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無損檢測技術在建筑鋼結構行業中的應用

作者：劉春波張丕龍
時間：2010-08-14 11:26:13 [收藏]

摘要：通過對應用于建筑鋼結構行業中的幾種常規無損檢測方法的簡述，歸納了被檢對象所適用的不同無損檢測方法。為廣大工程技術人員和管理人員了解、學習、應用無損檢測技術提供參考。關鍵詞：建筑鋼結構；無損檢測
關鍵詞：檢測技術建筑

1 前言

建筑鋼結構由于其強度高、工業化程度高以及綜合經濟效益好等優點，自上世紀90年代，特別是近年來得到了迅猛發展，廣泛應用于工業和民用等領域。由于一些重點工程，建筑鋼結構發生了嚴重的質量事故，如鄭州中原博覽中心網架曾發生了崩塌事故，所以建筑鋼結構的安全性和可靠性越來越受到重視。

建筑鋼結構的安全性和可靠性源于設計，其自身質量則源于原材料、加工制作和現場安裝等因素。評價建筑鋼結構的安全性和可靠性一般有三種方式：⑴模擬實驗；⑵破壞性實驗；⑶無損檢測。模擬實驗是按一定比例模擬建筑鋼結構的規格、材質、結構形式等，模擬在其運行環境中的工作狀態，測試、評價建筑鋼結構的安全性和可靠性。模擬實驗能對建筑鋼結構的整體性能作出定量評價，但其成本高，周期長，工藝復雜。破壞性實驗是采用破壞的方式對抽樣試件的性能指標進行測試和觀察。破壞性實驗具有檢測結果精確、直觀、誤差和爭議性比較小等優點，但破壞性實驗只適用于抽樣，而不能對全部工件進行實驗，所以不能得出全面、綜合的結論。無損檢測則能對原材料和工件進行100%檢測，且經濟成本相對較低。

無損檢測方法

發生中的缺陷檢測

發生后的缺陷檢測

表面缺陷

內部缺陷

上世紀50年代初，無損檢測技術通過前蘇聯進入我國。作為工藝過程控制和產品質量控制的手段，如今在核電、航空、航天、船舶、電力、建筑鋼結構等行業中得到廣泛的應用，創造了巨大的經濟效益和社會效益。無損檢測技術是建立在眾多學科之上的一門新興的、綜合性技術。無損檢測技術是以不損傷被檢對象的結構完整性和使用性能為前提，應用物理原理和化學現象，借助先進的設備器材，對各種原材料，零部件和結構件進行有效的檢驗和測試，借以評價它們的完整性、連續性、致密性、安全性、可靠性及某些物理性能。無損檢測經歷了三個階段，即無損探傷（Non-destructive Inspection，簡稱NDI）、無損檢測（Non-destructive testing，簡稱NDT）、無損評價（Non-destructive Evaluation，簡稱NDE）、無損探傷的含義是探測和發現缺陷。無損檢測不僅僅要探測和發現缺陷，而且要發現缺陷的大小、位置、當量、性質和狀態。無損評價的含義則更廣泛、更深刻，它不僅要求發現缺陷，探測被檢對象的結構、性質、狀態，還要求獲得更全面、更準確的，綜合的信息，從而評價被檢對象的運行狀態和使用壽命。應用于鋼結構行業中的常規無損檢測方法有磁粉檢測（Magnetic Testing簡稱MT）、滲透檢測（Penetrate Testing，簡稱PT）、渦流檢測（Eddy current Testing簡稱ET）、聲發射檢測（Acoustic Emission Testing簡稱AET）、超聲波檢測（Ultrasonic Testing，簡稱UT）、射線檢測（Radiography Testing，簡稱RT）。在建筑鋼結構行業中，按檢測缺陷產生的時機，無損檢測方法可以按下圖分類。

2 檢測方法的簡述

2.1 磁粉檢測（MT）

2.1.1 原理

鐵磁性材料被磁化后，產生在被檢對象上的磁力線均勻分布。由于不連續性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發生了局部畸變而產生了漏磁場，漏磁場吸附施加在被檢對象表面的磁粉，形成在合適光照下可見的磁痕,從而達到檢測缺陷的目的。

2.1.2 適用范圍

可以對鐵磁性原材料，如鋼板、鋼管、鑄鋼件等進行檢測，也可以對鐵磁性結構件進行檢測。

2.1.3 局限性

僅適用鐵磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷檢測，對檢測人員的視力、工作場所、被檢對象的規格、形狀等有一定的要求。

2.1.4 優點

經濟、方便、效率高、靈敏度高、檢測結果直觀。

2.2 滲透檢測（PT）

2.2.1 原理

    在被檢對象表面施加含有熒光染料或著色染料的滲透液，滲透液在毛細血管的作用下，經過一定時間后，滲透液可以滲透到表面開口的缺陷中去。經過去除被檢對象表面多余的滲透液，干燥后，再在被檢對象表面施加吸附介質（顯象劑）。同樣在毛細血管的作用下，顯象劑吸附缺陷中的滲透液，使滲透液回滲到顯象劑中，在一定的光照下，缺陷中的滲透液被顯示。從而達到檢測缺陷的目的。

2.2.2 適用范圍

適用于非多孔狀固體表面開口缺陷。

2.2.3 局限性

僅適用于表面開口缺陷的檢測，而且對被檢對象的表面光潔度要求較高，涂料、鐵銹、氧化皮會覆蓋表面缺陷而造成漏檢。對檢測人員的視力有一定要求，成本相對較高。

2.2.4 優點

設備輕便、操作簡單，檢測靈敏度高，結果直觀、準確。

2.3 渦流檢測（ET）

2.3.1 原理

金屬材料在交變磁場的作用下產生了渦流，根據渦流的分布和大小可以檢測出鐵磁性材料和非鐵磁性材料的缺陷。

2.3.2 適用范圍

適用于各種導電材料的表面和近表面的缺陷檢測。

2.3.3 局限性

不適用不導電材料檢測，對形狀復雜的試件很難應用，比較適合鋼管、鋼板等形狀規則的軋制型材的檢測，而且設備較貴；無法判定缺陷的性質。

2.3.4 優點

檢測速度快，生產效率高，自動化程度高。

2.4 聲發射檢測（AET）

2.4.1 原理

材料或結構件受到內力或外力的作用產生形變或斷裂時，以彈性波的形式釋放出應變能的現象稱為聲發射，也稱為應力波發射。聲發射檢測是通過受力時材料內部釋放的應力波判斷被檢對象內部結構損傷程度的一種新興動態無損檢測技術。

2.4.2 適用對象

適用于被檢對象的動態監測，如對大型橋梁、核電設備的實時動態監測。

2.4.3 局限性

無法監測靜態缺陷、干擾檢測的因素較多；設備復雜、價格較貴、檢測技術不太成熟。

2.4.4 優點

    可以遠距離監控設備的運行情況和缺陷的擴展情況，對結構的安全性和可靠性評價提供依據。

2.5 超聲波檢測（UT）

2.5.1 原理

超聲波是指頻率大于20千兆赫茲的機械波。根據波動傳播時介質的振動方向相對于波的傳播方向不同，可將波動分為縱波、橫波、表面波和板波等。用于鋼結構檢測的主要是縱波和橫波。

超聲波探傷儀激勵探頭產生的超聲波在被檢對象的介質中按一定速度傳播，當遇到異面介質（如氣孔、夾渣）時，一部分超聲波反射回來，經儀器處理后，放大進入示波屏，顯示缺陷的回波。

2.5.2 適用對象

適用于各類焊逢、板材、管材、棒材、鍛件、鑄件以及復合材料的檢測，特別適合厚度較大的工件。

2.5.3 局限性

檢測結果可追溯性較差；定性困難，定量不精確，人為因素較多；對被檢工件的材質規格，幾何形狀有一定要求。

2.5.4 優點

檢測成本低、速度快、周期短、效率高；儀器小、操作方便；能對缺陷進行精確定位；對面積型缺陷的檢出率較高（如裂紋、未熔合等）

2.6 射線檢測（RT）

2.6.1 原理

射線是一種波長短、頻率高的電磁波。

射線檢測，常規使用×射線機或放射性同位素作為放射源產生射線，射線穿過被檢對象，經過吸收和衰減，由于被檢試件中存在厚度差的原因，不同強度的射線到達記錄介質（如射線膠片），射線膠片的不同部位吸收了數量不等的光子，經過暗室處理后，底片上便出現了不同黑度的缺陷影象，從而判定缺陷的大小和性質。

2.6.2 適用范圍

適用較薄而不是較厚（如果工件的厚度超過80mm就要使用特殊設備進行檢測，如加速器）的工件的內部體積型缺陷的檢測。

2.6.3 局限性

檢測成本高、周期長，工作效率低；不適用角焊逢、板材、管材、棒材、鍛件的檢測；對面狀的缺陷檢出率較低；對缺陷的高度和缺陷在被檢對象中的深度較難確定；影響人體健康。

2.6.4 優點

檢測結果直觀、定性定量準確；檢測結果有記錄，可以長期保存，可追溯性較強。

3 小結

綜上所述，每種無損檢測方法的原理和特點各不相同，且適用的檢測對象也不一樣。在建筑鋼結構的行業中應根據結構的整體性能，檢測成本及被檢對象的規格、材質、缺陷的性質、缺陷產生的位置等諸多因素合理選擇無損檢測方法。一般地，選擇無損檢測方法及合格等級，是設計人員依據相關規范而確定的。有的工程，業主也有無損檢測方法及合格等級的要求，這就需要供需雙方相互協商了。

3.1 鋼結構在加工制作及安裝過程中無損檢測方法的選擇見表1

被檢對象

檢測方法

原材料檢驗

板材

UT

鍛件及棒材

UT、MT（PT）

管材

UT（RT）、MT（PT）

螺栓

UT、MT（PT）

焊接檢驗

坡口部位

UT、PT（MT）

清根部位

PT（MT）

對接焊逢

RT（UT）、MT（PT）

角焊逢和T型焊逢

UT（RT）、PT（MT）

3.2 被檢對象所適用的無損檢測方法見表2

被檢對象

內部缺陷

檢測方法

表面缺陷和近表面

檢測方法

發生中缺陷檢測

RT

UT

MT

PT

ET

AET

試

件

分

類

鍛件

×

●

●

●

△

△

鑄件

●

○

●

○

△

△

壓延件（管、板、型材）

×

●

●

○

●

△

焊逢

●

●

●

●

×

△

缺陷分類

內部缺陷

分層

×

●

—

—

—

—

疏松

×

○

—

—

—

—

氣孔

●

○

—

—

—

—

縮孔

●

○

—

—

—

—

未焊透

●
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原材料檢驗	板材	UT
	鍛件及棒材	UT、MT（PT）
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