無損檢測新技術的分析及其在鋼結構橋梁中應用的研究

梁啟亮

[摘要]本文詳細介紹了鋼結構橋梁中常用的五種常規無損檢測新技術，重點分析各個檢測技術的優最與缺點，并探討了各自的應用范圍，最后對各自在鋼結構橋梁中的應用加以總結，以供有關人士參考。

[關鍵詞]無損檢測；鋼結構；橋梁；新技術

橋梁鋼結構應用廣泛，然而，也有在重點項目中發生嚴重質量事故的情況，橋梁鋼結構的可靠性與安全性越來越受到關注，其主要是來源于設計，其質量與加工制作、現場安裝、原材料等息息相關。需要特別注意的是焊接質量，尤其嚴格遵守相關標準，在整個加工制作與安裝現場的過程中必須要非常警惕，以不損傷被檢測對象的條件下，應用先進的物理或者化學方法，同時結合目前的設備器材與技術，檢查和測試對象的表面結構、狀態及內部的缺陷。

1.無損檢測技術概述

無損檢測技術主要目的是為了保障使用過程中的安全、降低生產成本、保證產品質量、改進制造工藝等，橋梁鋼結構中應用比較廣泛的有五種常規無損檢測技術，現對其逐個介紹。

（1）射線檢測。射線檢測技術早在二十世紀三十年代初期就已經在工業產品檢驗中廣泛應用了，現已發展為較為成熟的一種無損檢測技術。目前，射線檢測應用于各個領域，包括機械、航天、石油、電子等。線強度會發生不同程度的衰減，當其穿過物體時，而其衰減的程度與穿過物體的物理、化學性質相關。假若物體內部存在一定的缺陷，就會對射線產生衰減作用，將會導致無缺陷區域與有缺陷缺陷區域產生差異，只要采用相關技術檢測這種差異，就可以判斷出缺陷的程度。射線檢測的方式多種多樣，主要有三種：x射線照相；y射線照相；中子射線照相。在橋梁結構中，x射線應用相對較多。射線檢測在所有的材料中都可使用，底片可以記錄缺陷的圖像，可以精確定性，并且長期保存。但是，鋼板、鍛件、鋼管中一般不用射線檢測，射線檢測也應用于焊接接頭的檢測，不過其檢測效率不高，成本很高。其優點為無損性，簡單方便實用，具有其他檢測手段無可比擬的優勢，并且應用范圍廣闊，底片可長期保存，方便日后用于相關事故的分析，可以清晰地顯示直觀圖像等。但是，其也有一定的弊端，射線檢測對人體有一定程度的損傷，有不良反應，也會對環境造成一定的污染；用于顯示圖像的特殊液體不易回收，對環境產生較大的污染，必須要采取適當的防護措施。

（2）滲透檢測。一般而言，針對非多孔材料表面尺寸相對較小、目視難以辨別的缺陷，可以采用滲透檢測技術。滲透檢測的過程為采用滲透劑對檢測對象進行滲透，滲透劑可以進入材料的缺陷內部，然后將表面多余的滲透劑清除干凈，并且對試件進行干燥處理，同時添加一定的顯象劑，而顯象劑在毛細現象的作用下會吸附缺陷內部的滲透劑，通過光源可以在缺陷部位顯示滲透劑的痕跡，進而判斷出缺陷的形貌特征。滲透技術有許多優點，例如檢測靈敏度相對較高、檢測技術操作簡單、直觀顯示。滲透檢測只能用于工件表面缺陷的檢測，對試件的光潔度與檢測人員的視力有著非常高的要求。

（3）渦流檢測。鋼鐵、石墨、有色金屬等導電特性的材料一般采用渦流檢測技術，其可以檢測這些材料的表面及近表面的缺陷結構。渦流檢測技術的過程為：在導電體附近放置通有交流電的線圈，此時線圈附近將會產生交變的磁場進而感應導電體產生渦流，而渦流的物理特性與導電體內的缺陷息息相關，可以利用渦流的這種差異性來檢測出材料表面及近表面的缺陷結構特征。渦流檢測的優點為：檢測成本相對較低，檢測速度快，操作相對簡單。然而，渦流檢測只能適用于導電體，針對形狀復雜的試件很難應用，其還受到滲透深度的限制，故只能對薄壁試件進行檢測。

（4）超聲波檢測。超聲波檢測技術是應用較為廣泛的一項檢測技術，其原理為超聲波對材料內部缺陷中傳播的基本物理特性發生改變，其頻率范圍一般在0.626MHz。超聲波檢測的基本流程為：將超聲波以特定的方式引入到被檢測對象中，或者誘導被檢測對象自身產生一定的超聲波；進一步，超聲波在被檢測對象內部傳播時會發生變化，會誘導其傳播方向或者速度等方面的變化；其次，發生改變的超聲波被檢測工具捕捉到，并且顯示出來；最后，檢測設備對超聲波進行特征分析，判別出材料內部的缺陷結構特征。當然如果采用表面波對金屬表面進行檢測，一般需要進行專業的培訓才可以進行操作和檢測結果的評判。軸的表面波檢測通常只可以檢測表面缺陷，例如軋輥離始波越遠，體現在超聲波探傷儀上的屏幕上就是聲程大?。ň嚯x始波的距離）。橋梁鋼結構中，超聲波檢測技術應用廣泛，其檢測成本較低，效率極高，能夠對材料內部缺陷進行精確定位；但是其檢測結果通常會有一定的誤差，對檢測人員的檢測水平要求較高。

（5）磁粉檢測。磁粉檢測技術通常只針對于橋梁鋼結構中的鐵磁性材料，并且只能檢測其表面及近表面的缺陷。在外加磁場的作用下，鐵磁性材料工件被磁化后產生磁場，假若試件的表面及近表面存在一定缺陷，產生的磁場就會發生漏磁，吸附工件表面的磁粉，在特定光源的照射下會形成可見的磁痕，顯示出相應的不連續性特征。磁粉檢測技術的優點為：使用方便、檢測結果直觀、成本較低、檢測效率高。

2.鋼結構橋梁中的檢測內容

橋梁鋼結構的受損狀況，一般主要是指各個相關結構及其相應材料是否產生相關缺陷的程度，它對于橋梁的狀態，是判斷其好壞的一項重要指標。

（1）檢驗橋梁鋼結構表面涂層狀況。主要查看油漆圖層的完整程度，特別要注意是否存在剝落、銹斑、起皮等現象；尤其是要檢查積水、不透風的地方。假若存在銹蝕比較嚴重的區域，此時需要檢測鋼板的剩余厚度，分析其斷面尺寸對相關結構是否造成影響。

（2）檢驗鋼結構中缺陷情況。檢查鋼結構中是否存在裂紋、硬傷、穿孑L等缺陷。特別是需要結構連接處的位置，結構受損往往會產生應力集中，進而導致結構的使用壽命嚴重下降，威脅整體的安全性。

（3）檢驗焊縫。橋梁鋼結構的連接方式多種多樣，但其中最為常見的為焊接接頭，焊接接頭質量的好壞直接關系鋼結構的安全程度，對整個橋梁鋼結構質量產生很大影響。要特別檢查大環形焊縫，也就是位于一個截面內底板周圍的焊縫，以及u形肋的焊縫。

（4）檢查鋼結構構件的平直度。要嚴格控制承重桿的彎曲矢度，將其限制在相關桿件的長度千分之一，而拉桿的彎曲矢度必須控制桿件長度千分之二，假若大于相應數值，必須要考慮其彎曲程度對結構產生影響。

（5）查看鉚釘頭。主要檢測鉚釘頭的銹蝕情況，以及松動狀況。針對高強度的螺栓，主要查看其是否斷裂，完整程度如何，以及松動情況；必須嚴格限制相關節點滑移引起的拱度變化；檢測銹蝕的影響，判斷是否對摩擦力造成一定的降低，假若影響嚴重，則要及時采取相關措施進行防止。

3.無損檢測新技術在鋼結構橋梁中的應用

3.1無損檢測技術的應用

無損檢測技術，它包括Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四個等級。無損檢測人員能力分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級。Ⅰ級主要是從事初級無損檢測工作，Ⅱ級人員出具檢測報告和無損檢測工藝的編制，Ⅲ級人員是最高級別，主要負責無損檢測工藝的編制、報告的審核、無損檢測系統的建立等。橋梁鋼結構的連接方式多種多樣，但其中最為常見的為焊接接頭，焊接接頭質量的好壞直接關系鋼結構的安全程度，對整個橋梁鋼結構質量產生很大影響。在焊接接頭的過程中，往往由于人為因素或者系統誤差等相關因素造成不同程度的缺陷。產生的缺陷類型多種多樣，但總體來說主要有兩種，即表面缺陷與內部缺陷。表面氣孔、咬邊等都屬于表面缺陷；而氣孔、裂紋、未焊透等則屬于內部缺陷。超聲波檢測技術檢測橋梁鋼結構中的多個部位，其中最重要的便是檢測焊接接頭的質量。也可以采用射線檢測，對缺陷進行定量化分析。

3.2無損檢測技術仿真分析

近年來，法國、瑞典與美國是世界上首先開展無損檢測技術模擬方面的研究，現階段國內運用較多的軟件為法國開發的CIVA，瑞典的sim2SUNDT，以及加拿大開發的Imagine3D，還有美國的UT2Sim，Virtu2al NDE，Wave3000 Pro等。現階段商用比較廣泛的為法國的CIVA軟件。該軟件是由法國原子能委員會開發的，可以對多種檢測技術數值方針，并且運用較短的時間就可以將缺陷特征仿真出來，滿足工業上的需求。該軟件可以對檢測技術的優化提供幫助，檢驗檢測技術的能力。仿真軟件的兩項主要功能為超聲檢測聲場計算及模擬和各類缺陷與超生長之間的相互作用模擬。其中，超聲檢測聲場模擬是由于被檢測對象在幾何形狀上多種多樣，這樣就導致了探頭只能在特定的區域內檢測，受到了一定限制，此時就需要我們對相關檢測區域進行仿真與模擬，從而達到優化缺陷的目的。而各類缺陷與超聲場之間的相互作用被模擬后，可以在被檢測對象內部任意位置設置不同類型的缺陷，進而對缺陷反映的各項信號進行分析，為現場實際提供一定的參考價值。

4.結語

綜上所述，各個檢測技術都有其優點與缺點，各不相同。必須要結合現場實際條檢測，同時考慮被檢測對象的特征與結構整體的性能，科學合理地選擇具有針對性的無損檢測手段。其可靠性與安全性與人民群眾的生活密切相關，無損檢測技術能夠對其進行檢測與評估，是保證其安全的重要手段之一。除了上述介紹的檢測技術外，會發展出更加先進更加精確的無損檢測技術。隨著國民經濟的迅速發展，它們會為推動檢測技術的進步而貢獻力量。