建筑钢结构工程及焊缝无损检测技术应用

沈胜涛

摘 要： 近年来，随着我国城市化建设的不断推进，建筑高层化也逐渐形成了一种趋势，这对于建筑工程来说却带来了更高的要求。目前，建筑结构形式也呈多元化的发展形势，钢结构是目前应用较为广泛的一种结构，其强度、抗震性等优势在建筑工程中发挥着显著效果，而钢结构工程在施工阶段由于内部及外部种种原因影响，可能存在一定质量隐患，而质量检测则成为了确保钢结构施工质量的主要手段，近年来技术的快速发展，焊缝无损检测技术也应运而生。本文主要围绕建筑钢结构工程焊缝无损检测技术展开论述，提出了有关的应用建议。

关键词： 钢结构工程;焊缝无损检测技术;应用建议

【中图分类号】 TU74      【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）14-0095-02

引言：现阶段，针对建筑钢结构工程来说，焊接是钢结构连接的主要工艺内容，但焊接的稳定性也直接决定了钢结构施工的整体质量，因此针对焊接裂缝等问题进行质量检测是控制钢结构焊接质量最主要的方法。在钢结构焊接质量检测过程中，焊缝缺陷是最重要的检测内容，焊机焊接施工可能会受各种因素影响导致缺陷问题的产生，并且在超期服役中也可能存在各种冲击现象，如应力拉扯、辐射等，这些都可能会影响钢结构焊接质量。焊缝结构也具有一定特殊性，这也使得焊缝检测手段具有一定局限，如检测过程本身可能会对钢结构带来损伤等，而焊缝无损技术最主要的特征便是无损，因此在钢结构焊接焊缝检测中也具有更大的优势。

1 建筑钢结构与焊缝无损检测技术概述

和传统的钢筋混凝土结构对比，钢结构更加轻盈、强度更高、抗震能力更强、施工更为便利等，在一些高层建筑或大跨度桥梁建筑中的应用已经十分广泛，并具有重要作用，钢结构的特征如下：1）具有较强的耐久性与塑性。当钢结构面临外部荷载力时，可以实现顶峰应力的分配，使得钢结构本身的应力不会产生突变现象，也不会因此受到破坏，同时对于动力荷载具有一定的适应性，若遭遇地震灾害，钢结构自身的弹塑性变形也能够有效吸收地震能量，提高建筑结构的抗震性能;2）内部接近各向同性。据了解，钢材的受力情况和工程力學计算结果相同，具有较为优秀的力学性质，因此与传统钢筋混凝土结构对比在质量与各方面性能参数上都具有明显优势。

无损检测是基于无损探伤技术之上的技术进步，能够明确缺陷形成的位置、大小、成因，而无损评价所包括的内容则更加全面，可以有效掌握焊缝的各方面信息，也能实现钢结构焊缝使用寿命的预估。无损检测技术能够在不影响钢结构焊缝质量的前提下，通过超声波、射线、电磁等先进技术实现物化检测，快速找出其中存在的缺陷和质量隐患，提高焊缝检测的有效性。

2 钢结构工程中焊缝无损检测技术分析

2.1 渗透检测Penetrant Testing 缩写为 （PT）

渗透检测也叫做液体渗透检测，主要通过毛细现象来实现焊缝缺陷问题的快速检测。一般来说，若液体和固体接触，如果固体存在微小裂缝或毛细管，那么液体则会顺着裂缝或毛细管而流动，之后若液体完全浸润裂缝或毛细管，内部的水位则会不断上升，裂缝与毛细管内径便会不断缩小，水面不断增高。同样的，如果液体无法浸润，那么裂缝和毛细管中的液体水面也将不会增高。渗透检测法便是应用这一现象，将渗透液均匀涂抹于焊缝，若焊缝表面具有细小裂缝或毛细管，那么渗透液便会浸入，之后将焊缝表面的渗透液抹去，那么焊缝细小裂缝以及毛细管中的渗透液则会直接显露出来，使得焊缝缺陷更加显眼。按照渗透液的类型，基本可以划分荧光型与着色型两种，不同渗透液类型都具有较为明显的效果。渗透检测技术具有操作便利、缺陷直观呈现、适用性较强、受影响力较小等优势，但也具有一定缺陷，渗透剂本身的化学性质导致其具有腐蚀性和挥发性，所以在应用渗透检测法时需要重点做好防护措施，并且渗透检测法在面对内部存在较大缺陷，或材料孔隙缺陷较多时，检测效果也会受到影响。

2.2 磁粉检测（Magnetic particle Testing 缩写为 MT）

磁粉探伤技术主要通过具有磁性的金属材料加工而成的材料并进行磁化制成，钢铁便是一种，由于这些金属材料在磁化之后，内部会出现一定的磁感性现象，同时磁力线的密度也会成迅速提高，甚至达到原本的几千倍。若焊缝存在损伤，那么磁力线也会产生变化，产生漏磁场，之后根据缺陷位置的漏磁现象吸附磁粉，在根据磁粉被吸附的分布状况来分析焊缝表面以及焊缝近表面村在的缺陷，图1为磁粉检测技术应用效果。磁粉检测技术具有较高的灵活性，可以检测出各种细小裂隙缺陷，同时成本投入也相对较少，检测效率较高等，但磁粉检测法只能应用于磁性材料检测中，同时也只能检测表面缺陷及近表面缺陷，焊缝内部探伤则不能顺利实现。

图1 磁粉检测效果2.3 射线检测（Radiographic Testing）

射线检测技术一般是利用射线技术在材料内部的透射线强度来分析焊缝缺陷问题，一般都会应用一定的检测仪器来完成检测工作，如图2所示。

图2 射线检测仪器

对于射线来说，不管是X射线还是Y射线、中子射线，在通过物体后都会存在衰减现象，不同的物质会具有不同的衰减系数，所以在应用射线检测技术时只需要进行照射、胶片感光、暗室处理等操作流程，便能够得到焊缝缺陷光度底片。如果焊缝存在缺陷，那么射线透过该部位时强度也会出现明显差异，结合光度底片的黑度差别能够找出缺陷位置。射线检测技术的检测精准度较高，灵活性较强、具有较高的适应性等优势，但检测结果会被射线的穿透力以及角度影响，成本也相对较高，所以仍然具有一定的局限性。

2.4 超声检测（Ultrasonic Testing）

超声检测技术主要通过频率超过20000Hz的声波来实现焊缝检测，具有较强的穿透力和集中性优势。超声波检测技术需要用到超声波一起，利用仪器探头来发射超声波，超声波在均匀的材质中会以匀速的方式作直线运动，如果超声波由一个介质传输到另一个介质，则会出现折射、反射现象。之后通过一起探头将反馈的超声波进行接收，通过显示屏利用波纹的方式显示检测结果，技术人员根据波形能够得出准确的检测结果。超声波检测技术具有较强的灵活性，同时操作便利、探测效率高、成本较低等优势，但其缺陷便是检测结果以波形的方式呈现，无法直接显示结果，需要技术人员进行分析，因此对技术人员具有一定要求。

2.5 新型檢测技术

上述几种检测技术便是当下应用较为普遍的无损检测技术，其他无损检测技术虽然在钢结构施工中的应用不算普遍，但技术的不断进步，相信其他无损检测技术也能经过不断开发与完善而展现出比传统无损检测技术更具优势的条件，今后建筑钢结构工程焊缝检测中，其他检测技术的应用也具有较为良好的性能，如超声相控阵扫描检测技术，这种技术是在超声检测技术的前提下，参考相控雷达技术进行结合创新，能够有效提高检测效率和检测结果的直观显现性，弥补传统超声检测技术只能呈现波形的缺陷，也具有较为广阔的应用前景。

3 焊缝无损检测技术应用需要注意的问题

3.1 技术的合理选择

钢结构能够有效加强建筑整体的强度，但不同的工程可能会受实际情况和环境等因素影响存在一定差别，所以在选择焊缝无损检测技术时也需要进行综合性考虑，选择最为合理，最为契合当下工程需求的无损检测技术，表1为不同检测目标所适用的检测技术。

3.2 材料与产品检验。对于焊缝无损检测工作来说，可能会受各种因素影响，所以在检测工作开展前便需要根据有关标准全面检测材料质量。在测量的2mm深度范围中，若存在2个缺陷间距不足5mm的现象，那么这2个缺陷的只是长度综合便会归于个体的缺陷只是长度。若这2个缺陷的间距超过5mm，则需要进行逐个计算。

3.3 设备仪器的选用

由于钢结构工程焊缝无损检测工作具有一定的复杂性，因此为了提高检测的适应性和精确性，检测人员还需要科学选择对应的检测仪器，从而提高检测效率与结果的可靠性。如超声检测技术应用期间，钢结构焊缝存在的缺陷多为细小缺陷，所以为了进一步提高检测的精确性，需要选取频率为2～5MHz的超声波探头。探头晶片规格也是决定检测结果的一大因素，若探头晶片规格过大，那么超声便会更加集中，检测结果也较为精确，但近场长度也会提高，可能会造成表面波干扰等问题，导致缺陷判断更加难以确定。对此，超声检测设备的探头晶片需要保证大小适中，不可以太大，也不能太小，具体需要结合检测目标的材质特征来进行选择。

结束语：对于建筑钢结构焊缝无损检测技术来说，能够选取的技术手段具有多样化特征，其中超声波无损检测技术的应用相比之下更为广泛。但在技术应用期间，由于超声波无损检测技术的操作流程较为复杂，所以检测结果也可能会受到人为操作影响，对此，需要保证操作人员的技术水平和操作规范性，使得超声检测技术的优势能够得以发挥。

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