无损检测新技术的分析及其在钢结构桥梁中应用的研究

梁启亮

[摘要]本文详细介绍了钢结构桥梁中常用的五种常规无损检测新技术，重点分析各个检测技术的优最与缺点，并探讨了各自的应用范围，最后对各自在钢结构桥梁中的应用加以总结，以供有关人士参考。

[关键词]无损检测；钢结构；桥梁；新技术

桥梁钢结构应用广泛，然而，也有在重点项目中发生严重质量事故的情况，桥梁钢结构的可靠性与安全性越来越受到关注，其主要是来源于设计，其质量与加工制作、现场安装、原材料等息息相关。需要特别注意的是焊接质量，尤其严格遵守相关标准，在整个加工制作与安装现场的过程中必须要非常警惕，以不损伤被检测对象的条件下，应用先进的物理或者化学方法，同时结合目前的设备器材与技术，检查和测试对象的表面结构、状态及内部的缺陷。

1.无损检测技术概述

无损检测技术主要目的是为了保障使用过程中的安全、降低生产成本、保证产品质量、改进制造工艺等，桥梁钢结构中应用比较广泛的有五种常规无损检测技术，现对其逐个介绍。

（1）射线检测。射线检测技术早在二十世纪三十年代初期就已经在工业产品检验中广泛应用了，现已发展为较为成熟的一种无损检测技术。目前，射线检测应用于各个领域，包括机械、航天、石油、电子等。线强度会发生不同程度的衰减，当其穿过物体时，而其衰减的程度与穿过物体的物理、化学性质相关。假若物体内部存在一定的缺陷，就会对射线产生衰减作用，将会导致无缺陷区域与有缺陷缺陷区域产生差异，只要采用相关技术检测这种差异，就可以判断出缺陷的程度。射线检测的方式多种多样，主要有三种：x射线照相；y射线照相；中子射线照相。在桥梁结构中，x射线应用相对较多。射线检测在所有的材料中都可使用，底片可以记录缺陷的图像，可以精确定性，并且长期保存。但是，钢板、锻件、钢管中一般不用射线检测，射线检测也应用于焊接接头的检测，不过其检测效率不高，成本很高。其优点为无损性，简单方便实用，具有其他检测手段无可比拟的优势，并且应用范围广阔，底片可长期保存，方便日后用于相关事故的分析，可以清晰地显示直观图像等。但是，其也有一定的弊端，射线检测对人体有一定程度的损伤，有不良反应，也会对环境造成一定的污染；用于显示图像的特殊液体不易回收，对环境产生较大的污染，必须要采取适当的防护措施。

（2）渗透检测。一般而言，针对非多孔材料表面尺寸相对较小、目视难以辨别的缺陷，可以采用渗透检测技术。渗透检测的过程为采用渗透剂对检测对象进行渗透，渗透剂可以进入材料的缺陷内部，然后将表面多余的渗透剂清除干净，并且对试件进行干燥处理，同时添加一定的显象剂，而显象剂在毛细现象的作用下会吸附缺陷内部的渗透剂，通过光源可以在缺陷部位显示渗透剂的痕迹，进而判断出缺陷的形貌特征。渗透技术有许多优点，例如检测灵敏度相对较高、检测技术操作简单、直观显示。渗透检测只能用于工件表面缺陷的检测，对试件的光洁度与检测人员的视力有着非常高的要求。

（3）涡流检测。钢铁、石墨、有色金属等导电特性的材料一般采用涡流检测技术，其可以检测这些材料的表面及近表面的缺陷结构。涡流检测技术的过程为：在导电体附近放置通有交流电的线圈，此时线圈附近将会产生交变的磁场进而感应导电体产生涡流，而涡流的物理特性与导电体内的缺陷息息相关，可以利用涡流的这种差异性来检测出材料表面及近表面的缺陷结构特征。涡流检测的优点为：检测成本相对较低，检测速度快，操作相对简单。然而，涡流检测只能适用于导电体，针对形状复杂的试件很难应用，其还受到渗透深度的限制，故只能对薄壁试件进行检测。

（4）超声波检测。超声波检测技术是应用较为广泛的一项检测技术，其原理为超声波对材料内部缺陷中传播的基本物理特性发生改变，其频率范围一般在0.626MHz。超声波检测的基本流程为：将超声波以特定的方式引入到被检测对象中，或者诱导被检测对象自身产生一定的超声波；进一步，超声波在被检测对象内部传播时会发生变化，会诱导其传播方向或者速度等方面的变化；其次，发生改变的超声波被检测工具捕捉到，并且显示出来；最后，检测设备对超声波进行特征分析，判别出材料内部的缺陷结构特征。当然如果采用表面波对金属表面进行检测，一般需要进行专业的培训才可以进行操作和检测结果的评判。轴的表面波检测通常只可以检测表面缺陷，例如轧辊离始波越远，体现在超声波探伤仪上的屏幕上就是声程大小（距离始波的距离）。桥梁钢结构中，超声波检测技术应用广泛，其检测成本较低，效率极高，能够对材料内部缺陷进行精确定位；但是其检测结果通常会有一定的误差，对检测人员的检测水平要求较高。

（5）磁粉检测。磁粉检测技术通常只针对于桥梁钢结构中的铁磁性材料，并且只能检测其表面及近表面的缺陷。在外加磁场的作用下，铁磁性材料工件被磁化后产生磁场，假若试件的表面及近表面存在一定缺陷，产生的磁场就会发生漏磁，吸附工件表面的磁粉，在特定光源的照射下会形成可见的磁痕，显示出相应的不连续性特征。磁粉检测技术的优点为：使用方便、检测结果直观、成本较低、检测效率高。

2.钢结构桥梁中的检测内容

桥梁钢结构的受损状况，一般主要是指各个相关结构及其相应材料是否产生相关缺陷的程度，它对于桥梁的状态，是判断其好坏的一项重要指標。

（1）检验桥梁钢结构表面涂层状况。主要查看油漆图层的完整程度，特别要注意是否存在剥落、锈斑、起皮等现象；尤其是要检查积水、不透风的地方。假若存在锈蚀比较严重的区域，此时需要检测钢板的剩余厚度，分析其断面尺寸对相关结构是否造成影响。

（2）检验钢结构中缺陷情况。检查钢结构中是否存在裂纹、硬伤、穿孑L等缺陷。特别是需要结构连接处的位置，结构受损往往会产生应力集中，进而导致结构的使用寿命严重下降，威胁整体的安全性。

（3）检验焊缝。桥梁钢结构的连接方式多种多样，但其中最为常见的为焊接接头，焊接接头质量的好坏直接关系钢结构的安全程度，对整个桥梁钢结构质量产生很大影响。要特别检查大环形焊缝，也就是位于一个截面内底板周围的焊缝，以及u形肋的焊缝。

（4）检查钢结构构件的平直度。要严格控制承重杆的弯曲矢度，将其限制在相关杆件的长度千分之一，而拉杆的弯曲矢度必须控制杆件长度千分之二，假若大于相应数值，必须要考虑其弯曲程度对结构产生影响。

（5）查看铆钉头。主要检测铆钉头的锈蚀情况，以及松动状况。针对高强度的螺栓，主要查看其是否断裂，完整程度如何，以及松动情况；必须严格限制相关节点滑移引起的拱度变化；检测锈蚀的影响，判断是否对摩擦力造成一定的降低，假若影响严重，则要及时采取相关措施进行防止。

3.无损检测新技术在钢结构桥梁中的应用

3.1无损检测技术的应用

无损检测技术，它包括Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四个等级。无损检测人员能力分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级。Ⅰ级主要是从事初级无损检测工作，Ⅱ级人员出具检测报告和无损检测工艺的编制，Ⅲ级人员是最高级别，主要负责无损检测工艺的编制、报告的审核、无损检测系统的建立等。桥梁钢结构的连接方式多种多样，但其中最为常见的为焊接接头，焊接接头质量的好坏直接关系钢结构的安全程度，对整个桥梁钢结构质量产生很大影响。在焊接接头的过程中，往往由于人为因素或者系统误差等相关因素造成不同程度的缺陷。产生的缺陷类型多种多样，但总体来说主要有两种，即表面缺陷与内部缺陷。表面气孔、咬边等都属于表面缺陷；而气孔、裂纹、未焊透等则属于内部缺陷。超声波检测技术检测桥梁钢结构中的多个部位，其中最重要的便是检测焊接接头的质量。也可以采用射线检测，对缺陷进行定量化分析。

3.2无损检测技术仿真分析

近年来，法国、瑞典与美国是世界上首先开展无损检测技术模拟方面的研究，现阶段国内运用较多的软件为法国开发的CIVA，瑞典的sim2SUNDT，以及加拿大开发的Imagine3D，还有美国的UT2Sim，Virtu2al NDE，Wave3000 Pro等。现阶段商用比较广泛的为法国的CIVA软件。该软件是由法国原子能委员会开发的，可以对多种检测技术数值方针，并且运用较短的时间就可以将缺陷特征仿真出来，满足工业上的需求。该软件可以对检测技术的优化提供帮助，检验检测技术的能力。仿真软件的两项主要功能为超声检测声场计算及模拟和各类缺陷與超生长之间的相互作用模拟。其中，超声检测声场模拟是由于被检测对象在几何形状上多种多样，这样就导致了探头只能在特定的区域内检测，受到了一定限制，此时就需要我们对相关检测区域进行仿真与模拟，从而达到优化缺陷的目的。而各类缺陷与超声场之间的相互作用被模拟后，可以在被检测对象内部任意位置设置不同类型的缺陷，进而对缺陷反映的各项信号进行分析，为现场实际提供一定的参考价值。

4.结语

综上所述，各个检测技术都有其优点与缺点，各不相同。必须要结合现场实际条检测，同时考虑被检测对象的特征与结构整体的性能，科学合理地选择具有针对性的无损检测手段。其可靠性与安全性与人民群众的生活密切相关，无损检测技术能够对其进行检测与评估，是保证其安全的重要手段之一。除了上述介绍的检测技术外，会发展出更加先进更加精确的无损检测技术。随着国民经济的迅速发展，它们会为推动检测技术的进步而贡献力量。