鋼結構無損檢測技術的分析
2013-03-20 來源：中國鳴網
鋼結構由于其強度高、自重輕、塑性及韌性好、抗震性能好、經濟效益顯著和符合綠色建筑要求等優(yōu)點，成為了21世紀建筑的發(fā)展方向，日益廣泛應用于各類建筑中，其安全性也越來越受到重視。而無損檢測技術在不損壞鋼結構構件的前提下可以對鋼結構進行全面快速檢測，并作出正確的評估，逐漸成為評估鋼結構安全性能的主要檢測技術。鑒于無損檢測技術在鋼結構安全性能檢測中的重要性，本文著重剖析目前主要的幾種鋼結構無損檢測技術方法的優(yōu)缺點及互補性，以及這些無損檢測技術在工程應用中的注意事項，并通過工程實例加以論證，希望能為同類型的鋼結構檢測提供一個參考。最后，本文提出鋼結構無損檢測技術的發(fā)展方向。
1、無損檢測技術概述
與混凝土結構和砌體結構相比，我國建筑工程鋼結構的檢驗測試技術最初是借鑒學習國內其他行業(yè)的先進檢測技術方法，如磁粉探傷方法、焊縫和鋼材的超聲波探傷方法、射線探傷方法以及滲透探傷方法等。而國內應用無損檢測技術對建筑鋼結構中進行檢測最初是開始深圳發(fā)展中心大廈，當時采用磁粉探傷和超聲波檢測對焊接鋼結構進行無損檢測，隨后，我國鋼結構的無損檢測技術隨著國內鋼結構建設的迅速發(fā)展而日益得到發(fā)展。從最初僅應用于鐵磁性鋼材的磁粉探傷和超聲波無損檢測技術，發(fā)展到可檢測跨度較大的對接焊縫和重要受力焊接點的射線檢測技術。最近，出現了超聲波相控陣無損檢測技術來對鋼結構焊接點的缺陷部位進行實時監(jiān)控檢測。下面就著重探討目前主要的幾種鋼結構無損檢測技術。
2、主要的無損檢測技術
2.1外觀檢查
外觀檢測可謂是鋼結構無損檢測技術最直接，最經濟且基本的檢測方法。外觀檢查主要就是直接用肉眼以及工程經驗來快捷判斷所觀測的鋼結構構建是否有明顯的質量問題，是屬于一種宏觀的檢測技術。這種檢測方法經常被用在檢查焊縫表面質量是否鋼結構焊接規(guī)范要求，快捷地判斷焊接表面裂紋、夾渣、氣孔、未熔合、咬邊等不允許缺陷。雖然外觀檢查這種檢測技術是最直接的檢測方法，但它需要檢測人員有豐富的工程經驗，要求必須能對所觀測的構件作出正確的評估，判斷某些構件是否需要采用檢測儀器做進一步檢測。因此外觀檢查雖然快捷，但它只能初步發(fā)現構件表面的缺陷，它必須與其它無損檢測技術相結合以進一步檢測構件內部質量。
2.2磁粉探傷檢測技術
磁粉探傷檢測技術原理是根據若鐵磁性材料表面存在缺陷，就會導致磁力線局部畸變而不連續(xù)，在通過光照下就可清晰地看到構件表面的缺陷，如裂紋等,從而達到了無損檢測的目的。磁粉探傷檢測技術目前主要應用于鋼結構構焊件檢測上,能快捷地檢測出焊件的表面諸如裂紋、咬邊、未焊透等缺陷（如圖1所示）,但要求檢測構件的焊縫厚度一般較小,焊縫厚度宜在8mm范圍內。
這種檢測技術由于其操作方便檢測速度快、靈敏度相當高，在檢測出微小裂紋方面優(yōu)勝于超聲波檢測和射線檢測,而且檢測成本相當低，從而其被廣泛應用于鐵磁性材料的鋼結構構件中。但對于大缺陷或圓形缺陷如氣孔等，就會使這種檢測技術的靈敏度下降，對于如裂紋那樣的薄料表面或者長細缺陷卻會使檢測技術的靈敏度升高，而對于平行于磁場的長細缺陷，筆者認為最好通過調整磁場方向以取兩個互相垂直方向。另一方面，正因為磁粉探傷檢測技術從本質上是根據磁力線是否畸變不連續(xù)而判斷構件是否有缺陷，因此被檢測的構件就必須是鐵磁性材料而不能用于檢測奧氏體鋼,否則無法用該技術檢測；同時,它只能檢測構件表面或者近表面的缺陷，至于構件的內部缺陷性質以及埋藏深度是無法得到檢測。
2.3超聲波檢測技術
對于厚度不大（小于8毫米）的板材或者曲率半徑較大的管材多采用磁粉探傷和滲透探傷，而厚度比較大的板材或者曲率半徑較小的管材則主要采用超聲波檢測技術進行鋼結構無損檢測。這種檢測技術的主要原理就是通過超聲波探傷設備發(fā)出縱波或橫波,若鋼構件存在缺陷就在該處反射超聲波，經過方法處理就可以在示波屏上顯示這些缺陷。因為超聲波能穿透構件表面，而且檢測靈敏度高，可以檢測出磁粉探傷等不能檢測的金屬表面及內部缺陷，因而，目前超聲波檢測技術方法主要應用于各種鋼管材、板材等鋼結構的無損檢測中，尤其重點應用于檢測構件的內部缺陷。
這種無損檢測技術的優(yōu)點在于成本不高，而且由于波速快使得檢測效率高且周期短，用小量儀器就可以精確地檢測出缺陷的位置。除了優(yōu)于檢測構件內部缺陷外，還勝于檢測金屬表面極微小的缺陷，如鋼主次梁的接頭位置等，而這些部位是射線檢測所無法檢測的。同其他無損檢測技術方法相比，超聲波檢測技術也存在自身的不足之處。這種檢測技術對材料表面粗糙度有要求，不適用于較粗糙表面的材料；而且超聲波反射回來的檢測圖像較復雜，探傷結果容易受到探傷人員工程經驗以及熟練程度影響而變化，必須有專業(yè)檢測人員且有熟練檢測技能才能對檢測圖像作出正確分析。根據筆者的檢測經驗,超聲波檢測技術不適于檢測焊縫氣孔,而且不易檢測出垂直于板厚方向的層間微裂紋缺陷。
2.4射線檢測技術
射線檢測技術是被廣泛應用的重要無損檢測技術之一,在許多規(guī)范與標準中均規(guī)定采用。這種檢測技術的主要原理是通過對被檢測構件發(fā)射X射線或者γ射線,經過材料吸收一定的輻射能后,X射線或γ射線的強度就會因其而衰減,再把衰減程度不同的射線投射到膠片上,經顯影后就可顯示材料內部厚度的變化與缺陷情況等,最后根據膠片上顯示的缺陷形狀、數量、大小等來判定缺陷的危害性和質量等級。
它與其他無損檢測方法相比,重要的優(yōu)點就在于圖像直觀地反映缺陷，因而可以確切地判斷缺陷類型等，相對超聲波檢測技術來說，它的可靠性較高；同時檢測結果圖像可以永久保留，以供以后檢查；再者,它能有效地檢測焊縫內部缺陷如砂眼、裂紋、氣孔、咬邊、非金屬夾雜、未焊透以及燒穿等。但射線檢測技術的最大不足之處就在于檢測設備較大,不利于攜帶；檢測成本較高、檢測周期也較長；而且發(fā)射的X射線或者γ射線都是對人體有害的,采用這種檢測技術的檢測人員必須采取有效的保護措施。
目前,射線檢測技術方法主要應用于檢測焊縫內部缺陷。尤其對于密閉性要求較高的鋼結構產品,例如壓力容器、鍋爐、大型船身等,都采用射線檢測技術來檢測焊縫質量。
3、工程實例
某鋼結構工程的無損檢測工作大體分為柱體縱環(huán)縫等五部分焊縫檢測，探傷長度達到6萬米，要求合理地運用鋼結構無損檢測技術進行準確的評估分析，而且要在規(guī)定工期內完成6萬米的檢測工作，預計平均每人每日大約需探傷長度約40-60米。
進行探傷檢測之前，先進行焊縫的外觀質量檢查，觀察是否存在明顯的焊縫缺陷。根據具體工程的檢測項目和要求，綜合考慮各種檢測技術，取長補短地合理應用這些檢測技術。利用超聲波檢測技術的優(yōu)勢來檢測層疊缺陷，至于構件表面缺陷主要采用磁粉探傷檢測技術，構件內部缺陷則采用射線方法檢測。因此，充分利用超聲波探傷優(yōu)于檢測金屬表面極微小的缺陷，采用該方法檢測牛腿/柱體角焊縫的兩面焊交界位置。暗梁、鋼梁、雙腹梁的焊接焊縫則按磁粉探傷檢測方法。通過以上所述的檢測方法安排，檢測結果以及檢測進度驗證了其正確性。
4、結語與展望
本文對幾種常用的鋼結構無損檢測技術進行系統的總結剖析,由此可知每種無損檢測技術都有其獨有的特點和使用的局限性。進行鋼結構無損檢測時必須根據各種檢測技術的適用范圍合理地選用，方可有效地作出正確的無損檢測評估。
除了常規(guī)的無損檢測技術外，相控陣和聲發(fā)射等無損檢測新技術也逐漸應用于高層鋼結構中。正因為鋼結構行業(yè)的蓬勃發(fā)展，筆者預測鋼構件材料物理力學性能的現場無損檢測技術、鋼構件應力的現場無損檢測技術和結構關鍵部位應力及損傷現場測試技術等是目前亟待發(fā)展的技術。同時隨著科學技術的快速發(fā)展,筆者相信新的鋼結構無損檢測技術將出現。
