史继红，赵九峰,2，仝沛源，唐 瑞
(1.河南省特种设备安全检测研究院，河南 郑州 450000；
2.航空经济发展河南省协同创新中心，河南 郑州 450046；
3.成都天府华侨城实业发展有限公司 欢乐谷旅游分公司，四川 成都 610036)
大型游乐设施是一种涉及人民群众安全、危险性较大的特种设备，它常用的连接方式为焊接和螺栓连接，其中焊接结构占主导地位[1]。为了确保焊接结构在设备运行过程中的安全性和可靠性，焊缝的质量和焊缝检验就显得格外重要。重要焊缝开裂、焊接失效，往往直接或间接地导致整个结构的失效，给乘客生命和财产安全造成极大的危害[2]。
《大型游乐设施安全规范》(以下简称“规范”)实施多年，但其专业性较强，若技术人员对规范的理解存在偏差，就容易产生误判，进而影响焊缝的检测。为了确保大型游乐设施焊接结构在制造和使用过程中的安全性，笔者介绍了游乐设施常用的焊缝形式、焊缝分级方法以及不同等级焊缝的检验要求，对游乐设施的安全运行具有重要指导意义。
两个焊件焊接后，熔化的母材和焊材组成的区域称为焊缝。游乐设施焊缝有两种基本形式：对接焊缝和角焊缝[3]。
两个焊件的焊接结合面构成直角或接近直角，焊接金属直接填充在直角或斜角区域内形成的焊缝称为角焊缝。角焊缝是一种应用相当广泛的焊缝形式，游乐设施钢结构焊接中，角焊缝的数量占全体焊缝总数的80%以上[4]。
两个焊件的坡口面之间或一个焊件的坡口面与另一焊件端(表)面之间形成的焊缝称为对接焊缝[5]。对接焊缝的显著特征是在焊接件上开坡口，因此对接焊缝又称为坡口焊缝[5]。
角焊缝与对接焊缝区别，如图1所示。
图1 角焊缝与对接焊缝区别
T型对接焊缝和角接组合焊缝属于对接焊缝[6]，如图2所示。T型对接焊缝-焊接端面与另一焊接表面呈直角或近似直角。
图2 T型对接焊缝和角接组合焊缝
2.1 焊缝分级
依据焊缝形式和力学特性分析焊缝失效的可能性，分析是否直接涉及乘客的安全，分析焊缝失效后果的严重性。依据焊缝失效后的可能性、严重性等因素进行科学分析和风险评价，然后对焊缝进行分级[7]。
大型游乐设施的焊缝分为4个等级，焊缝分级表如表1所列。
表1 焊缝分级
以大型游乐设施Ⅰ级焊缝为例进行说明，如果判定为Ⅰ级焊缝，需要满足4个条件。
(1) 该焊缝是否直接涉及人身安全，即该焊缝失效后是否会引起设备坍塌、折断以及乘客是否存在跌落和被甩出的风险，因此排除掉设备上的横撑、斜撑、筋板上的焊缝，以及站台和维修台部位的焊缝。
(2) 该焊缝是否承受拉力，如果没有承受拉力就排除掉了所有承受压力和剪切力的焊缝，如大型设备柱脚部位的焊缝。
(3) 拉力是否垂直于焊缝方向，如果承受拉力，但拉力的方向和焊缝方向一致，可在连接处改变焊接接口形式，采取较为合理的连接方式，以提高焊缝可靠性，降低焊缝等级。
(4) 是否为对接焊缝或T型对接焊缝和角接组合焊缝，判断为是就排除掉所有的角焊缝，也就是说，角焊缝的最高等级为Ⅱ级焊缝。
2.2 重要焊缝
大型游乐设施结构上直接涉及人身安全的焊缝才是重要焊缝，因此把Ⅰ、Ⅱ级焊缝定义为重要焊缝[7]。
将典型大型游乐设施重要焊缝的相关信息汇总或表，如表2所列。
表2 典型大型游乐设施重要焊缝汇总表
续表2 典型大型游乐设施重要焊缝汇总表
大型游乐设施焊缝检测分为：目视检测、表面无损检测和内部无损检测，通常采用磁粉、渗透、超声和射线4种无损检测手段[14]。
(1) 目视检测：目视检测是大型游乐设施最常用也是最直接的检测方法。把焊缝上的污垢擦拭干净后，仅凭肉眼查看是否有宏观裂纹、气孔、夹渣和咬边等焊缝缺陷，必要时借助放大镜、内窥镜等进行观测，同时借助工具，如焊缝检测尺，测量焊缝的高度、长度等参数[15]。
(2) 表面无损检测：游乐设施常用的表面无损检测方法为磁粉检测和渗透检测[2]。游乐设施钢结构件的主要材质是碳素钢，是铁磁性材料，焊缝部位磁化后，如果焊缝表面或近表面存在缺陷，缺陷处会吸引磁粉，这样检验人员便可轻易地观测到焊缝的细微缺陷[16]。游乐设施上还存在一些非铁磁性材料，如有些游乐设施的座椅、安全压杠采用的奥氏体不锈钢，磁粉检测不适用，这时就需要采用渗透检测。渗透检测是在焊缝表面涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后，渗透液渗入焊缝缺陷中，擦除焊缝表面的渗透液，用显像剂显示出焊缝缺陷[17]。
(3) 内部无损检测：游乐设施常用的内部无损检测方法主要为超声检测和射线检测[2]。超声检测是向焊缝部位发射超声波，如果遇到异质界面，如焊缝内部缺陷，就会产生反射现象，根据反射回来的回波检测缺陷[14]。射线检测主要是利用强度均匀的射线照射焊缝，如果存在缺陷，射线会产生衰减并记录在
胶片上，根据胶片上黑白影像探测焊缝内部缺陷。射线检测在游乐设施上应用较少，仅在滑行类游乐设施，如过山车的轨道采用[18]。
大型游乐设施根据不同的焊缝等级，执行相应比例的无损检测等。焊缝的检测要求，如表3所列。
表3 焊缝检测要求
在科学技术高速发展的今天，游乐设施向着速度更快、高度更高的方向发展，钢结构凭借着自重轻、强度高以及塑性好的优势，在大型游乐设施中得到了广泛的应用。焊缝的分级和检验关系到大型游乐设施钢结构的可靠性和乘客的安全性，一旦对规范产生理解偏差，会影响焊接质量并埋下安全隐患。文中对角焊缝和对接焊缝进行了重点介绍，并依据风险评价对焊缝进行分级，不同的焊缝分级对其进行不同比例的无损检验。其研究结果可为大型游乐设施结构设计、制造和现场检验提供参考。
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