無損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房檢測(cè)中的應(yīng)用

夏永紅，周 玲，張 昭，許 強(qiáng)

（1.中核工程咨詢有限公司天津分公司，天津 300450；2.西安思源學(xué)院數(shù)字化建筑陜西省高校工程研究中心，陜西 西安 710038）

鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性和使用壽命對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和人員財(cái)產(chǎn)安全極為重要。但鋼結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過程中也會(huì)逐漸衰竭、損壞。采用無損檢測(cè)技術(shù)可以有效評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)安全隱患。然而許多企業(yè)的檢測(cè)手段單一、應(yīng)用不規(guī)范，無法準(zhǔn)確判斷鋼構(gòu)件的真實(shí)損傷狀況。因此，研究適宜的無損檢測(cè)技術(shù)及其科學(xué)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房的快速準(zhǔn)確評(píng)估，刻不容緩。

1 鋼結(jié)構(gòu)廠房檢測(cè)的主要內(nèi)容

1.1 結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)

鋼結(jié)構(gòu)廠房變形檢測(cè)是鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的重要內(nèi)容之一，目的是檢查鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中是否出現(xiàn)超過允許值的變形，確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。主要采用水準(zhǔn)測(cè)量和全站儀測(cè)量等方法，選擇廠房關(guān)鍵部位的柱、梁、斜撐等變形檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，測(cè)定其坐標(biāo)值或相對(duì)高程。通過對(duì)比建成時(shí)的原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，分析檢測(cè)斷面或點(diǎn)的水平及垂直位移，判定結(jié)構(gòu)是否發(fā)生整體傾斜或局部嚴(yán)重變形。一般要求廠房水平位移偏差不超過0.066 7%，相對(duì)樓層高度垂直位移偏差不超過0.1%。如果變形超標(biāo)，還需檢查變形的均勻性、殘余變形量以及搭載重量。這些信息對(duì)于評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性及加固措施具有重要參考價(jià)值。

1.2 結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測(cè)

鋼結(jié)構(gòu)廠房?jī)?nèi)部缺陷檢測(cè)主要采用無損檢測(cè)技術(shù)，如射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、渦流檢測(cè)等。這些方法可以有效檢查鋼結(jié)構(gòu)重要部件的焊接接頭、鋼板及工字鋼是否存在缺陷，主要包括裂紋、夾渣、氣孔、未焊透等，這些缺陷會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性。檢測(cè)人員需對(duì)關(guān)鍵應(yīng)力部位如吊裝耳、襯板間隙，梁列連接處等進(jìn)行全面檢查，掃描長(zhǎng)度應(yīng)完整覆蓋焊縫。常用超聲波法檢測(cè)箱型鋼焊縫，采用滲透探傷法檢測(cè)外露部位，利用X光機(jī)對(duì)密集區(qū)搭接焊縫進(jìn)行放射探傷。需要根據(jù)檢測(cè)結(jié)果提出處理措施，嚴(yán)重缺陷部位需及時(shí)補(bǔ)焊或加裝補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件。這類內(nèi)部缺陷檢測(cè)可以有效識(shí)別結(jié)構(gòu)安全隱患，保證廠房主體結(jié)構(gòu)的可靠性，預(yù)防事故發(fā)生。

1.3 連接件性能檢測(cè)

鋼結(jié)構(gòu)廠房的連接件主要包括高力螺栓、摩擦型螺栓連接器等，這些連接件的性能直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的整體工作性能。因此，對(duì)其進(jìn)行性能檢測(cè)尤為重要。常用的檢測(cè)方法有緊固系統(tǒng)檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、預(yù)載法檢測(cè)等。其中，緊固系統(tǒng)檢測(cè)利用鑰匙式扭矩力檢測(cè)設(shè)備，逐一測(cè)試抽樣螺栓的擰緊力矩是否符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)程規(guī)定。超聲波檢測(cè)可判斷連接件的銹蝕情況，了解螺栓與本體連接的緊密程度。預(yù)載法是在現(xiàn)場(chǎng)加載的基礎(chǔ)上檢測(cè)局部位移，可以較真實(shí)反映連接系統(tǒng)的受力效果。這些檢測(cè)結(jié)果會(huì)與連接件出廠測(cè)試報(bào)告等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，判斷連接件的實(shí)際工作狀態(tài)及損傷情況，評(píng)估其殘余性能，并提出加固或替換建議。連接件的性能檢測(cè)直接確保結(jié)構(gòu)安全性，也為廠房的加固改造提供依據(jù)。

2 常見無損檢測(cè)技術(shù)比較與選用

2.1 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是鋼結(jié)構(gòu)廠房常用的無損檢測(cè)手段之一，工作原理是利用超聲波探頭發(fā)射高頻聲波，在介質(zhì)中傳播后遇到缺陷處或界面會(huì)發(fā)生反射，通過接收并分析反射信號(hào)可以定位和描繪缺陷形狀。該技術(shù)適用于對(duì)焊縫、鉚接結(jié)構(gòu)以及厚度10～300 mm的鋼構(gòu)件進(jìn)行表面及整體快速檢測(cè)。其典型設(shè)備包括探頭、超聲波檢測(cè)儀、編碼器等，主要檢測(cè)環(huán)路包夾探頭正磁偶電路。在實(shí)際操作過程中，檢測(cè)人員可通過調(diào)頻檢測(cè)，選定最佳頻率，然后通過編碼器沿軌跡進(jìn)行A掃、B掃和C掃，最后形成決策圖。超聲波檢測(cè)可有效發(fā)現(xiàn)毛細(xì)裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，靈敏度高、自動(dòng)化程度高，但對(duì)操作者資質(zhì)要求較高，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙感檢測(cè)。

2.2 渦流檢測(cè)

渦流檢測(cè)是運(yùn)用渦流效應(yīng)的電磁檢測(cè)方法，常用于檢測(cè)金屬材料表面的和近表面部位的缺陷。其基本原理是利用測(cè)試線圈產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)激發(fā)待檢物體表面渦流，當(dāng)渦流遇到缺陷時(shí)，其分布和強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，從而使線圈中的電壓或電流發(fā)生對(duì)應(yīng)變化。渦流檢測(cè)設(shè)備由線圈探頭、手持顯示器、數(shù)據(jù)采集模塊等組成，可選擇不同型號(hào)線圈（如微型線圈、差分線圈、陣列線圈等）和參數(shù)（頻率、電流等）進(jìn)行設(shè)置。檢測(cè)時(shí)，要保證線圈與被檢表面距離一致穩(wěn)定，然后進(jìn)行點(diǎn)檢或范圍掃描。技術(shù)人員通過分析信號(hào)波形、幅值和相位變化情況，可以判斷出材料表面及近表層的磨損狀況、應(yīng)力集中區(qū)、材料間隙、裂紋大小等。與超聲波檢測(cè)相比，渦流檢測(cè)無需耦合劑，效率更高。

2.3 磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)運(yùn)用磁性相互作用原理，通過觀察磁化部件表面磁粉聚集效應(yīng)判斷缺陷存在與分布。常用設(shè)備包含磁化裝置（線圈或永磁）、檢磁儀、紫外線燈以及各類磁粉。檢測(cè)前首先使待檢構(gòu)件充分磁化，磁粉噴涂檢面，然后打開紫外線燈進(jìn)行觀察。表面或近表面存在微小缺陷處磁阻力最小，磁力線密集，磁粉會(huì)聚集呈現(xiàn)異常狀。常見聚集形式有樹枝狀、點(diǎn)狀及短劃痕狀。技術(shù)人員可通過磁痕的具體特征，判斷出裂紋的深度、方向以及可能的缺陷類型。磁粉檢測(cè)成本低、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便，適用于檢測(cè)大型工作狀態(tài)下的場(chǎng)區(qū)構(gòu)件，但僅能探測(cè)出表面和近表面缺陷。

2.4 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)主要利用X射線或γ射線的高穿透能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量的無損探傷。其基本檢測(cè)方法是：射線源發(fā)出的射線經(jīng)過待檢構(gòu)件時(shí)受到材料本身及缺陷的衰減和吸收，使傳感器接收到的射線強(qiáng)度發(fā)生變化，從而識(shí)別出內(nèi)部存在的裂紋、夾雜物、氣孔等缺陷。常用設(shè)備包含小型X射線機(jī)、γ射源、數(shù)碼成像系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理分析軟件。技術(shù)人員通過選擇匹配的射線源（如60Co、192Ir、225keVX光機(jī)等）、成像質(zhì)量參數(shù)（電壓、電流強(qiáng)度、曝光時(shí)間配比），獲得清晰的射透圖像。然后依據(jù)圖像上的射線相對(duì)衰減分布特征，采用目測(cè)或圖像處理算法進(jìn)行解釋分析，可準(zhǔn)確定位鋼構(gòu)件內(nèi)部零星或聚集區(qū)域存在的各類缺陷。與其他表面檢測(cè)技術(shù)相比，射線檢測(cè)可探查更深層次并射透整體，但防護(hù)要求更高，相對(duì)成本也更大。

3 鋼結(jié)構(gòu)廠房無損檢測(cè)的關(guān)鍵過程

3.1 設(shè)備選型及現(xiàn)場(chǎng)布置

鋼結(jié)構(gòu)廠房無損檢測(cè)中，設(shè)備的選型和現(xiàn)場(chǎng)布置是保證檢測(cè)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，需要根據(jù)檢測(cè)部位、內(nèi)容和要求，選擇合適的無損檢測(cè)技術(shù)手段，如對(duì)重要焊縫采用雙探頭超聲波檢測(cè)；大面積構(gòu)件選用渦流爬行檢測(cè)。然后，確定匹配的檢測(cè)儀器型號(hào)及探頭規(guī)格參數(shù)，一般推薦選擇功能齊全、性能穩(wěn)定的知名品牌產(chǎn)品。其次是現(xiàn)場(chǎng)布置，無損檢測(cè)多在較為復(fù)雜的廠房場(chǎng)區(qū)環(huán)境下進(jìn)行，空間狹小，需注意檢測(cè)作業(yè)的順暢性。要合理布設(shè)電源、信號(hào)傳輸電纜，確保設(shè)備能源供應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境光線、溫度、濕度、磁場(chǎng)等因素也會(huì)對(duì)儀器性能產(chǎn)生影響，必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)并控制在適宜的范圍內(nèi)。另外，無損檢測(cè)結(jié)果和質(zhì)量還依賴于操作人員的技能水平，因此，必須選派經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

3.2 原位掃測(cè)與數(shù)據(jù)采集

在設(shè)備就位后，檢測(cè)人員按計(jì)劃對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房相關(guān)部位啟動(dòng)原位無損掃測(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集過程中，檢測(cè)儀器的工作參數(shù)直接影響結(jié)果質(zhì)量。如超聲波檢測(cè)中，發(fā)送脈沖頻率決定解析度，接收脈沖增益影響反射波動(dòng)態(tài)范圍。因此檢測(cè)前必須調(diào)試至最佳工作狀態(tài)。掃測(cè)路徑也須嚴(yán)格控制，防止遺漏或重復(fù)，一般要求相鄰掃描軌跡間距小于測(cè)頭有效寬度。嚴(yán)密的軌跡設(shè)計(jì)可以徹底覆蓋檢測(cè)區(qū)。此外，照相式或磁式爬行裝置可以實(shí)現(xiàn)勻速移動(dòng)，保證一定掃描速率，這些輔助可以減少人為誤差。檢測(cè)過程中實(shí)時(shí)觀察采集信號(hào)并判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)幅值異常、信噪比差等情況，要及時(shí)識(shí)別原因進(jìn)行調(diào)整。嚴(yán)格規(guī)范的原位掃描是獲得可靠檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)。完成后，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和名稱標(biāo)注，輸入相關(guān)參數(shù)，形成標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)數(shù)據(jù)文件。

3.3 檢測(cè)結(jié)果分析及評(píng)估

無損檢測(cè)取得的原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過專業(yè)分析處理后才能得出有意義的檢測(cè)結(jié)果，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀況。首先，檢測(cè)技術(shù)人員針對(duì)所采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行定量或定性解釋分析，通常結(jié)合圖像、表格、信號(hào)曲線等直觀形式呈現(xiàn)，突出反映存在的缺陷情況。如渦流法檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為顏色級(jí)編碼圖；超聲波B掃和C掃結(jié)果可疊加出立體投影圖。然后，檢測(cè)結(jié)果中反映出的結(jié)構(gòu)異常，要經(jīng)過綜合判斷，確認(rèn)其缺陷的位置、形態(tài)、范圍、深度等基本情況。下一步就是開展評(píng)估，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確定此類缺陷的容許性預(yù)估，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的影響程度做出評(píng)定，判斷是否需要進(jìn)行處理。最后，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和評(píng)估認(rèn)定的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，確定對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的維護(hù)建議。

3.4 檢測(cè)報(bào)告編寫

第一，基本信息。需要明確記錄檢測(cè)部位、項(xiàng)目，檢測(cè)日期，檢測(cè)單位及人員，檢測(cè)設(shè)備和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等。這些項(xiàng)目信息可以支持對(duì)檢測(cè)工作的縱向跟蹤。第二，原始數(shù)據(jù)。匯總相關(guān)檢測(cè)原始數(shù)據(jù)，如信號(hào)采集曲線、處理后圖像等。這是檢測(cè)依據(jù)的展示。第三，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。詳細(xì)描述檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷情況，位置、數(shù)量、形狀特征等，并提取典型缺陷圖像。這是檢測(cè)結(jié)果的直觀呈現(xiàn)。第四，綜合分析。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，分析結(jié)構(gòu)存在問題的成因，并給予處理建議或后續(xù)監(jiān)測(cè)計(jì)劃，指出可能的風(fēng)險(xiǎn)程度。這是對(duì)檢測(cè)價(jià)值的概括運(yùn)用。第五，檢測(cè)結(jié)論。應(yīng)當(dāng)明確指出所檢構(gòu)件或部位的質(zhì)量狀況，是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，總體上是否允許繼續(xù)使用，這是對(duì)檢測(cè)目標(biāo)的態(tài)度表達(dá)。

3.5 檢測(cè)計(jì)劃制定

檢測(cè)計(jì)劃編制的首要內(nèi)容是明確檢測(cè)部位的選擇。根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)布置、重要性和負(fù)載情況，確定關(guān)鍵承重構(gòu)件、主要焊縫接頭等檢測(cè)對(duì)象。一般重點(diǎn)選擇框架柱、承重墻體、桁架、斜撐以及這些部件的連接節(jié)點(diǎn)等。充分考慮不同部位的應(yīng)力水平、易損性特征，在最大可能評(píng)估結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行采樣代表性部位檢測(cè)。其次是確定合適的技術(shù)手段，不同部位和檢測(cè)目的，可選擇超聲波法、X射線檢測(cè)等不同無損檢測(cè)技術(shù)，明確設(shè)備型號(hào)及相關(guān)參數(shù)，制定匹配的檢測(cè)程序。還要細(xì)化檢測(cè)范圍，計(jì)算檢測(cè)長(zhǎng)度、區(qū)域等，估算所需工作量，規(guī)劃?rùn)z測(cè)軌跡。另外，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、數(shù)據(jù)處理、試驗(yàn)條件等要進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，預(yù)估所需測(cè)試時(shí)間、人力物力投入，做到心中有數(shù)，以保證調(diào)配資源的充足性。制定科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)計(jì)劃，可以有效提高檢測(cè)工作的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化水平，是后續(xù)獲取可靠檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)。

3.6 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

質(zhì)量保證體現(xiàn)在制定科學(xué)合理、可操作性強(qiáng)的檢測(cè)方案，并嚴(yán)格執(zhí)行。包括計(jì)劃實(shí)施前，對(duì)設(shè)備校準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)條件確認(rèn)、人員考核資質(zhì)認(rèn)定、工作流程可行性論證等。檢測(cè)中則需要監(jiān)督員密切跟蹤過程控制因素，判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)要建立分級(jí)審核機(jī)制，申報(bào)標(biāo)準(zhǔn)化分析報(bào)告。報(bào)告編制后，也要求檢測(cè)員自查自評(píng)，負(fù)責(zé)人審批，保證書面表達(dá)的嚴(yán)謹(jǐn)性。這些舉措可以系統(tǒng)性地防止偏差的產(chǎn)生和擴(kuò)大，保證基本質(zhì)量。

在質(zhì)量控制方面，重點(diǎn)抽查模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的一致性，評(píng)價(jià)檢測(cè)系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性。每年還需組織比對(duì)試驗(yàn)，通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣板，考核檢測(cè)精度水平。對(duì)不合格項(xiàng)目實(shí)施追溯查驗(yàn)和整改，找出薄弱環(huán)節(jié)，不斷優(yōu)化。另外，規(guī)范操作行為，管理數(shù)據(jù)檔案，接受隨機(jī)審核。嚴(yán)格有效的質(zhì)量管理，可以全面保障無損檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性、準(zhǔn)確性，支撐結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)與決策依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著無損檢測(cè)設(shè)備性能的持續(xù)提升與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)廠房的質(zhì)量狀況及安全隱患可以得到更加精確、快速的評(píng)估。但從獲得原始數(shù)據(jù)到轉(zhuǎn)化為可靠的評(píng)估結(jié)果，還需要建立科學(xué)的分析模型，構(gòu)建智能化的檢測(cè)與診斷系統(tǒng)。此外，檢測(cè)環(huán)境的控制、操作規(guī)范的建立也是保證結(jié)果可靠性的必要手段。需加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)，建立嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系。這些措施將有效提高鋼結(jié)構(gòu)的全生命周期安全管理水平，為廠房質(zhì)量安全運(yùn)營(yíng)提供有力保障。