建筑钢结构工程及焊缝无损检测技术应用分析

刘中良、周楠、罗绍文

中机国际工程设计研究院有限责任公司  湖南长沙  410000

摘要：建筑钢结构是建筑施工的重要材料，钢结构质量与建筑工程项目的整体建设质量息息相关。焊缝检测是确保钢结构质量和焊接质量的主要措施，通常在实际施工中多采用焊缝无损检测技术进行焊缝检测，能够在不损伤钢结构的前提下完成检测工作，因此目前焊缝无损检测技术在建筑钢结构工程中的应用频率较高。本文针对建筑钢结构工程的要点进行分析，并针对焊缝无损检测技术的实际应用措施加以阐述。

关键词：建筑；钢结构工程；焊缝；无损检测技术

引言

建筑钢结构由于其自身强度高、抗震性能优良、结构稳定性强等优点，近年来在我国建筑工程行业得到广泛普及应用，成为众多建筑工程项目的首选建设材料。在建筑工程项目中建筑钢结构往往通过焊接方式进行连接，而焊接质量和焊接检测技术与建筑钢结构使用效果息息相关，因此施工单位要提高对焊接工艺和焊接检测技术的重视度，确保建筑工程施工质量。

1. 建筑钢结构概述

建筑钢结构是指多类由钢材作为主要原料制成的结构材料，常见的钢结构材料包括钢柱、钢板，钢梁等，是目前建筑市场环境中最常见的施工材料之一，多应用于高层建筑、桥梁施工和大跨度建筑中。建筑钢结构具有以下几个优点：1.经济性。建筑钢结构主要原材料为钢材，因而整体造价相对比较低、制作难度低、原材料便于获取，在后期使用中结构不易损坏，因而能够降低成本；2.质量轻。建筑钢结构的自身重量非常轻，同时强度高，因此建筑钢结构具有非常稳定的结构和抗压能力；3.节能环保性。建筑钢结构在使用后可以进行百分百回收，即使丢弃在外界环境中，也不会对周边环境造成污染和影响，同时建筑钢结构的整体造价低，具有较强的节能环保性能，与新时代我国推行的绿色环保理念相符合；4.施工制作简单。建筑钢结构不需要经过预先处理，且能够直接通过流水线进行生产，因而施工制作简单，不同规模的建设单位都能够有效应用[1]。

2. 建筑钢结构的焊接

2.1 建筑钢结构的焊接工艺

焊接是建筑钢结构的主要连接方式，因此对于建筑钢结构的应用质量和建筑整体稳定性起到决定性影响。随着我国建筑施工行业的不断发展，市场环境中的建筑钢结构焊接技术已经逐渐趋近于成熟，常用建筑钢结构焊接流程如下图1所示。钢结构材料在焊接时需要进行预处理，焊接人员要检查材料表面是否存在缺陷，如存在缺陷则不能使用。确保无误后将钢结构材料表面进行清洁，避免存在锈渍影响后续焊接。焊接时严格按照施工图纸进行焊接，避免出现焊接尺寸与施工图纸不符的情况影响后续使用。建筑钢结构在焊接时往往需要使用保护气体，保护气体是指在焊接过程中用于保护金属熔池及焊缝区的气体，可以起到保护高温金属免受外界气体侵害的效果。目前施工建设中经常使用的保护气体分为两种，一种是惰性气体，在焊接时气体不会发生反应以此来保护金属，常见的惰性气体包括氦气和氩气；还有一种是活性气体，活性气体的含量过多时会发生反应导致焊缝受到破坏，但如果加入的含量较少可以对焊接工作起到一定的积极作用。

图1 建筑钢结构焊接流程

2.2 建筑钢结构的检测技术

在实际施工中针对建筑钢结构的焊接检测方式主要包括以下三种：1.模拟实验检测。模拟实验检测是指通过对建筑钢结构进行仿真模拟，仿真模拟产生的建筑钢结构模型与实际建筑钢结构材料的各项性能参数基本相同，通过对仿真建筑钢结构材料进行实验从而了解到建筑钢结构材料的实际焊接情况。仿真模拟技术的缺点在于操作难度大、模拟所需时间较长，因而选用频率比较低；2.破坏性实验技术。破坏性实验技术是从一定批量建筑钢结构中选取样品进行实验，对选取样品进行结构破坏，以此来测试建筑钢结构的实际性能，但由于不同建筑钢结构之间往往存在一定偏差，因而导致破坏实验技术的实际应用精确度不高，无法满足建筑钢结构工程的实际需求；3.无损检测技术。无损检测技术是目前建筑钢结构焊缝检测中最常用的检测技术，由于其检测质量高、时间短、损害程度小，因而作为建筑钢结构检测的首选技术[2]。

3. 建筑钢结构工程中焊缝无损检测技术的具体应用
   1. 检测建筑钢结构焊缝内部缺陷

焊缝内部检测是检测工作的开展难点，由于焊缝内部无法直观观测因此往往难以检测，使用传统检测方法难以有效保证检测精确度。而采用焊缝无损检测技术能够在不损伤建筑钢结构完整性的前提下进行检测，通过超声波、射线等设备进行探伤，不仅能够精确找到焊缝缺陷的具体位置，同时还不会影响建筑钢结构的正常使用。通常建筑钢结构多采用T形接头或角接头方式，内部结构复杂因而导致检测质量难以保证。目前针对焊缝内部缺陷常使用超声波检测技术，超声波检测技术与其他检测技术相比具有灵敏度高、速度快、位置精确等优点。

3.2检测建筑钢结构焊缝表面缺陷

焊缝表面缺陷的检测难度较低，使用各类检测技术均能够进行有效检测。建筑钢结构表面检测要点主要包括裂纹、气孔、变形、擦伤等几方面。传统检测焊缝表面缺陷多通过直观观测法，而采用无损检测技术的速度更快、效率更高。

4. 建筑钢结构工程中的常用焊缝无损检测技术
   1. 超声波无损检测技术

超声波无损检测技术是目前市场环境中应用较多的无损检测技术，超声波无损检测技术的主要原理是发射超声波对建筑钢结构进行检测，并根据反射波实际情况判定建筑钢结构是否出质量变化。超声波在前进途中如遇到焊缝缺陷或焊缝变形会发生反射现象，通过接收反射波就能够有效检测出焊缝是否存在质量问题。通过超声波的检测和大数据的分析计算，可更精确地判断建筑钢结构出现质量问题的焊接位置，从而进行及时处理。超声波无损检测技术的优势在于检测速度快、精确度高，对于一些细小焊接缺陷和变形问题均能够有效检测出，但使用超声波无损检测技术对于建筑钢结构有一定要求，如果建筑钢结构的表面不够平整光滑、粗糙程度过高也会影响超声波无损检测技术的应用效果。此外，应用超声波无损检测技术对于检测人员自身业务能力有非常高的要求，采用超声波无损检测后得到的图像非常复杂，如果不具备足够的专业知识，无法完全分析出图像中存在的焊缝缺陷[3]。

4.2涡轮无损检测技术

涡轮无损检测技术的检测原理是通过电磁感应进行检测，通过使用涡轮线圈对建筑钢结构进行检测，将涡轮放入设定磁场中，根据磁场感生电场的作用带动电荷运动形成涡流，如果建筑钢结构焊缝存在质量缺陷，整体涡流场的强度和具体分布均会产生一定改变，表现在涡轮上会导致线圈自身阻抗发生变化，通过检测线圈阻抗变化情况即可探明建筑钢结构焊缝是否出现质量缺陷。涡轮无损检测技术的优势在于不需要较多人力成本，通过简单操作即可完成检测工作，同时检测结果较为直观，对检测人员自身业务能力要求不高。

4.3磁粉无损检测技术

磁粉无损检测技术是目前市场环境中针对钢材料常用的检测技术之一，由于磁粉材料自身具有较强的磁性，因此对于金属类材料会明显产生磁感应，因而可用于建筑钢结构的焊接检测工作。磁粉无损检测技术主要依靠磁粉材料自身磁性完成检测。将磁粉材料放置在建筑钢结构的焊缝中观察磁痕走向即可完成检测。如果焊缝存在质量缺陷或形变会导致材料结构连续性被破坏，而不连续性会进而引发磁力线出现畸变形成漏磁场，漏磁场对磁粉材料具有一定的吸附效果，因此当观测磁痕出现吸附聚集情况时则说明建筑钢结构内存在缺陷和形变问题。磁粉无损检测技术的优势在于应用操作简单，仅仅通过观察表面磁痕即可完成检测，同时对金属类材料起到的检测质量高，对于一些极为细微的缺陷也能够有效检测。

4.4射线探伤无损检测技术

射线探伤无损检测技术是较为传统的无损检测技术，应用原理是通过使用不同射线对检测钢结构进行检测，通常射线探伤无损检测技术使用的射线多为X射线和γ射线，将射线射向钢结构后采用特定接收器接收射线信号，而不同材料由于自身密度不同导致射线穿透后的强度也存在差异，根据固定公式即可计算出相应的射线强度。而如果建筑钢结构内部存在一定缺陷或变形，就会导致整体结构密度出现变化，而通过公式计算的射线强度与实际接收到的射线强度之间就会存在一定差距，通过比较差距即可探明钢结构焊缝内部是否存在缺陷[4]。射线探伤无损检测技术原理如下图2所示。

图2射线探伤无损检测技术原理

4.5渗透性检测技术

渗透性检测技术是指使用特制涂料液体对建筑钢结构进行涂抹，由于特制涂料液体具有一定的渗透性，因此在接触到建筑钢结构时就会进行渗透，涂抹完成后静置几分钟将全部液体清除干净即可对建筑钢结构进行观察，如果建筑钢结构内部或表面存在缺陷，涂料就会渗入到建筑钢结构内部并留下颜色痕迹，从而直观找到建筑钢结构存在的焊接缺陷部位。

结束语：综上所述，建筑钢结构是新时代建筑工程项目的重要施工材料，其自身质量和稳定性对于建设质量起到重要影响。焊接是建筑钢结构使用中的常见操作，采用无损检测技术对焊缝进行有效探查能够提高建筑钢结构的使用质量，为建筑工程项目开展提供更好的保障。

参考文献：

[1]卜青青.建筑钢结构工程及焊缝无损检测技术应用探究[J].中华建设,2022,(02):138-139.

[2]常嘉玮.建筑钢结构工程及焊缝无损检测技术应用[J].智能城市,2021,7(10): 37-38.

[3]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,(05):92-93.

[4]胡豪修,徐剑锋.无损检测技术在建筑钢结构工程质量控制中的应用[C]// 钢结构技术创新与绿色施工.北京城建精工钢结构工程有限公司；,2020:4.