摘　要：本文介紹了常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制中的作用、重要性以及四種常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)；無(wú)損檢測(cè)；滲透檢測(cè)；磁粉檢測(cè)；射線照相檢測(cè)；超聲檢測(cè)

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)狀

近20年來(lái)，由于國(guó)家的大力支持和市場(chǎng)的旺盛需求，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅猛，被稱為建筑行業(yè)的“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”。各類鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，但專業(yè)技術(shù)人員相對(duì)匱乏，工程質(zhì)量控制水平低下，以至于在一些鋼結(jié)構(gòu)工程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理現(xiàn)象，甚至造成了許多工程質(zhì)量事故，損失慘重。

2 無(wú)損檢測(cè)方法的重要性

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(wú)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(wú)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。

焊接作為建筑鋼結(jié)構(gòu)主要連接方式之一，其質(zhì)量的好壞對(duì)整個(gè)工程起著舉足輕重的作用。國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)方面的專家對(duì) 2008年汶川大地震中鋼結(jié)構(gòu)工程的破壞形式總結(jié)如下：

1）框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁柱焊接連接破壞；

2）豎向支撐的整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)；

3）柱腳焊縫破壞及錨栓失效。

由以上原因可以看出控制焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

焊縫質(zhì)量分為：外觀缺陷、焊縫尺寸、表面缺陷、近表面缺陷和內(nèi)部缺陷。其中外觀缺陷、焊縫尺寸主要用量具、目視來(lái)檢驗(yàn)，表面缺陷、近表面缺陷和內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)則主要通過(guò)無(wú)損檢測(cè)來(lái)完成。

3 無(wú)損檢測(cè)概述

無(wú)損檢測(cè)（Nondestructive Testing,縮寫為NDT），就是研發(fā)和應(yīng)用各種技術(shù)方法，以不損害被檢對(duì)象未來(lái)用途和功能的方式，為探測(cè)、定位、測(cè)量和評(píng)價(jià)缺陷，評(píng)估完整性、性能和成分，測(cè)量幾何特征，而對(duì)材料和零（部）件所進(jìn)行的檢驗(yàn)、檢查和測(cè)試。根據(jù)物理原理的不同，無(wú)損檢測(cè)方法多種多樣。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中最普遍采用的有滲透檢測(cè)(PT)、磁粉檢測(cè)（MT）、射線照相檢測(cè)（RT）和超聲檢測(cè)（UT）。其中，射線照相檢測(cè)和超聲檢測(cè)主要用于檢測(cè)內(nèi)部缺陷，磁粉檢測(cè)主要用于檢測(cè)表面和近表面缺陷，滲透檢測(cè)只能用于表面開(kāi)口缺陷。

4 常用無(wú)損檢測(cè)方法的原理、適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

4.1滲透檢測(cè)

液體滲透檢測(cè)（Liquid Penetrant Testing，PT）是基于毛細(xì)管現(xiàn)象揭示非多孔性固體材料表面開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。簡(jiǎn)稱滲透檢測(cè)。

將滲透液借助毛細(xì)管作用滲入工件的表面開(kāi)口缺陷中，用去除劑清除掉表面多余的滲透液，將顯像劑噴涂在被檢表面，經(jīng)毛細(xì)管作用，缺陷中的滲透液被吸附出來(lái)并在表面顯示。

滲透檢測(cè)的基本步驟：預(yù)處理、滲透、去除、干燥、顯像和后處理。

滲透檢測(cè)方法：熒光滲透檢測(cè)和著色滲透檢測(cè)。滲透檢測(cè)適用于表面裂紋、折疊、冷隔、疏松等缺陷的檢測(cè)，被廣泛用于鐵磁性和非鐵磁性鍛件、鑄件、焊接件、機(jī)加工件、粉末冶金件、陶瓷、塑料和玻璃制品的檢測(cè)。在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中主要用于鍛件、鑄件、焊接件和奧氏體不銹鋼的表面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)。

滲透檢測(cè)在使用和控制方面都相對(duì)簡(jiǎn)單。滲透檢測(cè)所使用的設(shè)備可以是分別盛有滲透液、去除劑、顯像劑的簡(jiǎn)單容器組合，也可以是復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)處理系統(tǒng)。

滲透檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是：顯示直觀；操作簡(jiǎn)單；滲透檢測(cè)的靈敏度很高，可檢出開(kāi)口小至1μm的裂紋。滲透檢測(cè)的主要局限是：它只能檢出表面開(kāi)口缺陷；粗糙表面和孔隙會(huì)產(chǎn)生附加背景，從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果的識(shí)別產(chǎn)生干擾；對(duì)零件和環(huán)境有污染。

4.2磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)（Magnetic Particle Testing，MT）是基于缺陷處漏磁場(chǎng)與磁粉的相互作用而顯示鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。

當(dāng)被檢材料或零件被磁化時(shí)，表面或近表面缺陷處由于磁的不連續(xù)而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)；漏磁場(chǎng)的存在，亦即缺陷的存在，借助漏磁場(chǎng)處聚集和保持施加于工件表面的磁粉形成的顯示（磁痕）而被檢出；磁痕指示出缺陷的位置、尺寸、形狀和程度。施加于工件表面的磁粉可以是干磁粉，也可以是置于載液（例如水載液、油基載液和乙醇載液）中的濕磁粉。

磁粉檢測(cè)的基本步驟是：預(yù)處理、磁化工件、施加磁粉或磁懸液、磁痕分析與評(píng)定、退磁和后處理。

磁粉檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)的主要缺陷有：各種裂紋、夾雜（含發(fā)紋）、夾渣、折疊、白點(diǎn)、分層、氣孔、未焊透、疏松、冷隔等。

磁粉檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是：顯示直觀；檢測(cè)靈敏度高，可檢測(cè)開(kāi)口小至微米級(jí)的裂紋；設(shè)備簡(jiǎn)單（主要設(shè)備為磁粉探傷機(jī)），操作簡(jiǎn)便，結(jié)果可靠，價(jià)格便宜；磁粉檢測(cè)的主要局限是：只能檢測(cè)鐵磁性材料的表面和近表面缺陷，而不適用于非鐵磁性材料。某些應(yīng)用中，還要求探傷之后給被檢件退磁。

4.3射線照相檢測(cè)

射線照相檢測(cè)（Radiographic Testing，RT）是基于被檢件對(duì)透入射線（無(wú)論是波長(zhǎng)很短的電磁輻射還是粒子輻射）的不同吸收來(lái)檢測(cè)零件內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。

由于零件各部分密度差異和厚度變化，或者由于成分改變導(dǎo)致的吸收特性差異，零件的不同部位會(huì)吸收不同量的透入射線。這些透入射線吸收量的變化，可以通過(guò)專用底片記錄透過(guò)試件未被吸收的射線而形成黑度不同的影像來(lái)鑒別。根據(jù)底片上的影像，可以判斷缺陷的性質(zhì)、形狀、大小和分布。

射線照相檢測(cè)主要適用于體積型缺陷，如氣孔、疏松、夾雜等的檢測(cè)，也可檢測(cè)裂紋、未焊透、未熔合等。工業(yè)應(yīng)用的射線檢測(cè)技術(shù)有三種：X射線檢測(cè)、γ射線檢測(cè)和中子射線檢測(cè)。其中使用最廣泛的是X射線照相檢測(cè)，主要設(shè)備是X射線探傷機(jī)，其核心部件是X射線管，常用管電壓不超過(guò)450kV，對(duì)應(yīng)可檢鋼件的最大厚度約70～80㎜；當(dāng)采用加速器作為射線源時(shí)，可獲得數(shù)十兆電子伏的

高能X射線，可檢測(cè)厚度500～600㎜的鋼件。

射線照相檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是：可檢測(cè)工件內(nèi)部的缺陷，結(jié)果直觀，檢測(cè)對(duì)象基本不受零件材料、形狀、外廓尺寸的限制：主要局限是：三維結(jié)構(gòu)二維成像，前后缺陷重疊；被檢裂紋取向與射線束夾角不宜超過(guò)10°，否則將很難檢出。

射線的輻射生物效應(yīng)可對(duì)人體造成損傷，必須采取妥善的防護(hù)措施；成本高，要有高素質(zhì)的操作和評(píng)片人員。

4.4超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)（Ultrasonic Testing，UT）是利用超聲波（常用頻率為0.5～25MHz）在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生反射的性質(zhì)來(lái)檢測(cè)缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。

對(duì)透過(guò)被檢件的超聲波或反射的回波進(jìn)行顯示和分析，可以確定缺陷是否存在及其位置以及嚴(yán)重程度。超聲波反射的程度主要取決于形成界面材料的物理狀態(tài)，而較少取決于材料具體的物理性能。例如：在金屬/氣體界面，超聲波幾乎產(chǎn)生全反射；在金屬/液體和金屬/固體界面，超聲波產(chǎn)生部分反射。產(chǎn)生反射界面的裂紋、分層、縮孔、發(fā)紋、脫粘和其他缺陷易于被檢出；夾雜和其他不均勻性由于產(chǎn)生部分反射和散射或產(chǎn)生某種其他可檢效應(yīng)，也能夠被檢出。具體檢測(cè)方法主要有脈沖回波法和超聲穿透法，其中以超聲脈沖回波法應(yīng)用最廣。

基本的缺陷顯示方式有三種：顯示缺陷深度和缺陷反射信號(hào)幅度的A型顯示（A掃描）、顯示缺陷深度及其在縱截面上分布狀態(tài)的B型顯示（B掃描）、以及顯示缺陷在平面視圖上分布的C型顯示（C掃描）。

超聲檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是：適用多種材料與制件的檢測(cè)；可對(duì)大厚度件（如幾米厚的鋼件）進(jìn)行檢測(cè)：能對(duì)缺陷進(jìn)行定位；設(shè)備輕便，可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。主要局限是：常用的縱波脈沖發(fā)射法存在盲區(qū)，表面與近表面缺陷難以檢測(cè)；試件形狀復(fù)雜對(duì)檢測(cè)可實(shí)施性有較大影響；為耦合傳感器，要求被檢面光滑。要有參考標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)者需要較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

5 小 結(jié)

綜上所述，每種無(wú)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)象的用途、受力情況、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(wú)損檢測(cè)方法。一般地，選擇無(wú)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)主對(duì)無(wú)損檢測(cè)方法及合格等級(jí)有相應(yīng)要求，這就需要供需雙方相互協(xié)商了。

鋼結(jié)構(gòu)在加工制作及安裝過(guò)程中無(wú)損檢測(cè)方法的選擇見(jiàn)表1：

表1 無(wú)損檢測(cè)方法

參考文獻(xiàn)

[1] 郭冰，雷淑忠 鋼結(jié)構(gòu)的檢測(cè)鑒定與加固改造[M]。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006。

[2] 汶川地震建筑震害調(diào)查與災(zāi)后重建分析報(bào)告[M]。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008。

[3] 王自明，張引 無(wú)損檢測(cè)綜合知識(shí)[M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009。

 （河南省基本建設(shè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究院有限公司，鄭州 450000）