無損檢測技術在鋼結構廠房檢測中的應用

張 明，田 濤

（淄博市產品質量監督檢驗所，山東淄博 255063）

0 引言

鋼結構工程因其工業化程度高、施工周期短、結構特性佳等特點，廣泛應用于生產、辦公、倉儲等廠房建設中，具有良好的綜合經濟效益。隨著鋼結構廠房應用需求與建設規模的不斷增加，廠房的建筑質量與建筑安全正越來越受到施工方與使用方的廣泛關注，而焊接與焊縫質量是鋼結構工程建筑質量控制的關鍵因素之一。企業施工過程中，在規范焊接工藝及焊接流程的同時，做好焊縫質量的檢測，是保障和提升鋼結構工程質量與可靠性的有效手段［1］。其中，以不損傷被測對象性能為前提的無損檢測技術，可利用超聲、射線、電磁、滲透等方法，實現對被測對象的缺欠及不均勻性進行無損害的探傷、檢測和評價，對其缺欠進行定量、定位和定性，與傳統的鋼結構廠房焊縫檢測技術相比，能夠規避被測對象檢測后的修復處理流程，在檢測效率、規范性和破壞性等方面都具有明顯的優勢，在工程上正逐步得到廣泛應用，成為檢驗和控制鋼結構焊接質量的有效手段［2］。

1 鋼結構廠房無損檢測技術類型

目前，鋼結構廠房材料及焊縫質量檢測中常用的無損檢測技術類型主要包括超聲波檢測、射線檢測、磁粉檢測、渦流檢測和滲透檢測，其中，超聲波與射線檢測主要實現對被測對象內部缺欠的識別，而磁粉、渦流和滲透檢測主要針對被測對象表面與近表面缺欠的檢驗［3－6］。

1.1 超聲波檢測技術

超聲波檢測（Ultrasonic Testing，UT）是利用超聲檢測儀超聲波的反射和透射特性，對于鋼結構等金屬材料的檢驗，常用頻率范圍為1～5 MHz，可對焊縫中的裂紋、未焊透、未熔合、夾渣氣孔等缺欠進行檢測，并測定缺欠的埋藏深度和自身高度。超聲波穿透力強、檢測設備輕便、檢測成本低、檢測效率高，能即時獲取檢測結果，實現自動化檢測和永久性記錄。同時，超聲波檢測從檢測對象的材料、制造工藝、形狀尺寸、缺欠特點等方面來講都具有廣泛的適用性，因此成為工業無損檢測領域應用最為普遍的方法之一。該技術的局限性在于較難檢測出形狀復雜或表面粗糙工件以及粗晶材料中的缺欠，較難判定缺欠的性質。

1.2 射線檢測技術

射線檢測（Radiographic Texting，RT）是利用X 射線或γ射線輻照鋼結構的焊縫部位，并在試件背面感光底片上獲得能夠反映射線吸收特性差異的黑度影像，從而通過射線的衰減程度來檢測焊縫中未焊透、氣孔、夾渣等缺欠。射線的吸收特性差異取決于材料的厚度與密度差，可評定缺欠的種類和形狀，定位準確，顯示直觀。射線檢測的局限性在于其成本較高，較難檢測出焊縫中的細小裂紋和未熔合，同時在檢測過程中還需特別注意操作人員的射線輻射防護安全。

1.3 磁粉檢測技術

磁粉檢測（Magnetic Particle Testing，MT）是利用漏磁場與磁粉來檢測鐵磁材料表面和近表面不連續的一種無損檢測方法，檢測程序主要包括預處理、磁化、施加磁粉或磁懸液、磁痕的觀察與記錄、缺欠評級、退磁和后處理等。磁粉是具有高磁導率、低矯頑力和低剩磁的鐵磁粉末，當利用磁粉探傷設備將被檢工件磁化時，會在其近表面缺欠處產生漏磁場，磁粉會在漏磁場處被吸附而顯示磁痕，進而可快速識別缺欠的位置、形貌和嚴重程度，并可對焊接質量進行分級。該技術具有靈敏度高、顯示直觀、操作簡單、成本低廉等優勢，適用于鋼結構廠房鐵磁性材料制板材、管材、焊接接頭等表面或近表面缺欠的檢測，但不適用于非鐵磁性材料檢測，并且難以確定缺欠的深度。

1.4 渦流檢測技術

渦流檢測（Eddy Current Testing，ET）是利用感應渦流的電磁效應評價試件的無損檢測方法，當試件接近通有交變電流的激勵線圈時，可在導體中感應渦流，通過測量渦流反作用引起的激勵線圈電壓或阻抗的變化可測定出試件表面與近表面缺欠的坐標位置和相對尺寸，常用的測量技術包括靜態測量與動態測量。該技術具有非接觸、無需耦合介質、檢測速度快等特點，但較難檢測出遠離檢測面的內部缺欠。

1.5 滲透檢測技術

滲透檢測（Penetrant Testing，PT）通過滲透、多余滲透劑的去除、顯像等程序，在試件表面開口不連續處形成可見的顯示，適用于確定金屬焊縫中的表面開口缺欠。一組滲透檢測的材料包括滲透劑、去除劑和顯像劑，檢測方法主要有熒光滲透檢測、著色滲透檢測和兩用（熒光／著色）滲透檢測，施加顯像劑后顯示出的點或線狀特征，提供了揭示不連續性質的信息。該技術不需要復雜的流程和設備，檢測結果清晰，但不能檢測出表面未開口的內部缺欠，難以確定缺欠的深度。

2 鋼結構廠房無損檢測技術的應用

2.1 鋼結構廠房的檢測內容及標準

鋼結構廠房的檢測通常包括如下內容：檢測檁條的尺寸規格及材質；檢查梁柱的拼接、焊接質量及尺寸規格，對焊縫外觀質量進行檢驗，對梁柱腹板與翼緣板等焊縫進行無損檢測；檢查構件涂層；對鋼結構進行結構校核計算［7］。

鋼結構廠房施工驗收依據的主要國家標準為2020 年重新修訂并發布實施的GB 50205－2020《鋼結構工程施工質量驗收規范》［8］，為進一步提升我國鋼結構工程質量提供了重要的技術保證。該標準中強制要求一、二級焊縫應進行內部缺陷的無損檢測，采用超聲波探傷或射線探傷，一級焊縫檢測比例為100%，按照國家標準GB 50661－2011《鋼結構焊接規范》［9］的規定進行B 級檢驗，Ⅱ級要求驗收；二級焊縫檢測比例為20%，按照GB 50661－2011 的規定進行B 級檢驗，Ⅲ級要求驗收。焊縫超聲波檢測的檢測方法與檢測等級參照的標準為GB／T 11345－2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》［10］，該標準規定了母材厚度不小于8 mm，檢測時焊縫及其木材溫度在0～60 ℃的低超聲衰減金屬材料熔化焊焊接接頭手工超聲檢測技術，標準中的驗收等級依據GB／T 29712－2013《焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級》［11］。當不能采用超聲波探傷或對超聲檢測結果有疑義時，可采用射線檢測驗證。

焊縫外觀質量的檢驗方法為觀察檢查或使用放大鏡、焊縫量規和鋼尺檢查，當有疲勞演算要求時，采用滲透或磁粉探傷檢查［12］。

2.2 鋼結構廠房焊縫超聲無損檢測

在應用超聲無損檢測技術對鋼結構廠房焊縫進行檢測時，超聲檢測儀及超聲檢測系統應在校準有效期內進行性能測試，并具有儀器性能測試報告。每次檢測前應設定時基線和靈敏度，并考慮溫度的影響，參考靈敏度的設定可在橫孔技術、平底孔技術、矩形槽技術與串列技術中選用，且應與隨后的焊縫檢測采用同種技術。檢測過程中的噪聲電平應保持在評定等級－12 dB以下。耦合劑應選用適當的液體或糊狀物，具有良好的透聲性和事宜流動性。探頭移動區域應足夠寬，以保證聲束能覆蓋整個檢測區域［13］。以某電氣設備生產企業鋼結構廠房建設工程為例，圖1 所示為該工程施工質量驗收中鋼柱、鋼梁等焊接接頭焊縫無損檢測檢驗報告。報告中詳細記錄了檢測儀器、檢測規范及設置、評定結果等信息。

圖1 鋼結構廠房焊縫超聲檢測檢驗報告

在超聲無損檢測技術的實際應用中，檢測準確率會受被測對象的結構特性差異以及檢驗員主觀判斷因素的影響。例如，在超聲近場區，超聲波會由于干涉現象形成近場盲區。在專用管材檢測中，管材壁厚通常小于10 mm，部分區域的聲壓會達到極大值，如果缺欠尺寸較小，則會因形成較大回波聲壓而誤判為缺陷需返修；部分區域聲壓也可能達到極小值，如果存在尺寸較大的缺欠，則會因回波聲壓較小而導致漏檢。另一方面，鋼管的檢驗面均為曲面，而超聲波斜探頭與管材檢測面的接觸為線接觸，會導致超聲波發生散射，降低檢測靈敏度。

針對以上問題，在檢測實踐中通常采用以下方法和措施來提升檢測準確率。

（1）合理選擇檢測探頭，依據被測對象的特點，合理配置超聲檢測儀參數，包括探頭晶片尺寸、頻率、K 值和前沿距離等，以保證避開近場區進行檢驗。

（2）在低碳鋼或低合金鋼為材質的鋼管超聲無損檢測中，通常頻率為2.5 MHz時可達到檢測靈敏度要求，并且近場區長度也會較小。

（3）對于小口徑且壁厚較簿的鋼管，在運用超聲檢測時應選用小尺寸斜探頭，并盡量使前沿距離小于6 mm。

（4）對檢驗結果的評定必須綜合考慮單面雙側的檢測結果，出現不能確定的情況時，還需要通過射線檢測進行檢驗。

（5）制定更加完善的檢驗步驟及檢測工具管理辦法，加強檢測人員知識技能培訓，進一步提升檢測人員的業務水平和質量意識，縮小不同檢驗人員之間的水平差異。

在現場檢驗中通過以上措施的貫徹和實施，超聲檢測的準確率以及不合格管材等物資的檢出率得到了有效提升，保證了工程質量的同時，降低了運輸成本及裝卸費用。

3 結束語

在鋼結構廠房檢測中應用無損檢測技術，可以快速、準確地發現焊縫中存在的一系列隱蔽性質量問題，該技術已在各種鋼結構工程質量驗收規范中廣泛應用。同時，各種無損檢測技術都具有其各自的適用性與局限性。在鋼結構廠房結構及焊縫質量檢測實踐中，應根據檢測對象的特點選用合理的檢測方法，優化檢測流程，并通過多種方法互相檢驗，這不僅有利于工程質量控制，而且還能有效降低成本，成為提升鋼結構廠房安全性的重要保障。