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无损检测技术在建筑钢结构工程质量控制中的应用
来源:建筑钢结构网  作者:冯俊英 刘占成  时间:2013-11-06   关键词:无损检测技术  

摘要: 摘 要:本文介绍了常用无损检测技术在建筑钢结构工程质量控制中的作用、重要性以及四种常用无损检测技术的应用范围。

摘 要:本文介绍了常用无损检测技术在建筑钢结构工程质量控制中的作用、重要性以及四种常用无损检测技术的应用范围。

关键词:建筑钢结构;无损检测;渗透检测;磁粉检测;射线照相检测;超声检测

1 建筑钢结构工程现状

20年来,由于国家的大力支持和市场的旺盛需求,我国钢结构发展迅猛,被称为建筑行业的“朝阳产业”。各类钢结构企业应运而生,但专业技术人员相对匮乏,工程质量控制水平低下,以至于在一些钢结构工程中出现了严重的技术经济不合理现象,甚至造成了许多工程质量事故,损失惨重。

2 无损检测方法的重要性

建筑钢结构的安全性和可靠性源于设计,其自身质量则源于原材料、加工制作和现场安装等因素。评价建筑钢结构的安全性和可靠性一般有三种方式:⑴模拟实验;⑵破坏性实验;⑶无损检测。

模拟实验是按一定比例模拟建筑钢结构的规格、材质、结构形式等,模拟在其运行环境中的工作状态,测试、评价建筑钢结构的安全性和可靠性。模拟实验能对建筑钢结构的整体性能作出定量评价,但其成本高,周期长,工艺复杂。破坏性实验是采用破坏的方式对抽样试件的性能指标进行测试和观察。破坏性实验具有检测结果精确、直观、误差和争议性比较小等优点,但破坏性实验只适用于抽样,而不能对全部工件进行实验,所以不能得出全面、综合的结论。无损检测则能对原材料和工件进行100%检测,且经济成本相对较低。

焊接作为建筑钢结构主要连接方式之一,其质量的好坏对整个工程起着举足轻重的作用。国内钢结构方面的专家对 2008年汶川大地震中钢结构工程的破坏形式总结如下:

1)框架节点区的梁柱焊接连接破坏;

2)竖向支撑的整体失稳和局部失稳;

3)柱脚焊缝破坏及锚栓失效。

由以上原因可以看出控制焊缝质量的关键所在。

焊缝质量分为:外观缺陷、焊缝尺寸、表面缺陷、近表面缺陷和内部缺陷。其中外观缺陷、焊缝尺寸主要用量具、目视来检验,表面缺陷、近表面缺陷和内部缺陷的检验则主要通过无损检测来完成。

3 无损检测概述

无损检测(Nondestructive Testing,缩写为NDT),就是研发和应用各种技术方法,以不损害被检对象未来用途和功能的方式,为探测、定位、测量和评价缺陷,评估完整性、性能和成分,测量几何特征,而对材料和零(部)件所进行的检验、检查和测试。根据物理原理的不同,无损检测方法多种多样。建筑钢结构工程中最普遍采用的有渗透检测(PT)、磁粉检测(MT)、射线照相检测(RT)和超声检测(UT)。其中,射线照相检测和超声检测主要用于检测内部缺陷,磁粉检测主要用于检测表面和近表面缺陷,渗透检测只能用于表面开口缺陷。

4 常用无损检测方法的原理、适用范围及优缺点

4.1渗透检测

液体渗透检测(Liquid Penetrant TestingPT)是基于毛细管现象揭示非多孔性固体材料表面开口缺陷的无损检测方法。简称渗透检测。

将渗透液借助毛细管作用渗入工件的表面开口缺陷中,用去除剂清除掉表面多余的渗透液,将显像剂喷涂在被检表面,经毛细管作用,缺陷中的渗透液被吸附出来并在表面显示。

渗透检测的基本步骤:预处理、渗透、去除、干燥、显像和后处理。

渗透检测方法:荧光渗透检测和着色渗透检测。渗透检测适用于表面裂纹、折叠、冷隔、疏松等缺陷的检测,被广泛用于铁磁性和非铁磁性锻件、铸件、焊接件、机加工件、粉末冶金件、陶瓷、塑料和玻璃制品的检测。在建筑钢结构工程中主要用于锻件、铸件、焊接件和奥氏体不锈钢的表面开口缺陷的检测。

渗透检测在使用和控制方面都相对简单。渗透检测所使用的设备可以是分别盛有渗透液、去除剂、显像剂的简单容器组合,也可以是复杂的计算机控制自动处理系统。

渗透检测的主要优点是:显示直观;操作简单;渗透检测的灵敏度很高,可检出开口小至1μm的裂纹。渗透检测的主要局限是:它只能检出表面开口缺陷;粗糙表面和孔隙会产生附加背景,从而对检测结果的识别产生干扰;对零件和环境有污染。

4.2磁粉检测

磁粉检测(Magnetic Particle TestingMT)是基于缺陷处漏磁场与磁粉的相互作用而显示铁磁性材料表面和近表面缺陷的无损检测方法。

当被检材料或零件被磁化时,表面或近表面缺陷处由于磁的不连续而产生漏磁场;漏磁场的存在,亦即缺陷的存在,借助漏磁场处聚集和保持施加于工件表面的磁粉形成的显示(磁痕)而被检出;磁痕指示出缺陷的位置、尺寸、形状和程度。施加于工件表面的磁粉可以是干磁粉,也可以是置于载液(例如水载液、油基载液和乙醇载液)中的湿磁粉。

磁粉检测的基本步骤是:预处理、磁化工件、施加磁粉或磁悬液、磁痕分析与评定、退磁和后处理。

磁粉检测可发现的主要缺陷有:各种裂纹、夹杂(含发纹)、夹渣、折叠、白点、分层、气孔、未焊透、疏松、冷隔等。

磁粉检测的主要优点是:显示直观;检测灵敏度高,可检测开口小至微米级的裂纹;设备简单(主要设备为磁粉探伤机),操作简便,结果可靠,价格便宜;磁粉检测的主要局限是:只能检测铁磁性材料的表面和近表面缺陷,而不适用于非铁磁性材料。某些应用中,还要求探伤之后给被检件退磁。

4.3射线照相检测

射线照相检测(Radiographic TestingRT)是基于被检件对透入射线(无论是波长很短的电磁辐射还是粒子辐射)的不同吸收来检测零件内部缺陷的无损检测方法。

由于零件各部分密度差异和厚度变化,或者由于成分改变导致的吸收特性差异,零件的不同部位会吸收不同量的透入射线。这些透入射线吸收量的变化,可以通过专用底片记录透过试件未被吸收的射线而形成黑度不同的影像来鉴别。根据底片上的影像,可以判断缺陷的性质、形状、大小和分布。

射线照相检测主要适用于体积型缺陷,如气孔、疏松、夹杂等的检测,也可检测裂纹、未焊透、未熔合等。工业应用的射线检测技术有三种:X射线检测、γ射线检测和中子射线检测。其中使用最广泛的是X射线照相检测,主要设备是X射线探伤机,其核心部件是X射线管,常用管电压不超过450kV,对应可检钢件的最大厚度约7080㎜;当采用加速器作为射线源时,可获得数十兆电子伏的

高能X射线,可检测厚度500600㎜的钢件。

射线照相检测的主要优点是:可检测工件内部的缺陷,结果直观,检测对象基本不受零件材料、形状、外廓尺寸的限制:主要局限是:三维结构二维成像,前后缺陷重叠;被检裂纹取向与射线束夹角不宜超过10°,否则将很难检出。

射线的辐射生物效应可对人体造成损伤,必须采取妥善的防护措施;成本高,要有高素质的操作和评片人员。

4.4超声检测

超声检测(Ultrasonic TestingUT)是利用超声波(常用频率为0.525MHz)在介质中传播时产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。

对透过被检件的超声波或反射的回波进行显示和分析,可以确定缺陷是否存在及其位置以及严重程度。超声波反射的程度主要取决于形成界面材料的物理状态,而较少取决于材料具体的物理性能。例如:在金属/气体界面,超声波几乎产生全反射;在金属/液体和金属/固体界面,超声波产生部分反射。产生反射界面的裂纹、分层、缩孔、发纹、脱粘和其他缺陷易于被检出;夹杂和其他不均匀性由于产生部分反射和散射或产生某种其他可检效应,也能够被检出。具体检测方法主要有脉冲回波法和超声穿透法,其中以超声脉冲回波法应用最广。

基本的缺陷显示方式有三种:显示缺陷深度和缺陷反射信号幅度的A型显示(A扫描)、显示缺陷深度及其在纵截面上分布状态的B型显示(B扫描)、以及显示缺陷在平面视图上分布的C型显示(C扫描)。

超声检测的主要优点是:适用多种材料与制件的检测;可对大厚度件(如几米厚的钢件)进行检测:能对缺陷进行定位;设备轻便,可现场检测。主要局限是:常用的纵波脉冲发射法存在盲区,表面与近表面缺陷难以检测;试件形状复杂对检测可实施性有较大影响;为耦合传感器,要求被检面光滑。要有参考标准。检测者需要较丰富的实践经验。

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综上所述,每种无损检测方法的原理和特点各不相同,且适用的检测对象也不一样。在建筑钢结构的行业中应根据结构的整体性能,检测成本及被检对象的用途、受力情况、规格、材质、缺陷的性质、缺陷产生的位置等诸多因素合理选择无损检测方法。一般地,选择无损检测方法及合格等级,是设计人员依据相关规范而确定的。有的工程,业主对无损检测方法及合格等级有相应要求,这就需要供需双方相互协商了。

钢结构在加工制作及安装过程中无损检测方法的选择见表1

1 无损检测方法

 

参考文献

[1] 郭冰,雷淑忠 钢结构的检测鉴定与加固改造[M]。北京:中国建筑工业出版社,2006

[2] 汶川地震建筑震害调查与灾后重建分析报告[M]。北京:中国建筑工业出版社,2008

[3] 王自明,张引 无损检测综合知识[M]。北京:机械工业出版社,2009

 (河南省基本建设科学实验研究院有限公司,郑州 450000

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