钢结构焊缝无损检测方法的应用研究

钢结构焊缝无损检测方法的应用研究

摘要：本文首先介绍了钢结构焊缝的种类及结构特性，接着探讨了目前常用的钢结构焊缝无损检测的方法及其各自的优缺点，最后针对这些问题提出了意见和建议，以推广钢结构焊缝无损检测技术的广泛应用。采用焊接连接的钢结构，提高和保证其焊接质量已成为当前焊接生产中的关键问题。为了判定焊接结构或焊件在成型后能否满足使用要求，而又不进行大面积破坏性试验的情况下，能够针对钢结构焊缝进行无损检测的技术在目前钢结构领域应用广泛。本文介绍了钢结构焊缝无损检测的几种方法以及其实际应用情况。

关键词：无损检测、钢结构、超声波探伤

一、前言

建筑钢结构由于其强度高、工业化程度高以及综合经济效益好等优点，20世纪50年代初，无损检测技术通过前苏联进入我国。作为工艺过程控制和产品质量控制的手段，如今在核电、航空、航天、船舶、海洋工程、电力、建筑钢结构等行业中得到广泛的应用，创造了巨大的经济效益和社会效益。无损检测技术是建立在众多学科之上的一门新兴的综合性技术。

焊接作为一种钢构连接的基本加工工艺方法，广泛地应用各种钢结构件中。在当代钢结构建筑业中具有十分重要的地位。焊缝质量检验是焊接质量控制的重要内容，焊缝缺陷检测又是焊接检验的主要内容。受焊接过程中各种参数稳定性的影响，焊缝有时会出现裂纹、气孔、夹渣、未熔合和未焊透等缺陷。为了保证焊接构件的质量，对焊缝缺陷进行检测、评价是很重要的，除了目测焊缝表面缺陷和成形缺陷外，通常用无损检测查找焊缝的内部缺陷。

二、钢结构中焊缝的种类及焊接结构的特性

1、焊缝的种类

钢结构焊缝起着杆件或构件间保证可靠传力的重要作用，焊缝连接最常用的几种接头形式，即对接接头、搭接接头、T形接头、角形接头和十字形接头。2、焊接结构的特性焊接结构具有的优点：钢结构建筑得到迅猛地发展和应用，与人们对其特点的充分认识和时代的发展是分不开的。（1）钢结构建筑具有以下五个方面的优势：①强度高、质量轻：钢材与其他材料相比，强度要高得多，在同样的荷载条件下，钢结构构件截面小，自重轻。②塑性和韧性好：钢结构材料具有良好的塑性，在拉力作用下，有明显的屈服域，因而不会应超载而突然断裂。而且结构材料的塑性在一定条件下，还可以利用，即可塑性设计。③材质均匀：接近各向同性实际工作性能与结构的理论假定计算吻合度高。④结构安装方便、施工期短：钢结构的构件由于是工业化生产，在建筑工地只需要拼装，

故施工速度快，工期短，从而可以使建筑物提早投入使用，发挥投资效益。⑤钢结构建材绿色环保：长期以来，钢结构较砌体结构和混凝土结构而言是十分绿色环保的。（2）焊缝连接存在的问题①受焊接时的高温影响，焊缝附近的主体金属中存在所谓“热影响区”，这个区的宽度随焊接速度和焊接所用电流强度的不同而有所变化，大致为5～6mm。热影响区内随着各部分温度的不同，其金相组织及性能也发生变化，有些部分的晶粒变粗。硬度加大而塑性与韧性降低，易导致材质变脆。②受焊接工艺及人员技术能力等因素的影响，焊缝易存在各种缺陷，如发生裂纹、边缘未熔合、根部未焊透、咬肉、焊瘤、夹渣和气孔等。

三、无损检测技术的发展历史

无损检测技术是以不损伤被检对象的结构完整性和使用性能为前提，应用物理原理和化学现象，借助先进的设备器材，对各种原材料，零部件和结构件进行有效的检验和测试，借以评价它们的完整性、连续性、致密性、安全性、可靠性及某些物理性能。无损检测经历了3个阶段，即无损探伤（Non-destructive Inspection，简称NDI）、无损检测（Non-destructive testing，简称NDT）、无损坏Non-destructive Evaluation，简称NDE）。无损探伤的含义是探测和发现缺陷。无损检测不仅仅要探测和发现缺陷，而且要发现缺陷的大小、位置、当量、性质和状态。无损评价的含义则更广泛、更深刻，它不仅要求发现缺陷，探测被检对象的结构、性质、状态，还要求获得更全面、更准确的综合信息，从而评价被检对象的运行状态和使用寿命。应用于钢结构行业中的常规无损检测方法有磁粉检测（Magnetic Testing，简称MT）、渗透检测（Penetrate Testing，简称PT）、涡流检测（Eddy current Testing，简称ET）、声发射检测（Acoustic Emission Testing，简称AET）、超声波检测（Ultrasonic Testing，简称UT）、射线检测（Radiography Testing，简称RT）。在建筑钢结构行业中，按检测缺陷产生的时机，无损检测方法可以按图1分类。

四、目前常用的无损检测方法及其优缺点

1、磁粉探伤MT：MT按测量漏磁方法的不同，分为磁粉法、磁感应法和磁记录法。其中，磁粉法是应用最广的。磁粉探伤是利用在强磁场中，铁磁性材料表层缺陷产生的漏磁场吸附磁粉的现象，进行的一种无损检验法。这种探伤方法的优点与超声波探伤类似，但磁粉探伤的缺点是只能发现磁性金属表面和接近表面的缺陷，而且只能作缺陷的定量分析，难以正确判定缺陷性质和埋藏深度。

2、渗透探伤PT：PT是利用有色染料和荧光染料的强渗透性的物理特性，以显示缺陷痕迹的一种无损探伤方法，其又称为着色探伤或荧光探伤。此法不但可以用来钢焊缝，还可用于检查不锈钢、耐候钢和铜、铝等有色金属及其合金的材料缺陷，以及其他非磁性工件的缺陷。渗透探伤的优点与超声波和磁粉探伤一样，而缺点与磁粉探伤一样，也只能发现磁性金属工件和非磁性工件表面和接近

表面的缺陷，而且也只能作缺陷的定量分析，难以正确判定缺陷性质和埋藏深度。

3、涡流探伤：ET利用电磁感应原理，检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法。其原理是用激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。按探测线圈的形状不同，可分为穿过式（用于线材、棒材和管材的检测）、探头式（用于构件表面的局部检测）和插入式（用于管孔的内部检测）三种。

4、超声波探伤UT：UT是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。焊缝超声波无损检测，对于钢结构桥梁的质量控制起到一个很重要的作用，利用超声波探测材料内部缺陷的无损检测法，称为超声波探伤。超声波探伤具有高灵敏度、操作简便、探测速度快、成本低且对人体无损伤的优点，故得到广泛应用。其缺点是该探伤方法进行定性定量的评定受探伤人员的经验和技术熟练程度的影响较大，且不直观，至今仍难达到精确评定的要求。

5、射线探伤RT：RT是利用射线穿透物体来发现物体内部缺陷的探伤方法，利用X射线或γ射线在穿透被检物各部分时强度衰减的不同，检测被检物中缺陷的一种无损检测方法。然后，根据底片上出现的缺陷形状、大小和数量，便能定量评定焊缝质量并进行分类定级，以作为产品验收的质量指标。目前对于一些对密闭性要求较高的钢结构产品，如锅炉、压力容器、大型船身等，均广泛采用射线探伤作为检验焊缝质量的重要方法。按照缺陷显示方法的不同，射线探伤除了常用的照相观察法和荧光屏观察法外，还有电离法和工业电视监察法。射线探伤的优点，是能确切地判定缺陷的形状，可靠性高，底片能长期保存存档。其缺点是射线对人体有害，检查成本高，从检查到判定所需的时间长。

五、改进措施

针对无损检测在我国建筑钢结构中应用的现状和存在的问题，应在以下几方面大力开展工作：加大各无损检测探伤方法检测涵盖的范围，使其能很好地包容各种情况下的焊缝检测，特别是要加强在建筑钢结构行业上应用很广的超声波探伤的研究。加强对代表无损检测发展方向的全息探伤方面的研究，使其能早日普及应用到现在的无损检测战线上。加强对不同缺陷类型及大小对焊缝承载力影响的研究，为制定专门针对建筑钢结构焊缝质量的分级评定标准做准备。制定专门的建筑钢结构无损检测验收评判标准。

六、结束语

本文介绍了钢结构焊缝的种类及焊缝连接存在的问题，详细的分析了常规钢结构工程焊缝无损检测方法及检测原理，希望对相关人士能够有所帮助。