浅论大型结构件无损检测技术

浅论大型结构件无损检测技术

陈政全武兴余

中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局四川彭山620860

摘要:随着我国经济的快速发展，各行各业都得到了前所未有的进步。尤其是大型构件建造，得到了广泛的应用，然而由于构件本身的复杂性，其检测技术备受国内外学者关注，本文主要介绍了大型构件的无损检测基础，包括超声衍射时差法、超声相控阵检测、电磁超声检测、金属磁记忆检测无损检测方法。希望本文的工作能为从事相关工作的人员提供一定的指导和帮助。

关键词:大型构件；无损检测技术；超声相控振检测

0引言

所谓无损检测技术主要是结合光、电、磁和声学等多领域学科进行的综合性检测技术，在一些比较复杂的机械和特种设备等应用比较广泛，尤其是大型构件中应用更加频繁。

大型构件多为金属材料构成，由于材料应用中不同应力下会出现金属疲劳问题，进而引发断裂问题的出现，特别是大型构件焊接部位，更容易发生断裂问题。通过对设备定期的进行检测，能够及时发现并确定问题的位置，这样能够有效的避免事故发生，减少财产和人员的损失。常规的无损检测方法并不能对构件全面的进行检测，如MT只能应用在结构表面的检测，并要求待检测构件的表面有粗糙度，无法进行定性分析，很难对缺陷的位置及深度进行准确判断。渗透检测简称PT可以实现对构件表面检测，但无法检测开口性缺陷，而ET检测无法对轮廓复杂的构件进行检查，且检测结果往往受自身各种因素的影响。由于大型构件设备的特殊性，在对结构进行焊接、检测应力等方面应用非常规性无损检测技术，可以有效的解决大型构件实时检测和监视技术，目前，该项技术已经被应用在工程实践中，取得的效果非常明显，由于无损检测技术种类多，其对大型构件的影响比较大，然而，值得一提的是没有任何一种方法是完美无缺的，对于一些非常规无损检测技术的研究显得十分关键。

1非常规无损检测技术

基于常规的无损检测，非常规无损检测技术被广泛应用在各种领域，主要包括TOFD、超声相控阵检测方法、电磁超声检测、金属磁记忆检测方法。

1.1超声衍射时差法(TOFD)

超声衍射时差法为1970年代发明的，该方法不应用缺陷回波幅值来衡量，主要采用衍射信号传播，基本原理为惠更斯，该技术采用发射和接收两类探头来产生纵波，检测阶段采用多对款声束、宽频带、纵波等进行位置焊接，并严格控制探头的频率，选择良好的晶片，调整探头距离等。在声束焊接传播中接收到的反射波及衍射波可应用计算机进行测量，采用三角方程来讲缺陷的尺寸、位置等检出，用以判定检测的方向、缺陷表面的光滑程度，这种检测技术完全克服了普通超声波的检测不能够精确的测量的缺点，面状缺陷和裂纹有时无法进行精确检测，尤其擅长检测缺陷的深度、长度等，当与脉冲回波结合检测时，还能够实现全覆盖，此技术被广泛应用在船体建造、管道的焊缝连接。TOFD技术应用，国内学者进行了大量研究，洪作友将这个技术应用在蜗壳焊缝连接上，和常规的超声、射线检测对比中，TOFD技术可以很好的检测缺陷，与此同时可以用以检测缺陷准确度。李友将TOFD技术应用在船舶大合拢部位焊缝上，检测工艺专门发明了TOFD检测方法，并给出了深度、长度的计算方法，成功完成了射线检测和TOFD的对比分析，结果表明，该技术应用在船舶大合拢焊接的无缝检测有非常好的优势。然而，由于直通波、地面反射波存在，采用TOFD检测仍然存在缺陷，其检测的可靠性相对较差，相比于体积缺陷，声波衍射检测有时会出现漏检问题，且检测探头与测量的表面有比较好的耦合条件，对于效果的检测也存在一定的影响，为此，应用TOFD检测技术可以和其他的检测产生同样的效果，检测的效果更加的可靠。

1.2超声相控阵检测方法

多个超声探头晶片组成了超声控阵，这些晶片以一定的规律来排列，通过对控制换能器的探头发射或接受的脉冲时间来控制，可以改变发射超声波到达被测物体上，能够促使其方向的改变和聚焦点变化，并最后形成了超声波成像技术。该技术主要控制声束角度和聚焦这两类特点，核心技术为动态把握相位延时，大量的实践证明，若要将相位偏转、聚焦，可形成一定的相控效果，对各单元的相位及时把控，从而达到提高检测精度、分辨率等。该技术最有效的利用为腐蚀、压力容器、金属晶体材料等检测，并可进一步应用在核工业及航空领域，这类探头的排列为线性、二维矩阵、环形三类，尤其是对一些比较特殊的对象，检测手段必须应用不同的阵列探头，能够在比较小的空间中探伤。实践证明，将超声相控阵脉冲的反射法和TOFD相结合，可以实现全程定位，达到精准探伤的目的。此种技术能够完全实现盲区位置和复杂构件的检测，灵敏度、分辨率、检测效果十分优越，作为高速、精准的探测方法，不仅可以用于焊缝检测，而且在其他铸件缺陷检测上比较实用。

1.3电磁超声检测方法

与传统的压电超声比较，电磁超声检测虽然属于同一范畴，然而接受和激励的方法并不同，它可以被直接应用在电磁耦合中，在变化的磁场中，金属导体内部可形成脉冲涡流，使电流在磁场中产生洛伦兹力，与此同时，在不同的应力下，金属介质将产生应力波，脉冲电流将向外辐射脉冲磁场，与外界的磁场产生伸缩力，这样将产生电磁超声。下面简要介绍电磁超声发生装置，该设备由线圈、磁铁等构成，其检测为非接触性检测，不需要各类耦合剂，并可穿透上层，产生波的种类为表面波、Lamb波。电信号的频率可直接影响辐射角，在一定条件下，选用同一个换能器将自由选取波形，这样根据实际情况，可以选择比较好的波形来完成检测任务。电磁超声检测对被测量的工件要求不高，目前被广泛应用在钢板、桥梁、列车车轮表面检测中，与此同时，这项技术比较适合高温探伤，可应用在特种设备检测中，如炼油厂管道、炉管等。该方法为无损检测技术，存在信噪大、分辨率低等问题，需要对外电路产生的信号及时处理，因此可与传统的方法结合。

1.4金属磁记忆检测方法

钢构件运动中，工作载荷和外磁场同时作用，容易出现疲劳，造成小的裂缝发生，尤其是在应力比较集中的区域，出现磁弹性效应和伸缩磁畴定向便可再次取向。移除工作载荷的时候不仅不能够消失，而且还将承受巨大的应力。最后，由于存在残余磁性，其表面将出现漏磁场，在金属的表面容易产生磁状态，这就是金属磁记忆效应。该技术充分应用了金属磁记忆效果，可以实现微观检测、损伤等，对于金属结构的接头来说，磁化强度产生的作用方向不可逆，有残余磁化强度。对于焊接表面HP分布测量时，移动焊接传感器，使用仪表记录方法，可以确定金属结构和焊接区域的应力，另外还可以发现缺陷和不均匀沉降问题。这种技术应用在压力管道裂纹检测、电梯、大型游乐场等，该检测容易受到铁磁构件内部残余应力的影响，还易受到材质、外界激励等因素，检测过程中容易发生错误，这类技术可以对大型构件、承压部件的前期失效进行诊断，在检测技术的应用中，结果更加的精确。

2案例分析

以大型混凝土构件的检测为例进行分析，某工程需要采用大型混凝土构件。，所谓混凝土“无损检测”技术，就是要在不破坏结构构件的情况下，利用测试仪器获取有关混凝功能的物理量，因该物理量与混凝土质量(强度、混凝土缺陷)之间有较好的相关关系，可采用获取的混凝土质量(强度、混凝土缺陷)。无损检测的技术特点如下表所示：

序号检测内容检测所用到的规程

1对混凝土结构构件不破坏，可以获得人们最需要的混凝土物理量信息中华人民共和国行业标准

《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》

(JGJ/T23-92)

2测试操作简单，测试费用低中国工程建设标准化协会标准

《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02：88)

3不受结构物的形状与尺寸限制，可以进行多次重复试验中国工程建设标准化协会标准

《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03：88)

4可对重要结构部位长期监测中国工程建设标准化协会标准

《超声法检测混凝土缺损技术规程》(CECS21：90)

3结束语

超声衍射时差法、超声相控阵检测、电磁超声检测、金属磁记忆检测等无损检测方法在不同的场合应用中有各自的特点，将传统检测技术与非常规检测结合在一起，能够准确的检测出大型构件的内部，避免各种不确定问题的出现，使得全局的检测更加精准，并可以得到广泛的应用，现阶段，我国的无损检测技术仍处在研究阶段，未来该领域将获得大的发展。

参考文献：

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[2]韩运才，王健刁，志锋.如何选择起重机焊缝检测的方法[J].商品与质量：学术观察,2012(6)：238-239

[3]洪作友，唐兴军.TOFD技术在特殊结构焊缝检测中的应用[J].无损检测,201531(7)：498-550