建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)分析

唐浩

廣州廣檢建設(shè)工程檢測(cè)中心有限公司 廣東 廣州 510600

引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類(lèi)新技術(shù)、新設(shè)備、新理念在建筑行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，電子測(cè)量技術(shù)、圖像處理技術(shù)、三維建模技術(shù)、計(jì)算技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了有效融合，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以其檢測(cè)速度快、對(duì)主體結(jié)構(gòu)破壞小、準(zhǔn)確度高等優(yōu)勢(shì)在建筑工程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用比較廣泛。在具體檢測(cè)中，相關(guān)人員首先要明確鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作的需求和質(zhì)量控制要求，根據(jù)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的具體情況選用實(shí)用性強(qiáng)、適用性高的無(wú)損檢測(cè)方案。

1 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

1.1 鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

顧名思義，鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為主的建筑結(jié)果，鋼材具有強(qiáng)度高、自重輕、整體剛性好等優(yōu)勢(shì)。隨著我國(guó)建筑工程行業(yè)的蓬勃發(fā)展，以鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)為主的各類(lèi)新技術(shù)、新材料在建筑工程行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)施工在大跨度、超高超重型建筑項(xiàng)目中的適用性比較高，相比傳統(tǒng)以混凝土材料為主的施工模式來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高施工效率，延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，縮短建筑工程的施工周期[1]。

1.2 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鋼材料強(qiáng)度高，自身重量輕是其主要優(yōu)勢(shì)，相比混凝土材料來(lái)說(shuō)，鋼材料的彈性模量高，密度和屈服強(qiáng)度比值低，在同等受力情況下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架截面小，運(yùn)輸、安裝便捷，可以簡(jiǎn)化施工流程，降低建筑工程施工中對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的污染。其次，鋼材料的韌性、塑性優(yōu)良，材質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)可靠性高。從具體應(yīng)用來(lái)看，使用鋼結(jié)構(gòu)的建筑主體可以提高建筑整體抗震性，實(shí)際應(yīng)用性能和工作性能與計(jì)算理論相符合。鋼結(jié)構(gòu)的制造安裝機(jī)械化程度高也是其一大優(yōu)勢(shì)，在施工前，需要根據(jù)建筑工程項(xiàng)目的施工要求，按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠S加工制造相關(guān)構(gòu)件，在施工現(xiàn)場(chǎng)完成拼裝。在加工制造工廠生產(chǎn)出來(lái)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件成品精度比較高、生產(chǎn)效率高，在施工工地拼裝速度快、工期短。

2 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)分析

2.1 磁粉檢測(cè)技術(shù)

磁粉檢測(cè)技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)中常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一，該項(xiàng)技術(shù)具有靈敏性高、成本可控、檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)勢(shì)。從該項(xiàng)技術(shù)的基本原理來(lái)看，主要是利用經(jīng)過(guò)磁化的磁性材料，磁化材料內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)增大，磁力線的密度會(huì)被增大成百上千倍。從鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工和應(yīng)用情況來(lái)看，焊縫是連接鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件最基本、最常見(jiàn)的方式，焊縫質(zhì)量的好壞直接影響著鋼結(jié)構(gòu)的施工安全，也決定著鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的使用壽命。受到鋼結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、施工工藝、焊接方式等多方面因素的影響，焊縫的連接會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)性，應(yīng)用磁粉檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)焊縫時(shí)，在檢測(cè)到焊縫連接的不連續(xù)性時(shí)磁性材料會(huì)發(fā)出磁力線變形，部分磁力線會(huì)從焊縫的表面逸出，這部分慈利線會(huì)形成漏磁場(chǎng)。磁粉檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵在于，當(dāng)焊縫存在不連續(xù)的問(wèn)題時(shí)，漏磁場(chǎng)會(huì)與磁粉產(chǎn)生相互作用，此時(shí)磁粉會(huì)在出現(xiàn)缺陷的焊縫周邊堆積，形成磁痕，利用磁痕可以實(shí)現(xiàn)焊縫缺陷數(shù)量、種類(lèi)的判斷和的識(shí)別，最終完成鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量的判斷和檢測(cè)。結(jié)合磁粉檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)雖然具備的多種優(yōu)勢(shì)，但也存在一定的局限性，磁粉檢測(cè)技術(shù)原理磁力線的逸出形成漏磁場(chǎng)，只適用于檢測(cè)焊縫表面和近表面的缺陷，無(wú)法根據(jù)磁痕準(zhǔn)確判斷焊縫缺陷類(lèi)型和焊縫問(wèn)題的具體位置，此外，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、全面性會(huì)受到被檢構(gòu)建的尺寸、形狀的影響，檢測(cè)人員在確定檢測(cè)方案，應(yīng)用磁粉檢測(cè)技術(shù)時(shí)候，要了解該項(xiàng)技術(shù)的適用場(chǎng)景，明確優(yōu)勢(shì)和存在的局限性才能保證檢測(cè)質(zhì)量[2]。

2.2 滲透檢測(cè)技術(shù)

滲透檢測(cè)技術(shù)的原理是使用著色染料或熒光染料具有強(qiáng)滲透性的作用判斷焊縫中的缺陷位置。在具體檢測(cè)中，首先要在焊縫表面涂抹含有染色料的滲透液，在毛細(xì)作用下，滲透液涂抹在焊縫表面之后會(huì)滲入到存在焊接缺陷的部位，當(dāng)滲透充分之后，利用顯像劑可以使?jié)B入到缺陷中的滲透液在毛細(xì)作用下滲回到顯像劑中，檢測(cè)人員可以通過(guò)紫外線的作用觀察焊縫部位的滲透痕跡，從而判斷和評(píng)估缺陷的具體特征，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)主體的質(zhì)量檢測(cè)和焊縫檢測(cè)。結(jié)合滲透檢測(cè)技術(shù)在建筑工程鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中的具體應(yīng)用來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用成本低、檢測(cè)結(jié)果比較直觀等多方面的優(yōu)勢(shì)，但是由于著色染料和熒光染料的滲透需要人工進(jìn)行操作，機(jī)械化程度不足，不能大范圍、大面積展開(kāi)檢測(cè)。此外，在具體檢測(cè)和操作過(guò)程中受到人為因素、檢測(cè)環(huán)境、待檢構(gòu)件表面狀況等方面的影響因素比較大，人為操作失誤、操作流程不規(guī)范都會(huì)對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果的全面性、完整性造成很大的干擾。滲透檢測(cè)技術(shù)的適用場(chǎng)景也存在一定的局限性，只能用于焊縫表面開(kāi)口缺陷位置處的檢測(cè)，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)表面不開(kāi)口缺陷和內(nèi)部缺陷。

2.3 超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

超聲檢測(cè)技術(shù)是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中最常用、最常見(jiàn)的檢測(cè)技術(shù)之一。超聲檢測(cè)技術(shù)的原理是利用頻率大于2000Hz的機(jī)械波在待檢鋼結(jié)構(gòu)中發(fā)生反射、透射、衍射、波形轉(zhuǎn)換等物理現(xiàn)象，超聲波的優(yōu)勢(shì)在于穿透性強(qiáng)、能量高、指向性好。相比上述幾種鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用的對(duì)檢測(cè)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)、責(zé)任意識(shí)、綜合能力要求較高，檢測(cè)人員要持有無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)資格證書(shū)，熟練掌握超聲檢測(cè)的基本知識(shí)，同時(shí)明確金屬材料類(lèi)型和鋼結(jié)構(gòu)焊接相關(guān)方面的知識(shí)，具有豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在建筑工程鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用檢測(cè)人員要了解建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的荷載特征、焊縫類(lèi)型、焊縫質(zhì)量等級(jí)和檢驗(yàn)等級(jí)等資料信息，在此基礎(chǔ)上才能科學(xué)、合理的選用超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，保證檢測(cè)靈敏度設(shè)定的實(shí)用性。在具體檢測(cè)工作開(kāi)展中，首先要根據(jù)建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量要求、標(biāo)準(zhǔn)要求和對(duì)構(gòu)件荷載力、焊接縫的完整性要求確定超聲波檢測(cè)方案，明確焊縫探頭移動(dòng)范圍，探頭折射角范圍等檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和要求。此外，要做好焊縫檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作，要保證所檢測(cè)焊縫表面的清潔度，有些情況下還要對(duì)焊縫表面進(jìn)行打磨操作，超聲波檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)需要應(yīng)用到各類(lèi)精密度高、靈敏度好的精密儀器，機(jī)械化程度較高，可適用于各種條件、環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)。鋼結(jié)構(gòu)焊縫中出現(xiàn)危害性高、范圍廣的缺乏問(wèn)題時(shí)，利用該項(xiàng)技術(shù)可以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率，所使用的設(shè)備便于攜帶，超聲波的發(fā)射不會(huì)對(duì)人體造成損害，也不會(huì)污染周?chē)h(huán)境[3]。

2.4 射線檢測(cè)技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也越發(fā)成熟，檢測(cè)人員要根據(jù)建筑工程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)工作的需求，從檢測(cè)周期、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度、檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用成本、檢測(cè)效率等方面出發(fā)，通過(guò)綜合考慮確定檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，制定切實(shí)可行的鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方案。其中，射線檢測(cè)法也是常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，射線檢測(cè)技術(shù)的原理是利用射線的穿透性和直線性，在實(shí)際檢測(cè)中，一般利用γ射線或X射線對(duì)待檢鋼結(jié)構(gòu)的焊接位置進(jìn)行照射。當(dāng)發(fā)射的射線穿焊縫之后作用在承接物上，通常是照射在熒光屏上，再根據(jù)的承接物上出現(xiàn)的缺陷形狀、大小和數(shù)量對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并進(jìn)行分類(lèi)定級(jí)。在應(yīng)用該方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，記錄源一般采用膠片，射線材料透過(guò)在膠片上形成陰影，鋼結(jié)構(gòu)中存在缺陷的部位吸收射線的能力與正常部位存在差異，當(dāng)射線穿透需檢測(cè)的部位時(shí)，吸收射線能力的差異性會(huì)具體、清晰的反應(yīng)在膠片上，根據(jù)圖像呈現(xiàn)出來(lái)的差異性就可以評(píng)估、判斷缺陷的具體位置和外形信息。建筑工程鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，除了上述幾種檢測(cè)技術(shù)之外，三維激光掃描技術(shù)、直接觀測(cè)法的應(yīng)用也比較常見(jiàn)。相比之下，射線檢測(cè)技術(shù)是定性、定量最為標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在內(nèi)部體積型缺陷類(lèi)型中的比較適用，但也存在一定的不足，射線探傷機(jī)的價(jià)格昂貴，射線檢測(cè)法的應(yīng)用成本高，射線會(huì)對(duì)人體造成傷害，對(duì)操作環(huán)境要求較高，檢測(cè)人員要明確不同無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和不足，根據(jù)質(zhì)量檢測(cè)的具體需求選用實(shí)用性高、可行性強(qiáng)的檢測(cè)技術(shù)才能保證鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的整體質(zhì)量，為我國(guó)建筑行業(yè)的創(chuàng)新、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。由此來(lái)看，建筑工程鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)工作包含的檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)方案和檢測(cè)手段比較多，不同鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、不足和使用成本存在很大的差異，檢測(cè)人員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢(shì)，確定檢測(cè)方案，明確不同無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的適用范圍，從檢測(cè)效率、應(yīng)用成本、檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度、檢測(cè)周期等多方面出發(fā)，進(jìn)行綜合考慮，以提高最終檢測(cè)結(jié)果的全面性、有效性，充分發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)施工模式廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，以促進(jìn)建筑行業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定、長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

3 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

3.1 自動(dòng)化

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的自動(dòng)化主要是指檢測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化，從建筑工程鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作的實(shí)踐情況來(lái)看，傳統(tǒng)的磁粉檢測(cè)技術(shù)和滲透檢測(cè)技術(shù)，現(xiàn)代化的超聲波檢測(cè)以及射線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用都需要人工輔助，智能化、自動(dòng)化程度相對(duì)不足。建筑工程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)工作是一項(xiàng)復(fù)雜性、系統(tǒng)性、持續(xù)性的工程，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度、完整性和全面性要求較。有些情況下，受到檢測(cè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)技能、綜合能力等方面的影響，可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)細(xì)節(jié)性問(wèn)題管控不到位，采用人工輔助的方式會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果最終的準(zhǔn)確性，在有些特殊檢測(cè)中還會(huì)對(duì)人體健康造成影響，耗費(fèi)大量的人力成本，幾乎上述現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，研發(fā)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向，可以避免的超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)等內(nèi)容給操作人員生命健康造成的損害，同時(shí)也能起到節(jié)省人力成本、推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的作用[4]。

3.2 智能化

在信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展必然要與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)深度融合，鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)工程中包含的數(shù)據(jù)類(lèi)型比較多，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)管理難度大，智能化發(fā)展是指檢測(cè)數(shù)據(jù)信息化處理的智能化。目前使用的檢測(cè)技術(shù)工作原理都是以熱學(xué)、聲學(xué)和電磁學(xué)等物理學(xué)的基本知識(shí)，容易受到檢測(cè)設(shè)備自身的影響，對(duì)檢測(cè)結(jié)果、數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確度、完整性造成影響。根據(jù)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特征和應(yīng)用場(chǎng)景，將智能化技術(shù)和系統(tǒng)與無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，可以緩解噪音干擾造成的影響，提高數(shù)據(jù)處理的完整性、準(zhǔn)確性和全面性。根據(jù)無(wú)損檢測(cè)獲得的數(shù)建立特定的數(shù)據(jù)庫(kù)，利用專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，都是數(shù)據(jù)信息處理智能化發(fā)展方向的具體體現(xiàn)。

3.3 信息全面化

上文提到的磁粉無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、滲透檢測(cè)技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用雖然相對(duì)比較成熟，但在具體實(shí)踐應(yīng)用中都存在一定的不足，磁粉無(wú)損檢測(cè)技術(shù)只能對(duì)焊縫表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法將檢測(cè)范圍延伸到構(gòu)件內(nèi)部，各類(lèi)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)或多或少都存在一些局限性和不足，針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，加強(qiáng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與信息技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的有效融合，通過(guò)多種手段相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫缺陷表面的檢測(cè)，可以獲得較為完整的焊縫缺陷信息[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，建筑行業(yè)的發(fā)展走上了快車(chē)道，在科學(xué)技術(shù)、工業(yè)技的支持下，鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，在焊接過(guò)程中，建筑構(gòu)件不可避免地會(huì)出現(xiàn)表面氣孔、燒穿、未完全熔合等諸多問(wèn)題，會(huì)給建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全性造成隱患。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以準(zhǔn)確、及時(shí)、全面的檢測(cè)焊縫存在的問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的分析，有助于推動(dòng)建筑鋼結(jié)構(gòu)施工安全發(fā)展。