钢结构无损检测技术的分析
2013-03-20 来源：中国鸣网
钢结构由于其强度高、自重轻、塑性及韧性好、抗震性能好、经济效益显著和符合绿色建筑要求等优点，成为了21世纪建筑的发展方向，日益广泛应用于各类建筑中，其安全性也越来越受到重视。而无损检测技术在不损坏钢结构构件的前提下可以对钢结构进行全面快速检测，并作出正确的评估，逐渐成为评估钢结构安全性能的主要检测技术。鉴于无损检测技术在钢结构安全性能检测中的重要性，本文着重剖析目前主要的几种钢结构无损检测技术方法的优缺点及互补性，以及这些无损检测技术在工程应用中的注意事项，并通过工程实例加以论证，希望能为同类型的钢结构检测提供一个参考。最后，本文提出钢结构无损检测技术的发展方向。
1、无损检测技术概述
与混凝土结构和砌体结构相比，我国建筑工程钢结构的检验测试技术最初是借鉴学习国内其他行业的先进检测技术方法，如磁粉探伤方法、焊缝和钢材的超声波探伤方法、射线探伤方法以及渗透探伤方法等。而国内应用无损检测技术对建筑钢结构中进行检测最初是开始深圳发展中心大厦，当时采用磁粉探伤和超声波检测对焊接钢结构进行无损检测，随后，我国钢结构的无损检测技术随着国内钢结构建设的迅速发展而日益得到发展。从最初仅应用于铁磁性钢材的磁粉探伤和超声波无损检测技术，发展到可检测跨度较大的对接焊缝和重要受力焊接点的射线检测技术。最近，出现了超声波相控阵无损检测技术来对钢结构焊接点的缺陷部位进行实时监控检测。下面就着重探讨目前主要的几种钢结构无损检测技术。
2、主要的无损检测技术
2.1外观检查
外观检测可谓是钢结构无损检测技术最直接，最经济且基本的检测方法。外观检查主要就是直接用肉眼以及工程经验来快捷判断所观测的钢结构构建是否有明显的质量问题，是属于一种宏观的检测技术。这种检测方法经常被用在检查焊缝表面质量是否钢结构焊接规范要求，快捷地判断焊接表面裂纹、夹渣、气孔、未熔合、咬边等不允许缺陷。虽然外观检查这种检测技术是最直接的检测方法，但它需要检测人员有丰富的工程经验，要求必须能对所观测的构件作出正确的评估，判断某些构件是否需要采用检测仪器做进一步检测。因此外观检查虽然快捷，但它只能初步发现构件表面的缺陷，它必须与其它无损检测技术相结合以进一步检测构件内部质量。
2.2磁粉探伤检测技术
磁粉探伤检测技术原理是根据若铁磁性材料表面存在缺陷，就会导致磁力线局部畸变而不连续，在通过光照下就可清晰地看到构件表面的缺陷，如裂纹等,从而达到了无损检测的目的。磁粉探伤检测技术目前主要应用于钢结构构焊件检测上,能快捷地检测出焊件的表面诸如裂纹、咬边、未焊透等缺陷（如图1所示）,但要求检测构件的焊缝厚度一般较小,焊缝厚度宜在8mm范围内。
这种检测技术由于其操作方便检测速度快、灵敏度相当高，在检测出微小裂纹方面优胜于超声波检测和射线检测,而且检测成本相当低，从而其被广泛应用于铁磁性材料的钢结构构件中。但对于大缺陷或圆形缺陷如气孔等，就会使这种检测技术的灵敏度下降，对于如裂纹那样的薄料表面或者长细缺陷却会使检测技术的灵敏度升高，而对于平行于磁场的长细缺陷，笔者认为最好通过调整磁场方向以取两个互相垂直方向。另一方面，正因为磁粉探伤检测技术从本质上是根据磁力线是否畸变不连续而判断构件是否有缺陷，因此被检测的构件就必须是铁磁性材料而不能用于检测奥氏体钢,否则无法用该技术检测；同时,它只能检测构件表面或者近表面的缺陷，至于构件的内部缺陷性质以及埋藏深度是无法得到检测。
2.3超声波检测技术
对于厚度不大（小于8毫米）的板材或者曲率半径较大的管材多采用磁粉探伤和渗透探伤，而厚度比较大的板材或者曲率半径较小的管材则主要采用超声波检测技术进行钢结构无损检测。这种检测技术的主要原理就是通过超声波探伤设备发出纵波或横波,若钢构件存在缺陷就在该处反射超声波，经过方法处理就可以在示波屏上显示这些缺陷。因为超声波能穿透构件表面，而且检测灵敏度高，可以检测出磁粉探伤等不能检测的金属表面及内部缺陷，因而，目前超声波检测技术方法主要应用于各种钢管材、板材等钢结构的无损检测中，尤其重点应用于检测构件的内部缺陷。
这种无损检测技术的优点在于成本不高，而且由于波速快使得检测效率高且周期短，用小量仪器就可以精确地检测出缺陷的位置。除了优于检测构件内部缺陷外，还胜于检测金属表面极微小的缺陷，如钢主次梁的接头位置等，而这些部位是射线检测所无法检测的。同其他无损检测技术方法相比，超声波检测技术也存在自身的不足之处。这种检测技术对材料表面粗糙度有要求，不适用于较粗糙表面的材料；而且超声波反射回来的检测图像较复杂，探伤结果容易受到探伤人员工程经验以及熟练程度影响而变化，必须有专业检测人员且有熟练检测技能才能对检测图像作出正确分析。根据笔者的检测经验,超声波检测技术不适于检测焊缝气孔,而且不易检测出垂直于板厚方向的层间微裂纹缺陷。
2.4射线检测技术
射线检测技术是被广泛应用的重要无损检测技术之一,在许多规范与标准中均规定采用。这种检测技术的主要原理是通过对被检测构件发射X射线或者γ射线,经过材料吸收一定的辐射能后,X射线或γ射线的强度就会因其而衰减,再把衰减程度不同的射线投射到胶片上,经显影后就可显示材料内部厚度的变化与缺陷情况等,最后根据胶片上显示的缺陷形状、数量、大小等来判定缺陷的危害性和质量等级。
它与其他无损检测方法相比,重要的优点就在于图像直观地反映缺陷，因而可以确切地判断缺陷类型等，相对超声波检测技术来说，它的可靠性较高；同时检测结果图像可以永久保留，以供以后检查；再者,它能有效地检测焊缝内部缺陷如砂眼、裂纹、气孔、咬边、非金属夹杂、未焊透以及烧穿等。但射线检测技术的最大不足之处就在于检测设备较大,不利于携带；检测成本较高、检测周期也较长；而且发射的X射线或者γ射线都是对人体有害的,采用这种检测技术的检测人员必须采取有效的保护措施。
目前,射线检测技术方法主要应用于检测焊缝内部缺陷。尤其对于密闭性要求较高的钢结构产品,例如压力容器、锅炉、大型船身等,都采用射线检测技术来检测焊缝质量。
3、工程实例
某钢结构工程的无损检测工作大体分为柱体纵环缝等五部分焊缝检测，探伤长度达到6万米，要求合理地运用钢结构无损检测技术进行准确的评估分析，而且要在规定工期内完成6万米的检测工作，预计平均每人每日大约需探伤长度约40-60米。
进行探伤检测之前，先进行焊缝的外观质量检查，观察是否存在明显的焊缝缺陷。根据具体工程的检测项目和要求，综合考虑各种检测技术，取长补短地合理应用这些检测技术。利用超声波检测技术的优势来检测层叠缺陷，至于构件表面缺陷主要采用磁粉探伤检测技术，构件内部缺陷则采用射线方法检测。因此，充分利用超声波探伤优于检测金属表面极微小的缺陷，采用该方法检测牛腿/柱体角焊缝的两面焊交界位置。暗梁、钢梁、双腹梁的焊接焊缝则按磁粉探伤检测方法。通过以上所述的检测方法安排，检测结果以及检测进度验证了其正确性。
4、结语与展望
本文对几种常用的钢结构无损检测技术进行系统的总结剖析,由此可知每种无损检测技术都有其独有的特点和使用的局限性。进行钢结构无损检测时必须根据各种检测技术的适用范围合理地选用，方可有效地作出正确的无损检测评估。
除了常规的无损检测技术外，相控阵和声发射等无损检测新技术也逐渐应用于高层钢结构中。正因为钢结构行业的蓬勃发展，笔者预测钢构件材料物理力学性能的现场无损检测技术、钢构件应力的现场无损检测技术和结构关键部位应力及损伤现场测试技术等是目前亟待发展的技术。同时随着科学技术的快速发展,笔者相信新的钢结构无损检测技术将出现。
