鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用探討

武建鵬

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的基本論述

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)如下：①鋼結(jié)構(gòu)建筑有著較為均勻的鋼材質(zhì)，在實(shí)際施工中對(duì)精確度要求較高，誤差控制嚴(yán)格，有著較高的彈性模量，是一種高質(zhì)量材料。②鋼材的塑性和韌性較好，應(yīng)用于建筑工程中能夠均衡內(nèi)部空間受力情況，能夠避免荷載過(guò)大出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。在鋼結(jié)構(gòu)中，鋼構(gòu)件占用的面積較小能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)總體質(zhì)量降低，能夠?qū)⒌鼗鶋毫p小，有助于安全性能的提升。③在大型建筑群中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省成本和施工時(shí)間，尤其是在工業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)后該優(yōu)勢(shì)尤其明顯。在鋼結(jié)構(gòu)安裝中，焊接無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)內(nèi)部問(wèn)題進(jìn)行立體化查找，能夠?qū)⑹┕ぶ械娘L(fēng)險(xiǎn)排除，有助于施工水平的提升[1]。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接的常見(jiàn)不足

鋼結(jié)構(gòu)焊接對(duì)溫度要求較高，焊縫周圍的熱影響區(qū)內(nèi)的溫度變化和差異會(huì)改變一些金相組織，導(dǎo)致其晶粒粗化，主體金屬的韌性和塑性降低，雖然會(huì)增強(qiáng)硬度但是其更加脆弱。在具體焊接并沒(méi)有固定的熱影響區(qū)域，焊接中焊接速度、焊接電流強(qiáng)度等都會(huì)影響主體金屬結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致主體金屬熱影響面積存在一定的不足。

焊接工人的技術(shù)水平也從很大程度上影響著鋼結(jié)構(gòu)焊接效果，如果焊接技術(shù)人員的專業(yè)能力不足、選用的焊接方法不科學(xué)或者焊接流程不合理都會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，導(dǎo)致出現(xiàn)焊瘤、裂縫、夾渣、氣孔等焊縫質(zhì)量缺陷。

1.3 應(yīng)用焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要性

在鋼結(jié)構(gòu)工程中需要連接各個(gè)構(gòu)件，普通螺栓連接、高強(qiáng)螺栓連接、鉚接、焊接等都是常用的鋼結(jié)構(gòu)連接方法。其中焊接是鋼結(jié)構(gòu)工程中常用的連接方式，使用焊接方式能夠牢固、穩(wěn)定地連接鋼構(gòu)件，只要焊接質(zhì)量達(dá)標(biāo)，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)十分安全。雖然焊接連接方式較為可靠，但是卻有著相對(duì)更加復(fù)雜的操作過(guò)程，對(duì)焊接專業(yè)技術(shù)要求偏高。有的鋼結(jié)構(gòu)焊縫存在一些質(zhì)量缺陷，通過(guò)人工可以判斷表面缺陷、變形缺陷等較為明顯的問(wèn)題，但是具體焊接質(zhì)量、內(nèi)部焊接情況難以充分掌握。利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊縫的檢查可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫中的缺陷有清晰的了解，有助于技術(shù)人員及時(shí)采取處理辦法，進(jìn)而提高鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和牢固性[2]。

2 常用焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

2.1 超聲檢測(cè)技術(shù)

超聲檢測(cè)技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫常用的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，該方法聲學(xué)特點(diǎn)較為明顯，能夠利用超聲波傳播影響檢測(cè)和排查材料物體的缺陷。在具體實(shí)踐中，檢測(cè)人員主要利用0.4～4 MHz頻率的設(shè)備進(jìn)行超聲檢測(cè)，該技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫無(wú)損檢測(cè)中有著較為廣泛的應(yīng)用。比如在使用A型脈沖反射法檢測(cè)中，可以十分精準(zhǔn)地檢測(cè)平面缺陷，有著較高的檢測(cè)效率。利用該檢測(cè)法能夠準(zhǔn)確地判斷出鋼結(jié)構(gòu)材料中未焊透、未熔合的缺陷。脈沖反射法檢測(cè)技術(shù)有著較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，但是該技術(shù)應(yīng)用中對(duì)檢測(cè)材料的表面粗糙度有著較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，如果檢測(cè)人員缺乏足夠的專業(yè)水平可能會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

2.2 射線探傷技術(shù)

C射線、X射線都是射線探傷常用的檢測(cè)射線類型。射線探傷是利用射線的穿透性，對(duì)焊接位置進(jìn)行檢測(cè)，探測(cè)結(jié)果可以在熒光屏上顯示出來(lái)，檢測(cè)人員能夠?qū)缚p內(nèi)部的缺陷問(wèn)題、大小等有著十分清楚的了解，進(jìn)而全面、客觀地判斷鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫質(zhì)量，劃分焊接質(zhì)量等級(jí)。應(yīng)用射線探傷技術(shù)可以提升鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫檢測(cè)質(zhì)量，支持工作人員開(kāi)展進(jìn)一步的工作。比如在密閉性較強(qiáng)區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，可以使用射線探傷技術(shù)檢測(cè)焊縫質(zhì)量，通過(guò)照相觀察等方式客觀判斷焊縫情況。此外，在采用射線探傷技術(shù)時(shí)還可以綜合使用電離、監(jiān)督等方式，能夠嚴(yán)格地劃分并且精準(zhǔn)地識(shí)別不同焊縫缺陷問(wèn)題，尤其是照相觀察方式可以長(zhǎng)時(shí)間留存底片。不過(guò)射線探傷技術(shù)在具體應(yīng)用中可能會(huì)影響檢測(cè)人員的身體健康，有著較高的檢測(cè)成本，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的判斷時(shí)間。

2.3 全息探傷技術(shù)

全息探傷技術(shù)是一種較為新型的焊縫檢測(cè)方法，其當(dāng)前應(yīng)用范圍有限。該技術(shù)可以全面探測(cè)結(jié)構(gòu)元件表面和內(nèi)部情況，對(duì)缺陷大小、位置進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，精準(zhǔn)地定位缺陷部位，幫助檢測(cè)人員高效地判斷鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫質(zhì)量。不過(guò)在應(yīng)用全息探傷檢測(cè)技術(shù)時(shí)需要投入的成本較多，這也是該技術(shù)難以得到廣泛應(yīng)用的主要原因[4]。

2.4 磁粉探傷檢測(cè)

該方法是利用磁性材料和鋼結(jié)構(gòu)磁化產(chǎn)生磁感應(yīng)，然后檢測(cè)人員觀察磁力線分布情況和磁力線密度，再判斷鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在缺陷。如果焊縫存在損傷，磁力線就會(huì)出現(xiàn)異常情況，磁場(chǎng)不完整。利用磁粉探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行細(xì)致的檢測(cè)，有著較高的靈敏度，無(wú)需花費(fèi)過(guò)多的檢測(cè)時(shí)間，有著較高的準(zhǔn)確度。不過(guò)磁粉探傷檢測(cè)技術(shù)無(wú)法被全面應(yīng)用于所有焊縫檢測(cè)中，該方法只適合在一些厚度不大、淺層且局部位置檢測(cè)。

2.5 滲透探傷檢測(cè)

滲透探傷檢測(cè)是在部件表面涂抹滲透液對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行檢測(cè)的方式。滲透液中的熒光物質(zhì)滲透到焊縫中，當(dāng)達(dá)到預(yù)期的熒光滲透液滲透效果后可以清理掉缺陷表面的滲透液，但是無(wú)法清除滲透到焊縫缺陷部位的熒光液。此時(shí)可以在需要探傷部位的表面均勻地撒白色粉末，并且利用這些粉末將焊縫內(nèi)部殘留的熒光滲透液吸收。在吸附殘留的熒光滲透液后，白色粉末會(huì)散布在探傷部件表面，此時(shí)可以在遮光環(huán)境中利用紫外線探測(cè)部件內(nèi)部，熒光顯示部分存在焊接缺陷。著色法也是滲透探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)常用的方法，這種方法主要是用著色染料替代了熒光物質(zhì)，所以觀察時(shí)無(wú)需遮光處理，但是對(duì)照射條件的要求更高。在鋼結(jié)構(gòu)焊縫缺陷檢測(cè)中應(yīng)用滲透檢測(cè)方法有著較高的檢測(cè)效率，該方法也可以應(yīng)用于金屬或者非金屬材料的檢測(cè)中。不過(guò)這種檢測(cè)方式只能對(duì)淺層次缺陷進(jìn)行粗略的檢測(cè)，在檢測(cè)后還需要將染色物質(zhì)或者熒光物質(zhì)清洗干凈[5]。

3 無(wú)損檢測(cè)的現(xiàn)狀

3.1 評(píng)定具有局限性

在鋼結(jié)構(gòu)焊縫中使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行焊縫質(zhì)量評(píng)價(jià)具有一定的局限性，傳統(tǒng)評(píng)定方法無(wú)法有力支持竣工后檢測(cè)情況，有著較為籠統(tǒng)的程序，有的檢測(cè)技術(shù)難以高效落實(shí)，整體效率也有待進(jìn)一步提高。

3.2 檢測(cè)方向單一化

和一般的檢測(cè)方式相比，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)被更多地應(yīng)用于建筑群內(nèi)部結(jié)構(gòu)，直接分析工程質(zhì)量，能夠綜合保障建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，在實(shí)際檢測(cè)中只測(cè)定內(nèi)部結(jié)構(gòu)，檢測(cè)較為片面，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.3 檢測(cè)準(zhǔn)確性低

應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要進(jìn)行分步檢測(cè)，很多工程中監(jiān)督不到位，沒(méi)有對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行全面掌控，不確定性較強(qiáng)。比如利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)無(wú)法檢測(cè)和分析混凝土中隱藏的鋼筋結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)平衡性可能會(huì)產(chǎn)生一定影響[6]。

4 鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化

4.1 精準(zhǔn)定位鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫缺陷

在鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)中使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠精準(zhǔn)地定位缺陷的位置。首先，工作人員要根據(jù)實(shí)際情況做好焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的合理選擇，將缺陷位置明確，應(yīng)用相關(guān)設(shè)備全面掃描檢測(cè)材料和檢測(cè)點(diǎn)，合理把控掃描速度，保證能夠在熒光屏上清晰地展示出焊縫內(nèi)部情況，保證工作人員可以判斷焊縫中可能存在的各種類型缺陷。在檢測(cè)中可以綜合使用多種檢測(cè)技術(shù)或者多側(cè)檢測(cè)，明確對(duì)比缺陷位置，幫助技術(shù)人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫存在缺陷的答題位置進(jìn)行明確的了解。如果在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前2次檢測(cè)波周圍存在缺陷，那么可以確定鋼結(jié)構(gòu)焊縫表面該位置存在缺陷；如果缺陷信號(hào)在兩波之間，那么可以認(rèn)為在焊縫中間位置存在缺陷；如果檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)和上一次缺陷緊挨，那么認(rèn)為根部存在焊接缺陷[7]。

4.2 科學(xué)辨識(shí)焊縫無(wú)損檢測(cè)的缺陷

4.2.1 氣孔缺陷

在辨識(shí)氣孔缺陷中，獨(dú)立氣孔有著更低的回波高度，并有著相對(duì)穩(wěn)定的波形，所以在檢測(cè)焊縫過(guò)程中無(wú)論哪個(gè)方向都有著大概相同的反射波。但是如果操作人員專業(yè)能力不強(qiáng)，在檢測(cè)中出現(xiàn)失誤，也會(huì)導(dǎo)致探頭發(fā)生位移而無(wú)法得到氣孔回波反射波，所以要注意保證檢測(cè)人員具備足夠的專業(yè)能力。

4.2.2 夾渣缺陷

在辨識(shí)夾渣缺陷中，要注意區(qū)分夾渣回波信號(hào)和氣孔回波信號(hào)的差異。其中夾渣缺陷的回波信號(hào)為鋸齒狀態(tài)，工作人員可以較為快速準(zhǔn)確地判斷此類缺陷。氣孔無(wú)損檢測(cè)中體現(xiàn)出較低的波幅，具有類似于樹(shù)枝形狀的波形，在改變檢測(cè)方向或者檢測(cè)點(diǎn)位后，夾渣區(qū)域的反射波幅也會(huì)出現(xiàn)一定的變化[8]。

4.2.3 未熔合缺陷

在鋼結(jié)構(gòu)焊縫無(wú)損檢測(cè)中判別未熔合缺陷時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，如果存在未熔合缺陷，那么探頭平移過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的波形，但是從兩側(cè)探測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)反射波幅的差異較大，所以可以從構(gòu)件單個(gè)側(cè)面科學(xué)全面地檢測(cè)焊縫焊接質(zhì)量。

4.3 實(shí)施針對(duì)性檢測(cè)

在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接中，焊接工作環(huán)境較為復(fù)雜，焊接質(zhì)量容易受到外界因素的影響。施工單位需要根據(jù)實(shí)際情況做好檢測(cè)技術(shù)的合理選擇，立體化地掃描可能存在損傷的部位。鋼結(jié)構(gòu)的比例會(huì)隨著建筑群規(guī)模數(shù)據(jù)的不同而出現(xiàn)一定的差異，比如形狀、大小、長(zhǎng)度、厚度等信息會(huì)發(fā)生變化。在實(shí)際檢測(cè)中，焊縫如果存在缺陷，技術(shù)人員需要采取針對(duì)性的檢測(cè)方式，反復(fù)探測(cè)和研究檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及焊縫質(zhì)量情況。檢測(cè)人員使用檢測(cè)設(shè)備在鋼結(jié)構(gòu)表面平行移動(dòng)，將焊縫缺陷點(diǎn)確定，然后制定改進(jìn)方案。

為了進(jìn)一步將焊縫缺陷性質(zhì)、深度等具體情況明確，技術(shù)人員需要定量定性分析檢測(cè)結(jié)果。技術(shù)人員可以使用無(wú)損檢測(cè)設(shè)備立體化掃描鋼結(jié)構(gòu)和鋼構(gòu)件，得到三維模型。比如可以采用射線無(wú)損檢測(cè)方法，照射焊接部位，借助相應(yīng)技術(shù)制作底片保證工作人員能夠?qū)附尤毕萦星逦恼J(rèn)識(shí)。檢測(cè)人員要合理選擇照射時(shí)間、照射角度，還要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)部位區(qū)域、形態(tài)特點(diǎn)等加強(qiáng)考慮，然后采取間斷性照射，在降低消耗成本的同時(shí)提高檢測(cè)率。

5 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用

超聲檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前較為常用的焊縫質(zhì)量檢測(cè)方式。工作人員在檢查焊縫外觀合格后可以通過(guò)超聲掃描確定焊縫內(nèi)部質(zhì)量情況，按照B級(jí)檢驗(yàn)等級(jí)要求開(kāi)展檢測(cè)工作，用斜探頭掃描焊縫單面雙側(cè)，如果條件不允許可以在焊縫單面、單側(cè)用2個(gè)斜探頭進(jìn)行掃查。掃查過(guò)程主要包括3個(gè)階段，分別為初步掃查、精細(xì)掃查、復(fù)核掃查。

5.1 初步掃查

在保證靈敏度前提下可以在焊縫一側(cè)用斜探頭進(jìn)行初步掃查。在掃查過(guò)程中，探頭要和焊縫垂直，采用鋸齒形來(lái)回掃查。采用單面雙側(cè)初掃時(shí)要按照不小于1.25P的標(biāo)準(zhǔn)控制掃查寬度，從而保證整個(gè)檢測(cè)區(qū)都能夠被充分掃查到。工作人員要注意控制掃查速度，避免過(guò)快，來(lái)回2次掃查要按照10%探頭寬度進(jìn)行重疊。在掃查過(guò)程中，還要加強(qiáng)熒光屏顯示觀察，如果發(fā)現(xiàn)比評(píng)定線回波信號(hào)高那么要標(biāo)記可能存在缺陷的位置，保證精細(xì)掃查階段能夠進(jìn)一步細(xì)致地分析該部位的具體情況，對(duì)縱向缺陷進(jìn)行重點(diǎn)掃查。檢測(cè)中可以采用平行和斜平行掃查檢測(cè)橫向缺陷情況。

5.2 精細(xì)掃查

在精細(xì)掃查階段，工作人員要重點(diǎn)探測(cè)初步掃查標(biāo)記的位置，結(jié)合轉(zhuǎn)角、環(huán)繞、前后等方式確定焊縫結(jié)構(gòu)尺寸與顯示位置的關(guān)系，確定是否存在偽顯示。將所有偽顯示排除后將最高反射回波找出，將回波幅度和詳細(xì)位置詳細(xì)記錄。在測(cè)量和記錄缺欠指示長(zhǎng)度時(shí)可以采用6 dB法或者端點(diǎn)法。在上述工作完成后進(jìn)行標(biāo)記并且精細(xì)掃查下一處標(biāo)記位置[9]。

5.3 復(fù)核掃查

通常通過(guò)初步掃查和精細(xì)掃查已經(jīng)能夠較為準(zhǔn)確地確定焊縫缺陷，但是可能存在一些疑難或者異常的反射回波，此時(shí)需要通過(guò)復(fù)核掃查進(jìn)一步確定其具體情況。更換檢測(cè)人員、增加探頭角度、改變掃查面、增加直探頭掃查等都是常用的復(fù)核掃查方式，可以進(jìn)一步驗(yàn)證和確定焊縫缺陷。如果仍然無(wú)法對(duì)異常情況進(jìn)行確定，那么可以使用射線檢測(cè)的方式對(duì)精細(xì)掃查結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，鋼結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代建筑體系中一種新型的結(jié)構(gòu)形式，有著諸多優(yōu)勢(shì)，但是其也存在一定的缺陷。在鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中，鋼構(gòu)件焊接成為工程質(zhì)量控制的重難點(diǎn)，只有通過(guò)細(xì)致的檢測(cè)才能明確焊接質(zhì)量，支持焊接人員進(jìn)一步優(yōu)化焊接質(zhì)量，處理焊接缺陷。在具體實(shí)踐中，企業(yè)要組織專業(yè)的檢測(cè)隊(duì)伍，積極應(yīng)用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，保證焊縫檢測(cè)的效率和效果，提升檢測(cè)隊(duì)伍的專業(yè)能力。通過(guò)提升焊接檢測(cè)水平以及焊接能力，可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)工程的整體承載能力，有助于對(duì)焊接信息進(jìn)行全面掌握，并且客觀評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量，進(jìn)一步提升鋼結(jié)構(gòu)的工程安全性。