耐腐蚀桥梁钢板超声波探伤缺陷分析及改进措施

耐腐蚀桥梁钢板超声波探伤缺陷分析及改进措施

李姗

身份证号：320321199305094241 江苏 南京 210000

摘要：随着我国国内公路事业以及铁路交通事业规模不断扩大，在跨度较长的公路桥梁建设工程中钢结构的应用也更加广泛。在大跨度的桥梁主体中大多数会采用到钢结构，这种钢结构具有自重较轻、承受能力较强的优势，尤其是在长期外部环境恶劣的背景下，桥梁钢结构的整体质量以及构造安全性与项目的运行可靠性之间密不可分。因此，为了确保大跨度桥梁中钢板结构的质量，许多客户会采用无损探伤的新型技术，对桥梁钢板的耐腐蚀性能以及相关性能进行进一步的判断。超声波探伤技术是无损检测技术中采用的一种主要方式，这种技术在不破坏内部材料的前提条件下，能够通过超声波的图像特性，判断不同材料的物理特征，同时，利用超声波在不同介质的反射、折射以及透射规律判断钢板内部存在的细微损伤。而超声波在被探测材料中的持续性传递，也会随着材料内部结构组织的变化以及缺陷性规格的不同而发生变动，这种检测模式能够准确地判断出钢板材料内部的裂纹、气泡、松散等结构变化以及缺陷性问题。目前，我国国内的各大钢板生产企业在生产过程中也会遇到不同程度的缺陷性问题，但是钢板的质量在大型的桥梁道路建设工程中与桥梁工程的建设稳定性和安全性之间密不可分，因此，针对钢板结构的无损探伤技术应用就显得意义重大。

关键词：耐腐蚀桥梁钢板材料；超声波探伤技术；缺线性分析

某钢板生产企业在生产规格厚度超过50毫米的耐腐蚀桥梁钢板材料时，出现了大量的钢板探伤检测不合格的问题。而在生产过程中，若出现大批量的超声波探伤不合格的情况，则会将该类型产品直接报废，这不仅造成了严重的材料浪费问题，同时还影响了企业与公司客户交货期限，增加了企业的生产成本负担。针对这一问题，在该工厂生产的耐腐蚀桥梁钢板缺陷性分析工作中主要应用了金相以及扫描电镜等分析技术，针对桥梁钢板的超声波探伤区域进行了进一步的探测。通过探测发现在桥梁钢板厚度的中心区域存在严重的带状组织结构，同时，c元素在该组织结构中的分布也较不均匀。本文主要是分析了某公路桥梁工程中的钢板实验材料，并且就无损探伤技术针对试验材料的结果进行了分析和探讨，希望能够为进一步提升超声波探伤技术的应用价值提供参考意见。

一、钢板试验材料以及试验方法

（一）实验材料

本次的实验材料主要取自于赅钢板生产企业中超声波无损探伤不合格的耐腐蚀桥梁钢板，钢板中的主要化学成分包括了C元素、P元素、S元素等等[1]。

（二）试验方法

该工厂生产的耐腐蚀桥梁钢板采用的是常规轧制的工艺，轧制后的钢板没有进行水冷却。为了确保实验分析结果的准确性，需要采用人工超声波探伤技术，对工厂生产的钢板中存在的缺陷性位置进行准确的定位。根据统计数据结果显示，在检测结果中，存在一批不合格的钢板材料，这部分钢板材料的缺陷性主要集中在钢板厚度较厚的中心位置。因此，在钢板的无损探伤缺陷部位，厚度方向上的边缘以及中心位置分别进行取样分析。通过对采取的样本进行磨制以及抛光后，再采用4%的硝酸酒精溶液进行浸泡，最终获取到了钢板内部的金属元素组织。然后再利用光学显微镜针对钢板内部的金属元素组织进行进一步的观察，最后，再采用扫描电镜检测获取到的钢板探伤缺陷样品以及金属组织物的微观形态。本次实验过程中，实验人员主要利用了纳克金属原位分析设备，进一步探讨了钢板在厚度方向从边缘到中心位置金属元素的分布变化状况。

二、实验结果

通过对采集过程中存在缺陷性的钢板样品进行分析发现，钢板生产过程中的厚度，中心周边的金属组织存在明显的带状结构，而形成带状结构的主要原因是由于C元素的浓度分布差异性造成的。通过电镜扫描后发现，颜色较暗的区域为C元素浓度较大的区域，而颜色较暗的区域c元素的浓度较低。而钢板厚度中心位置c元素分布的差异性也会进一步影响到钢板轧制的整体质量。为了进一步的了解钢板厚度中心周边的缺陷性状况，研究人员再次利用了扫描电镜，分析了钢板厚度中心区域周边的金属元素微观组织结构状态[2]。

在钢板厚度的中心点位置，通过电镜扫描可以发现，样品的珠光体重存在许多点状物质以及条状的非金属加载物质，通过能量谱发现这些夹杂物质中主要是金属铝氧化物带来的杂质。而按照国际标准针对钢板的缺陷性进行判断后得出结论，被检测的样品中，多个缺陷地相邻间距低于100毫米或小于相邻缺陷指示长度时，那么各个缺陷的面积总和就可以作为钢板缺陷指示的面积总和。也就是说不相邻，但是相互连接的缺陷性问题，在检测结果中都可以按照同一个缺陷计算面积[3]。在此次检测结果中，珠光体内部的金属元素中，涵盖了大量的非金属夹杂物质，这些夹杂物质虽然单个面积较小，但是由于加载物质分布的密度较大且数量较多，因此，可以将这些加载物质视为面积较大的单个缺陷问题。相关研究报告中也明确指出，钢板中存在的这些夹杂物质也会导致超声波探伤检测结果的不合格问题。而这些单个尺寸较小且密度较大的加载物质，与周边的组织结构存在较大的差异性，对于超声波的折射效率以及折射图像具有显著的差异性，这也是导致超声波在透射到夹杂物后，反射形成的波形结构被确认为波形伤害的主要原因

[4]。

三、改造措施

综上所述，通过上面描述可知，在该工厂生产耐腐蚀桥梁钢板材料的探伤检测结果中，导致检测结果不合格的主要原因是由于钢板材料的厚度中心存在大量的非金属夹杂物质。炼钢液体在凝固的过程中会形成多个缺陷，而这些缺陷性之间，也会带来相互影响的效果，尤其是这些金属元素分布不均匀以及夹杂物质的出现，也会极大的影响到钢板检测的整体结果。也就是说，在钢板炼制和轧制的过程中，任何一个细微的环节出现差错，都可能会导致这些微小的损伤累积到最终的钢板产品中。因此，钢板制造过程中，炼钢的原材料以及连铸胚的质量是影响探伤结果的重要因素，在钢板加工过程中，钢板的加热工序、轧制工序以及热处理工艺也对钢板的探伤合格率具有重大影响。

（一）炼钢阶段的改进工艺

在钢板材料炼制过程中，必须要严格的控制S元素的含量，保证S元素的含量低于0.001%。与此同时，还需要严格地控制钢板加热过程中的热量，并且适当的降低钢板的拉速，进一步优化炼制过程中，保护渣的配比以及二次冷却的配水。除此之外，还可以通过进行vd处理以及深度钙化处理，在加工过程中，尽可能地加强钢板材料冶炼过程的脱硫以及去夹杂物质的能力，进一步保障钢板炼制原材料的纯净程度。

通过采用这种方法进行连铸，能够有效地提高连铸胚内部的质量，同时，还能够有效的均衡钢板材料中C元素的分布面积[5]。

（二）轧钢阶段的改进措施

在轧钢阶段，可以进一步延长轧钢之前铸热环节的加热时间，通过确保加热的均匀性，促进钢板材料内部c元素的进一步扩散，避免c元素存在分布不均匀的问题。在轧制过程中，还应该尽可能地增加中间胚的厚度，避免在制作过程中内部的非金属元素出现变形渗透的现象。

结语：

综上所述，通过本次研究发现，该工厂生产的耐腐蚀桥梁钢板材料探伤不合格的主要原因在于钢板的厚度中心c元素分布不均匀以及其他非金属夹杂物质缺陷性较多这两个方面，为了解决这一问题，应该注重在炼钢环节以及钢板轧制环节采取相关的工艺措施，尽可能提升企业钢板材料的探伤合格率。

参考文献：

[1]江雁山, 邓进, 李喆,等. 长输管道内壁腐蚀缺陷的超声波衍射时差法检测[J]. 无损检测, 2021（7）：57-59.

[2]马鹏, 樊建刚. 关于钢板超声波探伤合格率的研究[J]. 产业科技创新, 2019(15):97-98.

[3]张伟,李慧,刘聪.钢板超声波自动扫查方式对探伤覆盖率的影响[J].设备管理与维修,2021,17:95-96.

[4]马川, 李国杰. 耐腐蚀桥梁钢板超声波探伤缺陷分析及改进措施[J].  2020（7）：1406-1407.

[5]边慧宇.Q345R钢板中夹杂物超声波检测实践[J].江西冶金,2020,4002:55-58.