按照相关规范进行焊缝质量超声无损探伤检测。

2.2 闸门焊缝检测要求

《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》(GB/T14173-2008)根据水工闸门焊缝重要程度及受力状况将焊缝划分为三类，其中，闸门主梁、边梁、腹板、翼缘板及拦污栅吊耳板、拉杆等承受主拉力的焊缝属于一类焊缝；闸门面板、拦污栅主梁及边梁腹板、翼缘板等承受压力的焊缝属于二类焊缝；其余非承压焊缝均属于三类焊缝[2]。对于水工闸门一、二类焊缝均可通过超声检测或射线检测技术进行检测，并确定出合格等级。

2.3 操作步骤

在应用超声探伤仪进行引水枢纽东岸进水冲沙闸弧形钢闸门焊缝质量及安装质量检测前，必须根据操作规范校准仪器，并采用标准试块和规格探头初步检测校准结果，校准合格后方可继续操作。

探头类型必须根据待检测对象进行选择，该水工钢闸门焊缝检测选用斜探头，其探头K值主要根据钢闸门板材实际厚度确定，并充分保证超声波束能完全扫查到全部焊缝截面、超声波探伤灵敏度足够、超声波束中心线应垂直于主要危险性缺陷。通过一二次波单面探测双面焊时，为确保整个焊缝截面均能被超声波扫查到，必须满足以下条件：

(1)

式中：a为焊缝上端宽度的一半，mm；b为焊缝下端宽度的一半，mm；l0为探头前沿距离，mm；T为闸门工件实际厚度，m；K为超声探伤仪探头K值，其取值情况见表1。

表1 超声探伤仪探头K值取值参照表

该进水冲沙闸弧形钢闸门焊缝质量和安装质量检测结果还受到工件表面实际状况的影响，为此必须在探测开始前修整闸门焊缝两测探测面，通过砂纸或砂轮机将探测面锈蚀层、保护漆层等剔除，探测面修整平整后涂抹耦合剂。实际修整宽度P通常根据母材厚度确定，对于二次波探伤的8-46mm厚度的焊缝，探测面修整宽度P1≥2KT+30mm；对于一次波探伤的厚度46mm以上的焊缝，P2≥2KT+50mm[3]。

焊缝探伤超声检测时扫查方式主要较多，探头可沿锯齿形路线进行扫查并在10-15°范围内转动，探头每次前进距离不应超出探头晶片直径，以避免发生漏检；发现缺陷后探头进行前后左右扫查，以找出回波最大值，并定位缺陷、确定出焊缝缺陷具体尺寸；为推断缺陷形状和方向，探头应进行环绕扫查和转角扫查；为检验焊缝及热影响区横向缺陷，探头应进行平行扫查；对于同时应用2种探头进行厚板焊缝探伤时，探头应进行串列式扫查。在以上扫查过程中，必须加强探头行进速度控制，对于既有缺陷，必须通过多种方法定位、检测，保证探测结果的真实准确。

超声波在构件缺陷处不连续界面会发出不同的声波反射信号，超声检测则主要利用探头发射并接收反射信号，并根据信号波幅变动进行缺陷是否存在及位置、尺寸等的判定。这种检测方法对反射信号接收的有效性要求较高，声波只有以适宜的角度到达缺陷位置，才能反射并被探头所接收，若反射面角度达不到反射要求，则反射波很可能接收不到，导致漏检。为此，在应用超声探伤仪进行水工闸门焊缝质量及安装质量检测时，必须键入准确的参数值，保证扫描速度及探伤灵敏度能准确调节；并根据焊接形式和焊缝实际情况，选择适用的扫查方式组合。

2.4 检测结果

该引水枢纽东岸进水冲沙闸弧形钢闸门设计尺寸10.4m×4.4m，经1982年改建后高为7.0m。1987年2月投运后对该弧形钢闸门焊缝所进行的探伤报告显示，其1#-3#闸门结构中均存在3mm以上的未焊透连续焊缝、气孔及根部夹渣情况。自投运以来至今以逾30a，2020年4月应用CTS-2000型袖珍式金属探伤仪斜角单探头进行了该弧形钢闸门焊缝复检，并重点进行其双面焊缝和热影响区的单面检测。根据检测结果表明，该弧形钢闸门焊缝类型为纵缝，焊接方式手工电弧焊，探伤面状态为砂轮打磨，以浆糊为耦合剂，焊后探伤，探头规格为2.5Z9*9K2.5，时基线声程调节，探头前沿距离9.6mm，实测折射角67.9°；焊缝总长度235m，检测出的长度为235m，探伤比例100%；通过对检测伤波典型图及检测数据的分析发现，全部焊缝均存在未焊透、密集气孔、夹渣等病害，且未焊透深度最大达5-8mm。左边梁翼缘板和上主梁翼缘板对接焊缝、右边梁翼缘板和上主梁翼缘板对接焊缝、左边梁翼缘板和下主梁翼缘板对接焊缝、右边梁翼缘板和下主梁翼缘板对接焊缝、上主梁翼缘板和左吊耳翼缘板对接焊缝、上主梁翼缘板和右吊耳翼缘板对接焊缝均为一类焊缝，探伤范围均为100%，评定等级H0-14dB，最大回波波幅

3 结 论

综上所述，超声波金属探伤仪在水利枢纽工程进水冲沙闸弧形钢闸门焊缝质量及安装质量检测中的应用取得了较好的检测效果，系统自动存储的伤波图和损伤区域相关数据能随用随取，快捷准确；伤波图及相关记录也为弧形钢闸门焊接安装质量控制提供了准确依据，能有效避免人为原因造成的钢闸门运行事故。