該研究開拓項(xiàng)目與2012年榮獲“全國市政行業(yè)市政工程科學(xué)技術(shù)獎”二等獎。
項(xiàng)目研究概況介紹：
該項(xiàng)目把國內(nèi)外最先進(jìn)的衍射時差法超聲檢測技術(shù)（TOFD技術(shù)）和超聲相控陣技術(shù)引入鋼橋的焊縫質(zhì)量檢測中，通過室內(nèi)模擬缺陷試驗(yàn)對比分析，并運(yùn)用計算機(jī)仿真技術(shù)，得出如下結(jié)論：1）在對鋼橋?qū)雍缚p檢測中，TOFD技術(shù)操作簡單方便、易攜帶、無輻射；能準(zhǔn)確定位和定性；能準(zhǔn)確定量實(shí)時顯示缺陷長度和高度數(shù)據(jù)；能永久保存所有焊縫的二維黑白數(shù)據(jù)圖像；檢測對接焊縫效率非常高。2）超聲相控陣技術(shù)對對接焊縫、T接焊縫、角接焊縫、Y接焊縫和異型相貫焊縫中不同類型缺陷的檢測有很好的檢出效果，對于一些受幾何條件限制常規(guī)超聲無法檢測的焊縫也能實(shí)施檢測。
1）研究得出TOFD、相控陣技術(shù)在鋼橋焊縫檢測中可以準(zhǔn)確定出缺陷位置、長度、深度和高度，并且根據(jù)視圖可以對缺陷進(jìn)一步判定性質(zhì)，較普通超聲、射線檢測具有更高的精度，檢測方便快捷，不需要清場即可檢測，可加快施工進(jìn)度。該項(xiàng)技術(shù)也可為在役鋼橋的質(zhì)量監(jiān)控提供技術(shù)手段。
2）研究驗(yàn)證了超聲相控陣技術(shù)較常規(guī)探傷方法更適用于對接焊縫、T接焊縫、角接焊縫、Y接焊縫和異型相貫焊縫中不同類型缺陷的檢測，且安全無輻射，具備取代射線檢測的技術(shù)條件，建議將該方法列入鋼橋探傷檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中。
4）在國內(nèi)首次把TOFD和超聲相控陣技術(shù)同時應(yīng)用于新建鋼橋無損探傷檢測中，證實(shí)了其較常規(guī)探傷方法具有速度快、效率高、定量定位準(zhǔn)等技術(shù)優(yōu)勢，并成功應(yīng)用了CIVA仿真軟件優(yōu)化無損探傷檢測方案。
國內(nèi)外同類技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用：
進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)發(fā)展迅猛，先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測方法和檢測手段，使無損檢測技術(shù)向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。隨著TOFD、超聲相控陣技術(shù)等無損檢測技術(shù)的日臻成熟，許多國家開始了這些檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，如美國的ASTM、英國的BSI均頒布了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這些工作對無損檢測技術(shù)的工程應(yīng)用起到了良好的促進(jìn)作用。
TOFD的優(yōu)勢是可以準(zhǔn)確確定缺陷位置，精確測量缺陷，精度可達(dá)±0.3mm，但是在工件近表面存在檢測盲區(qū)，需進(jìn)行系統(tǒng)的無損檢測研究擬補(bǔ)此項(xiàng)不足。超聲波相控陣技術(shù)則可以顯示出A，B，C，S多種顯示方式，并且描繪出缺陷的水平位置、自身高度、埋藏深度、自身寬度等大量信息，為檢測人員對缺陷進(jìn)行判斷提供了依據(jù)。
2003年，在國內(nèi)的特種設(shè)備行業(yè)，最早將TOFD技術(shù)用于工程檢測并申請成為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的是中國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司。應(yīng)用對象是神華煤液化工程中的壁厚達(dá)340mm的加氫反應(yīng)器。目前，GB/T23902-2009《無損檢測 超聲檢測 超聲衍射聲時技術(shù)檢測和評價方法》已經(jīng)制定，并于2009年12月01日實(shí)施。此外，在核工業(yè)、電力、石油系統(tǒng)，TOFD、相控陣技術(shù)的研究和應(yīng)用也在蓬勃發(fā)展，影響日益擴(kuò)大。
1）常規(guī)超聲技術(shù)和超聲相控陣技術(shù)均可以將試塊中的缺陷全部檢出，能夠達(dá)到焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)的目的。
2）射線和TOFD在T型焊縫檢測應(yīng)用較難。射線T型焊縫無法帖片和分析；TOFD需要更復(fù)雜的掃查裝置，并且檢測結(jié)束后數(shù)據(jù)分析較難。
3）相控陣技術(shù)能夠?qū)缚p內(nèi)缺陷進(jìn)行全數(shù)據(jù)記錄，可以準(zhǔn)確定出缺陷位置、長度、深度和高度，并且根據(jù)視圖可以對缺陷進(jìn)一步判定性質(zhì)，對缺陷的判定較常規(guī)超聲直觀。
4）常規(guī)超聲檢測過程無法實(shí)現(xiàn)全紀(jì)錄，測量缺陷長度和高度利用波幅進(jìn)行測量，誤差較大。通過對比數(shù)據(jù)，常規(guī)超聲測量缺陷的高度比實(shí)際偏小。
該項(xiàng)目成果把國內(nèi)外最先進(jìn)的TOFD和相控陣檢測技術(shù)引入鋼橋的焊縫質(zhì)量檢測中，超聲衍射技術(shù)作為新興的前沿技術(shù)，具有比常規(guī)超聲檢測和射線檢測更明顯的優(yōu)勢，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于天津市靜海團(tuán)泊新橋工程，獲得監(jiān)理及業(yè)主的一致認(rèn)可。
1、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益：超聲衍射技術(shù)作為新興的前沿技術(shù)，具有比常規(guī)超聲檢測和射線檢測更明顯的優(yōu)勢。TOFD技術(shù)和超聲相控陣技術(shù)能夠?qū)缚p內(nèi)缺陷進(jìn)行全數(shù)據(jù)記錄，可以更準(zhǔn)確定出缺陷位置、長度、深度和高度，故可對缺陷的整體性進(jìn)行評價，對缺陷的定性更加準(zhǔn)確。由于采用TOFD技術(shù)和超聲相控陣技術(shù)檢測方便快捷，檢測過程中不用清場，減少了大量的檢測費(fèi)用成本和人工費(fèi)，同時整體工期縮短2周，工程施工獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
2、項(xiàng)目社會效益：1）由于超聲衍射技術(shù)的在缺陷檢測精確性和成像性方面較常規(guī)方法得到較大增強(qiáng)，因此為鋼結(jié)構(gòu)橋梁的關(guān)鍵焊縫質(zhì)量控制和運(yùn)營期間的質(zhì)量控制提供了更加科學(xué)、合理、有效的手段。2）超聲衍射技術(shù)的二維和三維彩色成像技術(shù)，為鋼結(jié)構(gòu)橋梁的健康監(jiān)控，尤其是對焊縫缺陷的發(fā)展趨勢監(jiān)控提供了有效的檢測手段。3）由于超聲衍射技術(shù)的使用將減少甚至于取代射線源的使用，將降低擾民和輻射泄漏的可能性，并減少對周圍環(huán)境的影響。4）TOFD技術(shù)與超聲波相控陣采集的關(guān)鍵焊縫質(zhì)量數(shù)據(jù)將為團(tuán)泊新橋今后運(yùn)營過程中質(zhì)量監(jiān)控及橋梁壽命預(yù)測提供大量有效數(shù)據(jù)，從而提高管理效率，對節(jié)約國家建設(shè)資金、提高公路橋梁服務(wù)質(zhì)量具有積極意義，具有重大的綜合社會效益
