金屬結構異種鋼材強度的無損檢測方法研究

王海明，張大鵬

（大連鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院有限公司，遼寧 大連 116013）

隨著建設經濟的快速發展，基礎設施的建設工作逐漸增加，而產品的質量檢驗成為了建設過程中最為重要的部分。隨著鋼材產量的不斷增加，建筑物中的鋼結構逐漸變得復雜，將不同種類的鋼材通過特殊手段結合，形成異種鋼材。在高層建筑、工業廠房以及橋梁當中都采用了異種鋼材的建設[1]。但隨著其應用范圍的擴大，造成的事故問題也逐漸顯現出來，導致嚴重的人員傷亡和經濟損失。因此，為了保證人們的生命財產安全，對于鋼結構的檢測十分重要。本文結合鋼結構宏觀與微觀兩個方面，從影響其強度的角度出發，提出一種金屬結構異種鋼材強度的無損檢測方法，替代原有對鋼結構檢測造成式樣破損的檢測方法，從而促進土木工程學科的發展。

1 金屬結構異種鋼材強度的無損檢測方法設計

1.1 采集金屬結構異種鋼材無損檢測參數

本文設計的金屬結構異種鋼材強度的無損檢測方法首先利用快速傅里葉變換方法對金屬結構異種鋼材的彈性模量進行連續的無損檢測，直接檢測出異種鋼材的長、寬、高、重量等各項參數。對于形狀規則的金屬結構異種鋼材進行無損檢測參數采集可以通過使用旋轉控制器，將其直接與被檢測試件接觸，通過改變接觸臂的拉開角度，控制金屬結構異種鋼材內部的電阻，從而產生不同類型的電壓信號[2]。為了保證檢測結果的準確性，在采集電壓信號前，需要增加信號放大裝置，將放大的信號用采集處理裝置進行采集，再利用模數變換設備對其進行處理。通過計算機對電壓信號進行控制，將根據轉換原則將電壓信號轉換為幾何參數，從而獲取形狀規則的金屬結構異種鋼材的無損檢測參數。

對于形狀不規則的金屬結構異種鋼材，仍然采用規則形狀的采集方法會使最終的檢測結果出現較大的誤差。因此，對于幾何形狀不規律的金屬結構異種鋼材可以利用兩個電荷耦合元件攝像頭實現對金屬結構異種鋼材正面及側面的參數采集。首先利用兩個電荷耦合元件攝像頭對金屬結構異種鋼材進行拍攝，將拍攝的圖像上傳到計算機當中，對圖像進行數字化處理，再通過計算機中的灰度處理軟件對圖像進行處理，并計算出圖像的最優閾值[3]。根據圖像向量法的原則對灰度圖像進行標識，從而進一步對圖像中的向量信息進行統計，并計算出符合檢測要求的金屬結構異種鋼材圖像向量總長度，再將其進行轉換，最終得到不規則金屬結構異種鋼材的無損檢測參數。

1.2 參數回歸分析強度定量計算

在進行參數回歸分析時，首先將上述采集到的大量金屬結構異種鋼材無損檢測參數進行匯總，本文采用統計學方法對數據進行匯總。通過對金屬結構異種鋼材強度進行研究得出，金屬結構異種鋼材強度與里氏硬度的數值存在正向相關的關系[4]。同時，金屬結構異種鋼材中存在一些薄壁以及尺寸較小的構件，因此在對金屬結構異種鋼材進行參數回歸分析時需要進行非線性以及線性兩種回歸方法進行。

線性回歸分析的公式為：

公式中，α表示為平均相差誤差值；K 表示為線性回歸的相關系數；表示為采集到的金屬結構異種鋼材的強度值；表示為通過回歸公式計算出的金屬結構異種鋼材的強度值。

非線性回歸分析與線性回歸分析方法相比較為復雜，需要利用二次多項式、冪指數函數等對采集到的無損檢測參數進行非線性分析。非線性回歸不存在相應的線性關系，因此沒有固定的計算公式。非線性回歸分析的具體方法為：設置回歸公式計算出的金屬結構異種鋼材的強度值與里氏硬度值之間的中間變量，該數值與里氏硬度值之間的關系存在二次多項式、冪指數函數關系，因此通過調整二者之間的關系可以得出最佳的線性關系，再將該線性關系利用上述線性回歸分析公式進行計算，從而得到相應的相關系數、顯著性水平以及平均相對誤差和相對標準差等[5]。通過上文對金屬結構異種鋼材的無損檢測參數進行回歸分析后，還需要對其進行定量計算，最終確定金屬結構異種鋼材的強度。

2 實驗論證分析

為了時本文設計的金屬結構異種鋼材強度的無損檢測方法具有更高的嚴謹性和可行性，下面將其與傳統檢測方法進行對比實驗，從而驗證兩種檢測方法的誤差率。

2.1 實驗準備

在某鋼材生產廠中隨機選取10組金屬結構異種鋼材，其中5組為不規則形狀的金屬結構異種鋼材，5組為規則形狀的金屬結構異種鋼材。規則形狀的金屬結構異種鋼材形狀為圓柱體、長度均為40mm。分別利用傳統檢測方法與本文檢測方法對10組試件的強度進行檢測。

2.2 實驗結果及分析

根據上述實驗準備完成對比實驗，并將實驗過程中產生的數據信息進行記錄，將兩種檢測結果與鋼材生產廠中金屬結構異種鋼材實際的各項數值進行比較，并將實驗結果繪制成如表1所示。

表1 兩種檢測方法檢測結果誤差率對比

表1為通過兩種檢測方法對金屬結構異種鋼材強度的檢測誤差率對比，從表1中的數據可以看出，本文檢測方法的誤差率明顯低于傳統檢測方法的誤差率，且本文檢測方法的誤差率均低于10%，因此進一步證明該方法有效提高了金屬結構異種鋼材強度的檢測精確。同時，在進行檢測過程中，傳統檢測方法對于金屬結構異種鋼材造成了嚴重的形變，導致其試件出現破損情況，因此在檢測過程中也影響了金屬結構異種鋼材強度原有的各項性能，導致檢測結果誤差增加。而本文方法在對試件進行檢測的過程中保證了試件的完整度，因此更適用于實際建設施工中對金屬結構異種鋼材強度的檢測。

3 結束語

本文根據基礎設施施工中對金屬結構異種鋼材強度檢測的需要，提出一種無損的檢測方法，并通過對比實驗的形式進一步證明了該方法的有效性。因此在未來基礎設施建設中可以增加本文檢測方法的應用，從而保障建設經濟的可持續發展。同時筆者在后續的研究中還將基于本文檢測方法的設計思路，對不同領域中其它材質的強度檢測進行更加深入的研究。