钢结构无损检测中超声探伤的应用分析

李耿

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摘要：随着我国经济水平的提高和城市化进程的不断推进，建筑行业发展十分迅速。钢结构作为重要的基础设施和建筑材料，在现代工程中得到广泛应用。然而，由于长期使用和外界环境的影响，钢结构可能会出现各种缺陷，如裂纹、腐蚀等，肉眼难以分辨这些质量问题，因此，需要应用无损检测技术发现和评估钢结构的质量。本文将介绍超声探伤技术在钢结构无损检测中的应用。

关键词：钢结构；无损检测；超声探伤；应用

引言

无损检测是一种非破坏性的检测技术，它可以通过不对钢结构造成任何损伤的方式，对其内部和表面的缺陷进行检测和评估。超声探伤作为无损检测领域中常用的技术之一，具有高灵敏度、精确度和可操作性等优势，在钢结构领域得到了广泛应用。

1 超声探伤基本原理

钢结构的无损检测目前有超声检测、磁粉检测、液体渗透检测、X射线检测等多种方法，这些方法各自具有适用于不同情况的优势和特点[1]。其中，超声探伤是一种当前使用范围最为广泛的重要无损检测技术。超声探伤是利用超声波在材料中传播的原理进行检测的一种方法。它利用超声波的传播速度和反射特性来发现材料内部的缺陷和损伤，当超声波从一个介质传递到另一个介质时，如果两个介质的声阻抗差异较大，一部分超声波将被反射回来。根据反射波的幅度、时间和形状等特征，可以推断出材料内部的缺陷类型、形状和位置等信息，从而评估材料结构的完整性和性能。

超声探测仪器一般由三个核心部分组成：发射器、接收器和显示器。发射器通过产生高频超声波，并将其引导至被测材料上，超声波在材料中传播，当遇到材料内部的缺陷或反射面时，一部分超声波会被反射回来。接收器则用于接收反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号传递给显示器。显示器上能够以图形或图像的形式展示超声波信号，使操作人员可以直观地观察和判断材料的缺陷情况。

2 超声探伤在钢结构无损检测中的应用

2.1 钢结构构件质量检测

超声探伤技术可以用来检测钢结构构件的质量，如钢板、钢管、钢梁等。超声波是人耳无法听到的高频声波，具有穿透力强、传播速度快的特点。通过超声波的传播特性和材料中缺陷的反射、衰减等特征，可以检测出构件中的内部缺陷，如气孔、裂纹等。在具体操作上，探查人员通常会按照一定的扫描路径和方式，将探测探头（传感器）放置在构件表面上，逐步移动进行扫描。这样可以获得一系列超声波信号，并在显示屏上显示为一组图像或曲线。通过对这些图像和曲线进行解读，可以判断出构件内部是否存在缺陷。超声探伤技术还可以进行定量分析，通过计算得到缺陷的位置、形状、大小、深度以及材料的强度等参数，这为工程结构的评估和质量控制提供了重要依据。

2.2 腐蚀检测

钢结构在使用过程中，容易受到大气、水分或化学物质的腐蚀作用，可能造成结构的变形和破坏。超声探伤可以通过检测钢结构表面和内部的腐蚀情况，及时发现腐蚀缺陷，并评估其程度和影响范围。检测时，操作人员需要准备好超声探伤设备，包括超声波发射器、接收器、探头和显示器等。确保设备的正常工作，并根据需要调整合适的工作参数，如探头频率和增益等。通常，操作人员需要对待测钢结构进行准备，包括清洁表面杂质和污垢，以确保探测到的信号可靠和准确。可以使用刮刀、金属刷等工具进行清理。根据需要检测的区域和结构特点，在钢结构表面标记出探测点，然后按照特定的路径进行扫描，以覆盖整个待测区域。接下来，将探头与表面接触，并施加适当的压力。通常，使用耦合剂（如水、凡士林等）来提高声波在表面和探头之间的传播效果和传感效率[2]。确保探头与钢结构之间的耦合质量良好，以获得清晰和稳定的超声波信号。通过调节探头的位置和角度，探测沿路径方向的超声信号，同时在显示器上观察并记录相应的波形和信号强度。如果存在腐蚀，通常会出现反射信号的衰减或异常，可以通过观察和分析这些变化来确定腐蚀的位置和程度（如普通腐蚀、均匀腐蚀或局部腐蚀等），并作出相应的评估和决策。

2.3 焊缝检测

钢结构中的焊缝是连接构件的重要部分，其质量对结构的稳定性和安全性至关重要。超声探伤可以对焊缝进行全面、快速的检测，可以检测到焊缝中的缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等，评估焊缝的可靠性和强度，避免因焊接质量不良引起的结构破坏。焊缝检测时，超声探伤会根据不同缺陷表现出不同的波值，比如焊缝中出现裂缝，裂缝的回波高度大、波宽宽、波峰多。当探头平移时，反射波连续出现并且幅度变化。当探头旋转时，会产生顶部和底部峰值的位移[3]。

2.4 应力集中检测

在钢结构中，一些特定部位常常存在应力集中现象，如孔洞周围、焊接连接处等。超声探伤可以检测这些应力集中区域的内部缺陷，判断其对结构强度和稳定性的影响。通过超声波的传播时间、幅度和反射信号，可以确定应力集中区域的大小、形状和缺陷的类型，为结构的维修和加强提供重要数据。对应力敏感的超声波型有横波、纵波、表面波（瑞利波）。一种常用的方法是将接收到的信号与已知的标准进行比对，或者使用信号处理技术来提取有关应力集中的相关信息。

3 超声探伤在钢结构无损检测中的应用反思

超声探伤技术具有一系列优势，如高灵敏度、精确度、便携性和实时性等。它可以对不同形状和厚度的材料进行检测，同时可以对材料的内部和外部缺陷进行评估，可以用于不同类型的钢结构，包括钢板、钢管、焊接接头等，适用范围广泛。然而，超声探伤技术也存在一些局限性，如对材料表面质量要求较高、只能检测有限的缺陷类型，过于依赖操作者的专业知识和技能水平，不熟练的操作者可能会误判或漏检一些缺陷。而且超声波在传播过程中可能受到杂音、反射等因素的干扰，特别是当被检测结构复杂或存在表面覆盖层时，干扰因素更为突出。

随着科技的不断进步，超声探伤技术也在不断发展和完善。未来，可以通过引入新的传感器和信号处理算法，提高超声探伤技术的灵敏度和精确度。同时，可以将其与其他无损检测技术相结合，形成综合化的检测方法，提高钢结构无损检测的效率和准确性。

结语

综上所述，超声探伤技术在钢结构无损检测中具有广泛应用的潜力，并具备一定的优势。然而，为了充分发挥其优势，需要深入研究和改进相关技术，以应对不同类型和复杂程度的缺陷。只有这样，才能确保钢结构的安全和可靠性，推动相关行业的发展。

参考文献

[1] 杜鸣鹤.钢结构无损检测中超声探伤的应用分析[J].  2021.DOI:10.3969/j.issn.1673-0038.2021.16.025.

[2] 高慧,唐灿.超声检测技术在建筑钢结构焊缝无损检测中的应用[J].中国建筑金属结构, 2021.DOI:10.3969/j.issn.1671-3362.2021.05.040.

[3] 刘儒林,闾洪亮.浅析钢结构无损检测中的超声探伤技术应用[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术, 2021(8):2.