无损检测技术在钢结构厂房检测中的应用

夏永红，周 玲，张 昭，许 强

（1.中核工程咨询有限公司天津分公司，天津 300450；2.西安思源学院数字化建筑陕西省高校工程研究中心，陕西 西安 710038）

钢结构厂房的安全性和使用寿命对企业生产和人员财产安全极为重要。但钢结构在长期使用过程中也会逐渐衰竭、损坏。采用无损检测技术可以有效评价钢结构质量，发现安全隐患。然而许多企业的检测手段单一、应用不规范，无法准确判断钢构件的真实损伤状况。因此，研究适宜的无损检测技术及其科学应用，实现对钢结构厂房的快速准确评估，刻不容缓。

1 钢结构厂房检测的主要内容

1.1 结构变形检测

钢结构厂房变形检测是钢结构检测的重要内容之一，目的是检查钢结构在使用过程中是否出现超过允许值的变形，确保结构的整体稳定性。主要采用水准测量和全站仪测量等方法，选择厂房关键部位的柱、梁、斜撑等变形检测节点，测定其坐标值或相对高程。通过对比建成时的原始设计数据，分析检测断面或点的水平及垂直位移，判定结构是否发生整体倾斜或局部严重变形。一般要求厂房水平位移偏差不超过0.066 7%，相对楼层高度垂直位移偏差不超过0.1%。如果变形超标，还需检查变形的均匀性、残余变形量以及搭载重量。这些信息对于评估结构的安全性及加固措施具有重要参考价值。

1.2 结构内部缺陷检测

钢结构厂房内部缺陷检测主要采用无损检测技术，如射线检测、超声波检测、涡流检测等。这些方法可以有效检查钢结构重要部件的焊接接头、钢板及工字钢是否存在缺陷，主要包括裂纹、夹渣、气孔、未焊透等，这些缺陷会降低结构的承载力和稳定性。检测人员需对关键应力部位如吊装耳、衬板间隙，梁列连接处等进行全面检查，扫描长度应完整覆盖焊缝。常用超声波法检测箱型钢焊缝，采用渗透探伤法检测外露部位，利用X光机对密集区搭接焊缝进行放射探伤。需要根据检测结果提出处理措施，严重缺陷部位需及时补焊或加装补强构件。这类内部缺陷检测可以有效识别结构安全隐患，保证厂房主体结构的可靠性，预防事故发生。

1.3 连接件性能检测

钢结构厂房的连接件主要包括高力螺栓、摩擦型螺栓连接器等，这些连接件的性能直接关系到结构的整体工作性能。因此，对其进行性能检测尤为重要。常用的检测方法有紧固系统检测、超声波检测、预载法检测等。其中，紧固系统检测利用钥匙式扭矩力检测设备，逐一测试抽样螺栓的拧紧力矩是否符合设计要求和规程规定。超声波检测可判断连接件的锈蚀情况，了解螺栓与本体连接的紧密程度。预载法是在现场加载的基础上检测局部位移，可以较真实反映连接系统的受力效果。这些检测结果会与连接件出厂测试报告等数据进行对比分析，判断连接件的实际工作状态及损伤情况，评估其残余性能，并提出加固或替换建议。连接件的性能检测直接确保结构安全性，也为厂房的加固改造提供依据。

2 常见无损检测技术比较与选用

2.1 超声波检测

超声波检测是钢结构厂房常用的无损检测手段之一，工作原理是利用超声波探头发射高频声波，在介质中传播后遇到缺陷处或界面会发生反射，通过接收并分析反射信号可以定位和描绘缺陷形状。该技术适用于对焊缝、铆接结构以及厚度10～300 mm的钢构件进行表面及整体快速检测。其典型设备包括探头、超声波检测仪、编码器等，主要检测环路包夹探头正磁偶电路。在实际操作过程中，检测人员可通过调频检测，选定最佳频率，然后通过编码器沿轨迹进行A扫、B扫和C扫，最后形成决策图。超声波检测可有效发现毛细裂纹、气孔、夹渣等缺陷，灵敏度高、自动化程度高，但对操作者资质要求较高，无法进行远距离遥感检测。

2.2 涡流检测

涡流检测是运用涡流效应的电磁检测方法，常用于检测金属材料表面的和近表面部位的缺陷。其基本原理是利用测试线圈产生的交变电磁场激发待检物体表面涡流，当涡流遇到缺陷时，其分布和强度会发生变化，从而使线圈中的电压或电流发生对应变化。涡流检测设备由线圈探头、手持显示器、数据采集模块等组成，可选择不同型号线圈（如微型线圈、差分线圈、阵列线圈等）和参数（频率、电流等）进行设置。检测时，要保证线圈与被检表面距离一致稳定，然后进行点检或范围扫描。技术人员通过分析信号波形、幅值和相位变化情况，可以判断出材料表面及近表层的磨损状况、应力集中区、材料间隙、裂纹大小等。与超声波检测相比，涡流检测无需耦合剂，效率更高。

2.3 磁粉检测

磁粉检测运用磁性相互作用原理，通过观察磁化部件表面磁粉聚集效应判断缺陷存在与分布。常用设备包含磁化装置（线圈或永磁）、检磁仪、紫外线灯以及各类磁粉。检测前首先使待检构件充分磁化，磁粉喷涂检面，然后打开紫外线灯进行观察。表面或近表面存在微小缺陷处磁阻力最小，磁力线密集，磁粉会聚集呈现异常状。常见聚集形式有树枝状、点状及短划痕状。技术人员可通过磁痕的具体特征，判断出裂纹的深度、方向以及可能的缺陷类型。磁粉检测成本低、灵敏度高、操作简便，适用于检测大型工作状态下的场区构件，但仅能探测出表面和近表面缺陷。

2.4 射线检测

射线检测主要利用X射线或γ射线的高穿透能力，实现对钢结构内部质量的无损探伤。其基本检测方法是：射线源发出的射线经过待检构件时受到材料本身及缺陷的衰减和吸收，使传感器接收到的射线强度发生变化，从而识别出内部存在的裂纹、夹杂物、气孔等缺陷。常用设备包含小型X射线机、γ射源、数码成像系统及数据处理分析软件。技术人员通过选择匹配的射线源（如60Co、192Ir、225keVX光机等）、成像质量参数（电压、电流强度、曝光时间配比），获得清晰的射透图像。然后依据图像上的射线相对衰减分布特征，采用目测或图像处理算法进行解释分析，可准确定位钢构件内部零星或聚集区域存在的各类缺陷。与其他表面检测技术相比，射线检测可探查更深层次并射透整体，但防护要求更高，相对成本也更大。

3 钢结构厂房无损检测的关键过程

3.1 设备选型及现场布置

钢结构厂房无损检测中，设备的选型和现场布置是保证检测效果的关键环节。首先，需要根据检测部位、内容和要求，选择合适的无损检测技术手段，如对重要焊缝采用双探头超声波检测；大面积构件选用涡流爬行检测。然后，确定匹配的检测仪器型号及探头规格参数，一般推荐选择功能齐全、性能稳定的知名品牌产品。其次是现场布置，无损检测多在较为复杂的厂房场区环境下进行，空间狭小，需注意检测作业的顺畅性。要合理布设电源、信号传输电缆，确保设备能源供应和数据传输质量。现场环境光线、温度、湿度、磁场等因素也会对仪器性能产生影响，必须进行监测并控制在适宜的范围内。另外，无损检测结果和质量还依赖于操作人员的技能水平，因此，必须选派经验丰富的专业技术人员现场实施。

3.2 原位扫测与数据采集

在设备就位后，检测人员按计划对钢结构厂房相关部位启动原位无损扫测，进行数据采集。采集过程中，检测仪器的工作参数直接影响结果质量。如超声波检测中，发送脉冲频率决定解析度，接收脉冲增益影响反射波动态范围。因此检测前必须调试至最佳工作状态。扫测路径也须严格控制，防止遗漏或重复，一般要求相邻扫描轨迹间距小于测头有效宽度。严密的轨迹设计可以彻底覆盖检测区。此外，照相式或磁式爬行装置可以实现匀速移动，保证一定扫描速率，这些辅助可以减少人为误差。检测过程中实时观察采集信号并判断数据质量，如发现数据幅值异常、信噪比差等情况，要及时识别原因进行调整。严格规范的原位扫描是获得可靠检测结果的基础。完成后，及时进行数据备份和名称标注，输入相关参数，形成标准化的检测数据文件。

3.3 检测结果分析及评估

无损检测取得的原始数据必须经过专业分析处理后才能得出有意义的检测结果，评价结构的质量状况。首先，检测技术人员针对所采集的数据，进行定量或定性解释分析，通常结合图像、表格、信号曲线等直观形式呈现，突出反映存在的缺陷情况。如涡流法检测的数据可以转换为颜色级编码图；超声波B扫和C扫结果可叠加出立体投影图。然后，检测结果中反映出的结构异常，要经过综合判断，确认其缺陷的位置、形态、范围、深度等基本情况。下一步就是开展评估，参照相关标准规范，确定此类缺陷的容许性预估，对结构强度和刚度的影响程度做出评定，判断是否需要进行处理。最后，根据检测结果和评估认定的风险级别，确定对应结构的维护建议。

3.4 检测报告编写

第一，基本信息。需要明确记录检测部位、项目，检测日期，检测单位及人员，检测设备和相关规范标准等。这些项目信息可以支持对检测工作的纵向跟踪。第二，原始数据。汇总相关检测原始数据，如信号采集曲线、处理后图像等。这是检测依据的展示。第三，检测发现。详细描述检测过程中发现的结构缺陷情况，位置、数量、形状特征等，并提取典型缺陷图像。这是检测结果的直观呈现。第四，综合分析。根据检测结果，分析结构存在问题的成因，并给予处理建议或后续监测计划，指出可能的风险程度。这是对检测价值的概括运用。第五，检测结论。应当明确指出所检构件或部位的质量状况，是否符合相关标准规定，总体上是否允许继续使用，这是对检测目标的态度表达。

3.5 检测计划制定

检测计划编制的首要内容是明确检测部位的选择。根据厂房结构布置、重要性和负载情况，确定关键承重构件、主要焊缝接头等检测对象。一般重点选择框架柱、承重墙体、桁架、斜撑以及这些部件的连接节点等。充分考虑不同部位的应力水平、易损性特征，在最大可能评估结构质量的基础上进行采样代表性部位检测。其次是确定合适的技术手段，不同部位和检测目的，可选择超声波法、X射线检测等不同无损检测技术，明确设备型号及相关参数，制定匹配的检测程序。还要细化检测范围，计算检测长度、区域等，估算所需工作量，规划检测轨迹。另外，对现场环境、数据处理、试验条件等要进行预测评估，预估所需测试时间、人力物力投入，做到心中有数，以保证调配资源的充足性。制定科学、严谨的检测计划，可以有效提高检测工作的标准化和规范化水平，是后续获取可靠检测结果的基础。

3.6 质量保证与质量控制

质量保证体现在制定科学合理、可操作性强的检测方案，并严格执行。包括计划实施前，对设备校准、现场条件确认、人员考核资质认定、工作流程可行性论证等。检测中则需要监督员密切跟踪过程控制因素，判断数据质量。数据处理环节要建立分级审核机制，申报标准化分析报告。报告编制后，也要求检测员自查自评，负责人审批，保证书面表达的严谨性。这些举措可以系统性地防止偏差的产生和扩大，保证基本质量。

在质量控制方面，重点抽查模拟试验、现场重复试验结果的一致性，评价检测系统的精准性和稳定性。每年还需组织比对试验，通过测量标准样板，考核检测精度水平。对不合格项目实施追溯查验和整改，找出薄弱环节，不断优化。另外，规范操作行为，管理数据档案，接受随机审核。严格有效的质量管理，可以全面保障无损检测结果的真实性、准确性，支撑结构安全评价与决策依据。

4 结语

综上所述，随着无损检测设备性能的持续提升与检测技术的发展，钢结构厂房的质量状况及安全隐患可以得到更加精确、快速的评估。但从获得原始数据到转化为可靠的评估结果，还需要建立科学的分析模型，构建智能化的检测与诊断系统。此外，检测环境的控制、操作规范的建立也是保证结果可靠性的必要手段。需加强对操作人员的培训，建立严格的质量管理体系。这些措施将有效提高钢结构的全生命周期安全管理水平，为厂房质量安全运营提供有力保障。