建筑鋼結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)的應(yīng)用探析

趙樹勃

中交二公局 陜西西安 710065

隨著人們對于建筑跨度及空間要求的日益提升，城市中高層巨型建筑物的數(shù)量實現(xiàn)了顯著增長，也對建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量帶來了一定調(diào)整。將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)施工之中，可以實現(xiàn)良好的質(zhì)量控制效果，有利于建立對于建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的高效管控，以推動我國建筑行業(yè)的穩(wěn)定持久發(fā)展。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)狀

隨著國家支持力度的不斷提升和建筑行業(yè)市場需求量的日益擴(kuò)大，使得我國的鋼結(jié)構(gòu)工程呈現(xiàn)出十分迅猛的發(fā)展趨勢，并逐漸演變?yōu)榻ㄖ袠I(yè)之中的“朝陽產(chǎn)業(yè)”。在此背景下，鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的數(shù)量逐年增長，然而由于缺乏專業(yè)的技術(shù)人員，導(dǎo)致難以針對工程實施高效的質(zhì)量控制，在此背景下，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的不合理現(xiàn)象十分突出，也相應(yīng)帶來了許多突出的質(zhì)量事故隱患，為企業(yè)帶來了許多不必要的經(jīng)濟(jì)損失，對我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重限制。

2 無損檢測概述及其方法的重要性

2.1 無損檢測概述

無損檢測，也即充分利用多種不同的技術(shù)手段，在不影響被檢對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組織及效用的基礎(chǔ)上，建立對于探測、定位、評價及測量全程中缺陷問題的深刻認(rèn)知，以實現(xiàn)對于被檢對象完整性、成分及結(jié)構(gòu)的高效評估，針對結(jié)構(gòu)特征展開細(xì)致測量，并據(jù)此展開對于材料和零件的檢驗。

2.2 無損檢測方法的重要性

一般而言，模擬實驗是針對建筑鋼結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)材質(zhì)及規(guī)格所實施的模擬演練，對鋼結(jié)構(gòu)在正常狀態(tài)下的工作情況展開有效模擬，并結(jié)合這一內(nèi)容，建立對于建筑鋼結(jié)構(gòu)運行情況的細(xì)致分析，采取科學(xué)的手段和合理的評價模式，明確建筑鋼結(jié)構(gòu)運行的安全性及可靠性狀態(tài)。通過模擬實驗的形式，可以展開對于建筑鋼結(jié)構(gòu)整體性能的定量化評價，然而，由于此過程中所需消耗的成本相對較高，且實驗的周期較長，實驗工藝過于復(fù)雜，對實驗檢測過程的效果造成了一定限制。

破壞性實驗是借助破壞性的手段實現(xiàn)對于各類抽樣試件中性能和指標(biāo)的測試，并針對實驗過程展開細(xì)致觀察的一種實驗類型。通過破壞性實驗所得出的結(jié)果，其精確度可以得到有效保障，誤差一般較小，且結(jié)果的直觀性較好，不會出現(xiàn)過大的爭議。然而，破壞性實驗往往只能在抽樣階段進(jìn)行運用，而難以實現(xiàn)對于全部工件的實驗操作，為此，一般難以針對破壞性實驗確定具有綜合性的結(jié)論。

依托于無損檢測的方法，可以建立對于原材料及構(gòu)件的全方位檢測，在此過程中無需消耗過多的經(jīng)濟(jì)成本。一般借助焊接的形式實現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)連接，一旦在焊接過程中出現(xiàn)了質(zhì)量問題，便會對工程的整體質(zhì)量造成嚴(yán)重影響?；诖?，我國鋼結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的專家學(xué)者針對2008年汶川大地震中的鋼結(jié)構(gòu)工程問題展開了系統(tǒng)的研究工作，研究結(jié)果表明：第一，一旦鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞，則一般表現(xiàn)為框架節(jié)點區(qū)梁柱焊接結(jié)構(gòu)損壞和豎向支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差兩種類型；第二，相關(guān)專家以此為依托展開分析，并研究出了導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)質(zhì)量問題的關(guān)鍵性原因，將焊縫質(zhì)量問題概括為內(nèi)部缺陷、外觀缺陷、表面及近表面缺陷、焊縫尺寸缺陷等多種不同形式。

3 常用無損檢測方法的原理、適用范圍及優(yōu)缺點

3.1 滲透檢測

滲透檢測又被成為液體滲透檢測，其檢測原理如下：針對毛細(xì)管現(xiàn)象展開細(xì)致分析，并據(jù)此實現(xiàn)對于非多孔性固定材料的檢測，通過高效的表面檢測結(jié)果，判斷材料開口位置處的缺陷情況，是一種十分典型的無損檢測方法。此方法一般以毛細(xì)管形式為主要結(jié)構(gòu)，借助毛細(xì)管促進(jìn)滲透液在工件表面的滲透，以爭取良好的缺陷檢驗效果，建立對于工件表面開口位置處缺陷情況的明確了解。同時，依托于去除劑的形式，將位于工件外表面中的多余滲透液進(jìn)行清除。在此之后，在所檢測部件的外表面位置處進(jìn)行顯像劑噴涂。依托于毛細(xì)管作用，實現(xiàn)對于缺陷位置滲透液的良好吸附效果，并將其在部件的外表面位置予以展示。

常見的滲透檢測方法通常包括著色滲透檢驗和熒光滲透檢驗兩種形式，滲透檢測可以針對表面疏松、折疊、裂紋及冷隔等多種類型的缺陷予以檢測?，F(xiàn)階段，滲透檢驗已經(jīng)在玻璃制品、鐵磁性鍛件、焊接件、機(jī)器加工件及塑料制品中得到了廣泛應(yīng)用。至于建筑鋼結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，則一般將滲透檢測用于焊接件、鍛件、機(jī)柱件等多種結(jié)構(gòu)的表面開口缺陷檢測。無論是在檢測流程還是檢測控制方面，滲透檢驗的操作都較為容易。在進(jìn)行滲透檢測時，所選用的設(shè)備也具有一定的靈活性，既可以選擇簡單容器組合的形式，也可以采取機(jī)械控制的形式，借助自動處理系統(tǒng)予以檢測。

滲透檢測具有良好的直觀性，同時，檢測操作流程一般十分簡捷，可以發(fā)揮出良好的靈敏度優(yōu)勢，即使是開口直徑在1μm左右的裂紋，借助滲透檢測的形式也可以予以精準(zhǔn)檢測。然而，同時也具有一定的缺陷，例如，只能針對結(jié)構(gòu)的表面開口處進(jìn)行檢驗。同時，如果鋼結(jié)構(gòu)的表面較為粗糙或孔隙較大，則可能會出現(xiàn)一定的附加背景，表面狀況與最小可檢測缺欠尺寸有直接關(guān)系。針對光滑的外表面予以檢測，一般可以據(jù)此得出最佳的檢測結(jié)果，而針對表面質(zhì)地較為粗糙的材料予以檢測，則可以建立具有非相關(guān)顯示的表面結(jié)構(gòu)，同時，降低其可探測性。最后，在滲透檢測過程中，可能由于檢測操作而對構(gòu)件和環(huán)境造成不同程度的污染，不具備良好的環(huán)保性能。

3.2 磁粉檢測

主要原理是結(jié)合缺陷位置處磁粉和漏磁場的相互作用，確定鐵磁性材料近表面和表面位置處的缺陷情況，是一種較為常見的無損檢測方法。首先對被檢構(gòu)件或材料進(jìn)行磁化處理，為確保檢測出所有方位上的缺欠，要求將焊縫的最大偏差角調(diào)整為30°，需要在幾近垂直的方向上實施磁化操作，同時，應(yīng)盡量避免發(fā)生某個單一磁場方向上的磁化反應(yīng)。一旦被檢材料或構(gòu)件受到了磁化作用，則可能因為表面或外表面位置處的缺陷而對磁場的連續(xù)性造成影響，出現(xiàn)漏磁場。在漏磁場的影響下可能會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的質(zhì)量缺陷。在漏磁場位置發(fā)生聚集作用，產(chǎn)生外表面磁痕，并據(jù)此檢測出磁痕的具體跡象。通過磁痕的指示作用，可以明確缺陷所處的位置和缺陷的規(guī)格及嚴(yán)重程度，在工件外表面進(jìn)行磁粉添加，既可以是干磁粉的形式，也可以為濕磁粉。

通過磁粉檢測，可以檢測出下述缺陷問題：鋼結(jié)構(gòu)疏松、冷隔、折疊、分層及焊縫未充分焊透等。在磁粉檢測過程中常常表現(xiàn)出直觀性的突出優(yōu)點，且檢測結(jié)果的靈敏度相對較高，具有十分廣泛的檢測范圍，即使是針對開口小至微米級的裂紋，也可以通過磁粉檢測的方式予以檢測，同時檢測設(shè)備一般較為簡單，操作便捷，且檢測過程中無需消耗過多的成本。然而，此種檢測方法也仍然具有一定局限性，例如，只能針對鐵磁性材料的外表面及近表面位置處予以檢測，也因此限制了非鐵磁性材料檢測工作的穩(wěn)步開展。除此之外，在實施磁粉檢測時，要求將其安排在容易產(chǎn)生缺陷的工序之后，確保在結(jié)束結(jié)構(gòu)表面處理后方可執(zhí)行磁粉檢測；有再熱裂紋傾向的材料應(yīng)在熱處理后重新檢測，在進(jìn)行磁粉檢測后，需要針對探傷過程實現(xiàn)對于被檢件的退磁處理。

3.3 射線照相檢測

按照透入射線吸收程度確定零件中的內(nèi)部缺陷情況，是一種十分重要的無損檢測方法。由于受到零件結(jié)構(gòu)密度及厚度差異的影響，可能由于零件結(jié)構(gòu)成分發(fā)生變化而出現(xiàn)不同程度的吸收差異，并由零件的不同部位進(jìn)行射線吸收。可以借助專用底片的形式實現(xiàn)對于試件中射線的充分記錄，并鑒別出其中黑度不同的影像信息。需要結(jié)合底片影像信息確定相應(yīng)的缺陷性質(zhì)、規(guī)格和分布情況。

通常可以借助射線照相檢測方法展開對于體積型缺陷的有效檢測，以建立對零件氣孔、夾雜及疏松狀態(tài)等信息的全面認(rèn)知，同時，也可以針對零件的裂紋狀態(tài)、焊透和熔合狀態(tài)進(jìn)行有效檢測。在工業(yè)生產(chǎn)中，通常使用x、y或中子射線的形式予以檢測，其中尤以x射線的應(yīng)用頻率最高。在檢測過程中的常用管電壓普遍在450KV以內(nèi)，且可檢測鋼件的最大厚度值可以維持在70″～80mm區(qū)間內(nèi)；利用加速器的形式進(jìn)行射線源檢測，可以據(jù)此獲取高兆數(shù)的電子伏射線，其鋼件檢測厚度一般可以達(dá)到500″～600mm。

結(jié)合射線照相檢測技術(shù)予以檢驗，可以充分檢測出工件內(nèi)部中的各類缺陷，檢測結(jié)果具有一定的直觀性，且不會因零件材料、外觀尺寸和形狀等因素而對檢測對象造成過大的影響。然而，在實際檢測過程中，可能由于三維結(jié)構(gòu)和二維成像而造成缺陷重疊嚴(yán)重的問題，同時如果射線數(shù)和被檢裂紋取向之間的夾角低于10°，則很難檢測出其中的缺陷。此外，由于射線自身的輻射生物效應(yīng)可能對人體造成不同程度的損傷，要求通過嚴(yán)密的防護(hù)手段予以管控，需要消耗大量的檢測成本。

3.4 超聲檢測

在某種介質(zhì)中傳播時，超聲波會發(fā)生反射，超聲檢測，也即利用超聲波的反射特性進(jìn)行無損缺陷檢測。借助對超聲波和反射回波的分析，可以確定被檢件的實際缺陷情況，并據(jù)此確定相應(yīng)缺陷的嚴(yán)重程度。隨著形成界面材料物理狀態(tài)的變化，超聲波的反射程度也會出現(xiàn)不同程度的變化，而材料的物理性能則不會對超聲波的反射長度造成過大的影響。

一般而言，反射界面中的發(fā)紋、分層級裂紋等缺陷的檢測難度相對較低，同時在部分反射和散射及其他可檢效應(yīng)的綜合影響下，也可以順利檢測出夾雜和其他不均勻的問題。可以借助脈沖回波法和超聲穿透法等不同檢測方法進(jìn)行檢測，其中以前者的應(yīng)用范圍最廣。

借助超聲檢測方式，展開對鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測，具有一定的可推廣性，可以同時適用于多種材料及制件的檢測，也可以針對厚度較大的鋼部件予以檢測，實現(xiàn)對于缺陷的精準(zhǔn)化定位，同時由于設(shè)備的質(zhì)量較輕，方便攜帶，可以用于現(xiàn)場檢測。然而，此類方法在運用時存在一定的限制，由于盲區(qū)的存在導(dǎo)致無法針對結(jié)構(gòu)表面和近表面位置處缺陷予以檢測。同時，由于試件的形狀相對較為復(fù)雜，可能影響檢測過程的可操作性。最后，需要有明確的參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照，也對檢測者的經(jīng)驗性提出了更高的要求。

4 結(jié)語

總之，實施建筑鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)，要提高對于材料特性及結(jié)構(gòu)實際性能的關(guān)注，分析檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求及其使用功能、工藝工法的缺陷類型及位置，其次要結(jié)合其受力情況、規(guī)格、檢測成本等多種因素，確定最為契合的無損檢測方法。為此，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合具體的規(guī)范確定無損檢測的方法和相應(yīng)的合格等級，并針對無損檢測方法和合格等級作出清晰明確的要求，以促進(jìn)質(zhì)量檢測質(zhì)量提升。