無損檢測(cè)技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中的應(yīng)用

        作者:劉春波 張丕龍    
        時(shí)間:2010-08-14 11:26:13 [收藏]
        摘要:通過對(duì)應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中的幾種常規(guī)無損檢測(cè)方法的簡(jiǎn)述,歸納了被檢對(duì)象所適用的不同無損檢測(cè)方法。為廣大工程技術(shù)人員和管理人員了解、學(xué)習(xí)、應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)提供參考。 關(guān)鍵詞:建筑鋼結(jié)構(gòu);無損檢測(cè)
            關(guān)鍵詞:檢測(cè)技術(shù) 建筑
           
          1 前言
          建筑鋼結(jié)構(gòu)由于其強(qiáng)度高、工業(yè)化程度高以及綜合經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn),自上世紀(jì)90年代,特別是近年來得到了迅猛發(fā)展,廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用等領(lǐng)域。由于一些重點(diǎn)工程,建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生了嚴(yán)重的質(zhì)量事故,如鄭州中原博覽中心網(wǎng)架曾發(fā)生了崩塌事故,所以建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性越來越受到重視。
          建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性源于設(shè)計(jì),其自身質(zhì)量則源于原材料、加工制作和現(xiàn)場(chǎng)安裝等因素。評(píng)價(jià)建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性一般有三種方式:⑴模擬實(shí)驗(yàn);⑵破壞性實(shí)驗(yàn);⑶無損檢測(cè)。模擬實(shí)驗(yàn)是按一定比例模擬建筑鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)格、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式等,模擬在其運(yùn)行環(huán)境中的工作狀態(tài),測(cè)試、評(píng)價(jià)建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體性能作出定量評(píng)價(jià),但其成本高,周期長(zhǎng),工藝復(fù)雜。破壞性實(shí)驗(yàn)是采用破壞的方式對(duì)抽樣試件的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試和觀察。破壞性實(shí)驗(yàn)具有檢測(cè)結(jié)果精確、直觀、誤差和爭(zhēng)議性比較小等優(yōu)點(diǎn),但破壞性實(shí)驗(yàn)只適用于抽樣,而不能對(duì)全部工件進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所以不能得出全面、綜合的結(jié)論。無損檢測(cè)則能對(duì)原材料和工件進(jìn)行100%檢測(cè),且經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低。

          無損檢測(cè)方法

           
          發(fā)生中的缺陷檢測(cè)
          發(fā)生后的缺陷檢測(cè)
          表面缺陷
          內(nèi)部缺陷
          上世紀(jì)50年代初,無損檢測(cè)技術(shù)通過前蘇聯(lián)進(jìn)入我國(guó)。作為工藝過程控制和產(chǎn)品質(zhì)量控制的手段,如今在核電、航空、航天、船舶、電力、建筑鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。無損檢測(cè)技術(shù)是建立在眾多學(xué)科之上的一門新興的、綜合性技術(shù)。無損檢測(cè)技術(shù)是以不損傷被檢對(duì)象的結(jié)構(gòu)完整性和使用性能為前提,應(yīng)用物理原理和化學(xué)現(xiàn)象,借助先進(jìn)的設(shè)備器材,對(duì)各種原材料,零部件和結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和測(cè)試,借以評(píng)價(jià)它們的完整性、連續(xù)性、致密性、安全性、可靠性及某些物理性能。無損檢測(cè)經(jīng)歷了三個(gè)階段,即無損探傷(Non-destructive Inspection,簡(jiǎn)稱NDI)、無損檢測(cè)(Non-destructive testing,簡(jiǎn)稱NDT)、無損評(píng)價(jià)(Non-destructive Evaluation,簡(jiǎn)稱NDE)、無損探傷的含義是探測(cè)和發(fā)現(xiàn)缺陷。無損檢測(cè)不僅僅要探測(cè)和發(fā)現(xiàn)缺陷,而且要發(fā)現(xiàn)缺陷的大小、位置、當(dāng)量、性質(zhì)和狀態(tài)。無損評(píng)價(jià)的含義則更廣泛、更深刻, 它不僅要求發(fā)現(xiàn)缺陷,探測(cè)被檢對(duì)象的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài),還要求獲得更全面、更準(zhǔn)確的,綜合的信息,從而評(píng)價(jià)被檢對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)和使用壽命。應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中的常規(guī)無損檢測(cè)方法有磁粉檢測(cè)(Magnetic Testing簡(jiǎn)稱MT)、滲透檢測(cè)(Penetrate Testing,簡(jiǎn)稱PT)、渦流檢測(cè)(Eddy current Testing簡(jiǎn)稱ET)、聲發(fā)射檢測(cè)(Acoustic Emission Testing簡(jiǎn)稱AET)、超聲波檢測(cè)(Ultrasonic Testing,簡(jiǎn)稱UT)、射線檢測(cè)(Radiography Testing,簡(jiǎn)稱RT)。在建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中,按檢測(cè)缺陷產(chǎn)生的時(shí)機(jī),無損檢測(cè)方法可以按下圖分類。

           

           
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          2 檢測(cè)方法的簡(jiǎn)述
          2.1 磁粉檢測(cè)(MT)
          2.1.1 原理
          鐵磁性材料被磁化后,產(chǎn)生在被檢對(duì)象上的磁力線均勻分布。由于不連續(xù)性的存在,使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生了局部畸變而產(chǎn)生了漏磁場(chǎng),漏磁場(chǎng)吸附施加在被檢對(duì)象表面的磁粉,形成在合適光照下可見的磁痕,從而達(dá)到檢測(cè)缺陷的目的。
          2.1.2 適用范圍
          可以對(duì)鐵磁性原材料,如鋼板、鋼管、鑄鋼件等進(jìn)行檢測(cè),也可以對(duì)鐵磁性結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)。
          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(cè),對(duì)檢測(cè)人員的視力、工作場(chǎng)所、被檢對(duì)象的規(guī)格、形狀等有一定的要求。
          2.1.4 優(yōu)點(diǎn)
          經(jīng)濟(jì)、方便、效率高、靈敏度高、檢測(cè)結(jié)果直觀。
          2.2 滲透檢測(cè)(PT)
          2.2.1 原理
              在被檢對(duì)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(xì)血管的作用下,經(jīng)過一定時(shí)間后,滲透液可以滲透到表面開口的缺陷中去。經(jīng)過去除被檢對(duì)象表面多余的滲透液,干燥后,再在被檢對(duì)象表面施加吸附介質(zhì)(顯象劑)。同樣在毛細(xì)血管的作用下,顯象劑吸附缺陷中的滲透液,使?jié)B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(dá)到檢測(cè)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(cè),而且對(duì)被檢對(duì)象的表面光潔度要求較高,涂料、鐵銹、氧化皮會(huì)覆蓋表面缺陷而造成漏檢。對(duì)檢測(cè)人員的視力有一定要求,成本相對(duì)較高。
          2.2.4 優(yōu)點(diǎn)
          設(shè)備輕便、操作簡(jiǎn)單,檢測(cè)靈敏度高,結(jié)果直觀、準(zhǔn)確。
          2.3 渦流檢測(cè)(ET)
          2.3.1 原理
          金屬材料在交變磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生了渦流,根據(jù)渦流的分布和大小可以檢測(cè)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(dǎo)電材料的表面和近表面的缺陷檢測(cè)。
          2.3.3 局限性
          不適用不導(dǎo)電材料檢測(cè),對(duì)形狀復(fù)雜的試件很難應(yīng)用,比較適合鋼管、鋼板等形狀規(guī)則的軋制型材的檢測(cè),而且設(shè)備較貴;無法判定缺陷的性質(zhì)。
          2.3.4 優(yōu)點(diǎn)
          檢測(cè)速度快,生產(chǎn)效率高,自動(dòng)化程度高。
          2.4 聲發(fā)射檢測(cè)(AET)
          2.4.1 原理
          材料或結(jié)構(gòu)件受到內(nèi)力或外力的作用產(chǎn)生形變或斷裂時(shí),以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射,也稱為應(yīng)力波發(fā)射。聲發(fā)射檢測(cè)是通過受力時(shí)材料內(nèi)部釋放的應(yīng)力波判斷被檢對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷程度的一種新興動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)技術(shù)。
          2.4.2 適用對(duì)象
          適用于被檢對(duì)象的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),如對(duì)大型橋梁、核電設(shè)備的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
          2.4.3 局限性
          無法監(jiān)測(cè)靜態(tài)缺陷、干擾檢測(cè)的因素較多;設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格較貴、檢測(cè)技術(shù)不太成熟。
          2.4.4 優(yōu)點(diǎn)
              可以遠(yuǎn)距離監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況和缺陷的擴(kuò)展情況,對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。
          2.5 超聲波檢測(cè)(UT)
          2.5.1 原理
          超聲波是指頻率大于20千兆赫茲的機(jī)械波。根據(jù)波動(dòng)傳播時(shí)介質(zhì)的振動(dòng)方向相對(duì)于波的傳播方向不同,可將波動(dòng)分為縱波、橫波、表面波和板波等。用于鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的主要是縱波和橫波。
          超聲波探傷儀激勵(lì)探頭產(chǎn)生的超聲波在被檢對(duì)象的介質(zhì)中按一定速度傳播,當(dāng)遇到異面介質(zhì)(如氣孔、夾渣)時(shí),一部分超聲波反射回來,經(jīng)儀器處理后,放大進(jìn)入示波屏,顯示缺陷的回波。
          2.5.2 適用對(duì)象
          適用于各類焊逢、板材、管材、棒材、鍛件、鑄件以及復(fù)合材料的檢測(cè),特別適合厚度較大的工件。
          2.5.3 局限性
          檢測(cè)結(jié)果可追溯性較差;定性困難,定量不精確,人為因素較多;對(duì)被檢工件的材質(zhì)規(guī)格,幾何形狀有一定要求。
          2.5.4 優(yōu)點(diǎn)
          檢測(cè)成本低、速度快、周期短、效率高;儀器小、操作方便;能對(duì)缺陷進(jìn)行精確定位;對(duì)面積型缺陷的檢出率較高(如裂紋、未熔合等)
          2.6 射線檢測(cè)(RT)
          2.6.1 原理
          射線是一種波長(zhǎng)短、頻率高的電磁波。
          射線檢測(cè),常規(guī)使用×射線機(jī)或放射性同位素作為放射源產(chǎn)生射線,射線穿過被檢對(duì)象,經(jīng)過吸收和衰減,由于被檢試件中存在厚度差的原因,不同強(qiáng)度的射線到達(dá)記錄介質(zhì)(如射線膠片),射線膠片的不同部位吸收了數(shù)量不等的光子,經(jīng)過暗室處理后,底片上便出現(xiàn)了不同黑度的缺陷影象,從而判定缺陷的大小和性質(zhì)。
          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(shè)備進(jìn)行檢測(cè),如加速器)的工件的內(nèi)部體積型缺陷的檢測(cè)。
          2.6.3 局限性
          檢測(cè)成本高、周期長(zhǎng),工作效率低;不適用角焊逢、板材、管材、棒材、鍛件的檢測(cè);對(duì)面狀的缺陷檢出率較低;對(duì)缺陷的高度和缺陷在被檢對(duì)象中的深度較難確定;影響人體健康。
          2.6.4 優(yōu)點(diǎn)
          檢測(cè)結(jié)果直觀、定性定量準(zhǔn)確;檢測(cè)結(jié)果有記錄,可以長(zhǎng)期保存,可追溯性較強(qiáng)。
           
          3 小結(jié)
          綜上所述,每種無損檢測(cè)方法的原理和特點(diǎn)各不相同,且適用的檢測(cè)對(duì)象也不一樣。在建筑鋼結(jié)構(gòu)的行業(yè)中應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的整體性能,檢測(cè)成本及被檢對(duì)象的規(guī)格、材質(zhì)、缺陷的性質(zhì)、缺陷產(chǎn)生的位置等諸多因素合理選擇無損檢測(cè)方法。一般地,選擇無損檢測(cè)方法及合格等級(jí),是設(shè)計(jì)人員依據(jù)相關(guān)規(guī)范而確定的。有的工程,業(yè)主也有無損檢測(cè)方法及合格等級(jí)的要求,這就需要供需雙方相互協(xié)商了。
          3.1 鋼結(jié)構(gòu)在加工制作及安裝過程中無損檢測(cè)方法的選擇見表1
           
          被檢對(duì)象
          檢測(cè)方法
          原材料檢驗(yàn)
          板材
          UT
          鍛件及棒材
          UTMTPT
          管材
          UTRT)、MTPT
          螺栓
          UT、MTPT
          焊接檢驗(yàn)
          坡口部位
          UT、PTMT
          清根部位
          PTMT
          對(duì)接焊逢
          RTUT)、MTPT
          角焊逢和T型焊逢
          UTRT)、PTMT
          3.2 被檢對(duì)象所適用的無損檢測(cè)方法見表2

                 
                被檢對(duì)象
                內(nèi)部缺陷
                檢測(cè)方法
                表面缺陷和近表面
                檢測(cè)方法
                發(fā)生中缺陷檢測(cè)
                RT
                UT
                MT
                PT
                ET
                AET
                鍛件
                ×
                鑄件
                壓延件(管、板、型材)
                ×
                焊逢
                ×
                缺陷分類
                內(nèi)部缺陷
                分層
                ×
                疏松
                ×
                氣孔
                縮孔
                未焊透
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