鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的分析
2013-03-20 來(lái)源：中國(guó)鳴網(wǎng)
鋼結(jié)構(gòu)由于其強(qiáng)度高、自重輕、塑性及韌性好、抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益顯著和符合綠色建筑要求等優(yōu)點(diǎn)，成為了21世紀(jì)建筑的發(fā)展方向，日益廣泛應(yīng)用于各類建筑中，其安全性也越來(lái)越受到重視。而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在不損壞鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的前提下可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面快速檢測(cè)，并作出正確的評(píng)估，逐漸成為評(píng)估鋼結(jié)構(gòu)安全性能的主要檢測(cè)技術(shù)。鑒于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)安全性能檢測(cè)中的重要性，本文著重剖析目前主要的幾種鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及互補(bǔ)性，以及這些無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在工程應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，并通過(guò)工程實(shí)例加以論證，希望能為同類型的鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)提供一個(gè)參考。最后，本文提出鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。
1、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述
與混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)相比，我國(guó)建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)測(cè)試技術(shù)最初是借鑒學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)其他行業(yè)的先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)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(guó)內(nèi)應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)中進(jìn)行檢測(cè)最初是開(kāi)始深圳發(fā)展中心大廈，當(dāng)時(shí)采用磁粉探傷和超聲波檢測(cè)對(duì)焊接鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，隨后，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)隨著國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的迅速發(fā)展而日益得到發(fā)展。從最初僅應(yīng)用于鐵磁性鋼材的磁粉探傷和超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，發(fā)展到可檢測(cè)跨度較大的對(duì)接焊縫和重要受力焊接點(diǎn)的射線檢測(cè)技術(shù)。最近，出現(xiàn)了超聲波相控陣無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接點(diǎn)的缺陷部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)。下面就著重探討目前主要的幾種鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。
2、主要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
2.1外觀檢查
外觀檢測(cè)可謂是鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)最直接，最經(jīng)濟(jì)且基本的檢測(cè)方法。外觀檢查主要就是直接用肉眼以及工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)快捷判斷所觀測(cè)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建是否有明顯的質(zhì)量問(wèn)題，是屬于一種宏觀的檢測(cè)技術(shù)。這種檢測(cè)方法經(jīng)常被用在檢查焊縫表面質(zhì)量是否鋼結(jié)構(gòu)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(cè)技術(shù)是最直接的檢測(cè)方法，但它需要檢測(cè)人員有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，要求必須能對(duì)所觀測(cè)的構(gòu)件作出正確的評(píng)估，判斷某些構(gòu)件是否需要采用檢測(cè)儀器做進(jìn)一步檢測(cè)。因此外觀檢查雖然快捷，但它只能初步發(fā)現(xiàn)構(gòu)件表面的缺陷，它必須與其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合以進(jìn)一步檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部質(zhì)量。
2.2磁粉探傷檢測(cè)技術(shù)
磁粉探傷檢測(cè)技術(shù)原理是根據(jù)若鐵磁性材料表面存在缺陷，就會(huì)導(dǎo)致磁力線局部畸變而不連續(xù)，在通過(guò)光照下就可清晰地看到構(gòu)件表面的缺陷，如裂紋等,從而達(dá)到了無(wú)損檢測(cè)的目的。磁粉探傷檢測(cè)技術(shù)目前主要應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)焊件檢測(cè)上,能快捷地檢測(cè)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(cè)構(gòu)件的焊縫厚度一般較小,焊縫厚度宜在8mm范圍內(nèi)。
這種檢測(cè)技術(shù)由于其操作方便檢測(cè)速度快、靈敏度相當(dāng)高，在檢測(cè)出微小裂紋方面優(yōu)勝于超聲波檢測(cè)和射線檢測(cè),而且檢測(cè)成本相當(dāng)?shù)?，從而其被廣泛應(yīng)用于鐵磁性材料的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。但對(duì)于大缺陷或圓形缺陷如氣孔等，就會(huì)使這種檢測(cè)技術(shù)的靈敏度下降，對(duì)于如裂紋那樣的薄料表面或者長(zhǎng)細(xì)缺陷卻會(huì)使檢測(cè)技術(shù)的靈敏度升高，而對(duì)于平行于磁場(chǎng)的長(zhǎng)細(xì)缺陷，筆者認(rèn)為最好通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)方向以取兩個(gè)互相垂直方向。另一方面，正因?yàn)榇欧厶絺麢z測(cè)技術(shù)從本質(zhì)上是根據(jù)磁力線是否畸變不連續(xù)而判斷構(gòu)件是否有缺陷，因此被檢測(cè)的構(gòu)件就必須是鐵磁性材料而不能用于檢測(cè)奧氏體鋼,否則無(wú)法用該技術(shù)檢測(cè)；同時(shí),它只能檢測(cè)構(gòu)件表面或者近表面的缺陷，至于構(gòu)件的內(nèi)部缺陷性質(zhì)以及埋藏深度是無(wú)法得到檢測(cè)。
2.3超聲波檢測(cè)技術(shù)
對(duì)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(cè)技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)。這種檢測(cè)技術(shù)的主要原理就是通過(guò)超聲波探傷設(shè)備發(fā)出縱波或橫波,若鋼構(gòu)件存在缺陷就在該處反射超聲波，經(jīng)過(guò)方法處理就可以在示波屏上顯示這些缺陷。因?yàn)槌暡艽┩笜?gòu)件表面，而且檢測(cè)靈敏度高，可以檢測(cè)出磁粉探傷等不能檢測(cè)的金屬表面及內(nèi)部缺陷，因而，目前超聲波檢測(cè)技術(shù)方法主要應(yīng)用于各種鋼管材、板材等鋼結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)中，尤其重點(diǎn)應(yīng)用于檢測(cè)構(gòu)件的內(nèi)部缺陷。
這種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于成本不高，而且由于波速快使得檢測(cè)效率高且周期短，用小量?jī)x器就可以精確地檢測(cè)出缺陷的位置。除了優(yōu)于檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部缺陷外，還勝于檢測(cè)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(cè)所無(wú)法檢測(cè)的。同其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法相比，超聲波檢測(cè)技術(shù)也存在自身的不足之處。這種檢測(cè)技術(shù)對(duì)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(lái)的檢測(cè)圖像較復(fù)雜，探傷結(jié)果容易受到探傷人員工程經(jīng)驗(yàn)以及熟練程度影響而變化，必須有專業(yè)檢測(cè)人員且有熟練檢測(cè)技能才能對(duì)檢測(cè)圖像作出正確分析。根據(jù)筆者的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn),超聲波檢測(cè)技術(shù)不適于檢測(cè)焊縫氣孔,而且不易檢測(cè)出垂直于板厚方向的層間微裂紋缺陷。
2.4射線檢測(cè)技術(shù)
射線檢測(cè)技術(shù)是被廣泛應(yīng)用的重要無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一,在許多規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定采用。這種檢測(cè)技術(shù)的主要原理是通過(guò)對(duì)被檢測(cè)構(gòu)件發(fā)射X射線或者γ射線,經(jīng)過(guò)材料吸收一定的輻射能后,X射線或γ射線的強(qiáng)度就會(huì)因其而衰減,再把衰減程度不同的射線投射到膠片上,經(jīng)顯影后就可顯示材料內(nèi)部厚度的變化與缺陷情況等,最后根據(jù)膠片上顯示的缺陷形狀、數(shù)量、大小等來(lái)判定缺陷的危害性和質(zhì)量等級(jí)。
它與其他無(wú)損檢測(cè)方法相比,重要的優(yōu)點(diǎn)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(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，它的可靠性較高；同時(shí)檢測(cè)結(jié)果圖像可以永久保留，以供以后檢查；再者,它能有效地檢測(cè)焊縫內(nèi)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(cè)技術(shù)的最大不足之處就在于檢測(cè)設(shè)備較大,不利于攜帶；檢測(cè)成本較高、檢測(cè)周期也較長(zhǎng)；而且發(fā)射的X射線或者γ射線都是對(duì)人體有害的,采用這種檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)人員必須采取有效的保護(hù)措施。
目前,射線檢測(cè)技術(shù)方法主要應(yīng)用于檢測(cè)焊縫內(nèi)部缺陷。尤其對(duì)于密閉性要求較高的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品,例如壓力容器、鍋爐、大型船身等,都采用射線檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)焊縫質(zhì)量。
3、工程實(shí)例
某鋼結(jié)構(gòu)工程的無(wú)損檢測(cè)工作大體分為柱體縱環(huán)縫等五部分焊縫檢測(cè)，探傷長(zhǎng)度達(dá)到6萬(wàn)米，要求合理地運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估分析，而且要在規(guī)定工期內(nèi)完成6萬(wàn)米的檢測(cè)工作，預(yù)計(jì)平均每人每日大約需探傷長(zhǎng)度約40-60米。
進(jìn)行探傷檢測(cè)之前，先進(jìn)行焊縫的外觀質(zhì)量檢查，觀察是否存在明顯的焊縫缺陷。根據(jù)具體工程的檢測(cè)項(xiàng)目和要求，綜合考慮各種檢測(cè)技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短地合理應(yīng)用這些檢測(cè)技術(shù)。利用超聲波檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)檢測(cè)層疊缺陷，至于構(gòu)件表面缺陷主要采用磁粉探傷檢測(cè)技術(shù)，構(gòu)件內(nèi)部缺陷則采用射線方法檢測(cè)。因此，充分利用超聲波探傷優(yōu)于檢測(cè)金屬表面極微小的缺陷，采用該方法檢測(cè)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(cè)方法。通過(guò)以上所述的檢測(cè)方法安排，檢測(cè)結(jié)果以及檢測(cè)進(jìn)度驗(yàn)證了其正確性。
4、結(jié)語(yǔ)與展望
本文對(duì)幾種常用的鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)剖析,由此可知每種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)都有其獨(dú)有的特點(diǎn)和使用的局限性。進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)時(shí)必須根據(jù)各種檢測(cè)技術(shù)的適用范圍合理地選用，方可有效地作出正確的無(wú)損檢測(cè)評(píng)估。
除了常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)外，相控陣和聲發(fā)射等無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)也逐漸應(yīng)用于高層鋼結(jié)構(gòu)中。正因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，筆者預(yù)測(cè)鋼構(gòu)件材料物理力學(xué)性能的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、鋼構(gòu)件應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)力及損傷現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)等是目前亟待發(fā)展的技術(shù)。同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,筆者相信新的鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將出現(xiàn)。
