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钢材强度无损检测方法研究

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  摘 要 钢材因其具有质量轻便、回收率高、强度大等特点,被广泛应用到各类工程中。为了保证工程的稳定性和安全性,需要对所用钢材的性能进行检测,其中钢材强度就是需要重点检测的项目之一。目前常用钢材强度检测的方法有多种,按照被测材料是否完整性,可以将检测方法分为有损检测和无损检测两类。无损检测的是在不影响或不损害被测钢材的情况下,利用声、光、电等特性,获取检测结果的一种方法。本文首先介绍了钢材强度无损检测的基本特点和常用方法,随后在对比分析这些方法的基础上,就该技术的实际应用进行了简要概述。
  关键词 钢材强度;无损检测;表面硬度法;光谱分析法
  引言
  现在的建筑工程中,钢材是用量较大的建材之一。钢材强度直接影响到建筑的使用安全,特别是对于一些老旧建筑,或是经常发生地质灾害地区的建筑,需要定期对建筑钢材强度进行检测。对于这些正在使用的钢材,进行强度检测时要求不能对钢材造成破坏影响,这种情况下就会使用到无损检测。关于钢材强度无损检测,常用的方法有表面硬度法、化学分析法、光谱分析法等几种,不同检测方法的适用条件、操作技巧有很大差别,这就需要检测人员对比几种方法,从中择优选择,切实提高钢材强度无损检测的效率与精度。
  1 钢材强度无损检测的特点
  无损检测技术已经广泛应用于钢材强度、缺陷等检测工作中,与破坏性检测相比,无损检测的技术优势主要体现在以下几个方面:
  1.1 非破坏性
  对建筑钢材进行强度检测时,为了保证检测结果的全面性,往往需要选取多个测量点。如果使用有损检测,即便是能够正常获得钢材强度参数,也会对建筑钢材造成二次破坏,也就失去了钢材强度检测的价值。而无损检测则避免了此类问题。
  1.2 互容性
  对同一段钢材,检测人员为了消除强度检测误差,可以分别使用2种甚至多种检测方法。通过对比检测结果,可以更加全面和精确的了解钢材强度信息。
  1.3 严格性
  无论是从检测钢材的选择,检测方法的确定,还是无损检测的操作要点,都要严格按照相关的规范制度来进行[1]。
  2 钢材强度无损检测常用方法
  2.1 表面硬度法
  (1)维氏硬度法。维氏硬度法原理为用一定的试验力F将面角为136°的正四棱锥体金刚石压头压入试件表面,保持规定的时间后卸荷,测量表面压痕两对角线长度,并取其算术平均值d,算出压痕表面积,其维氏硬度为试验力除以压痕表面积所得的商。维氏硬度试验可检测金属材料的硬度范围很广,且其压痕的轮廓较为清晰,测量对角线的长度的准确性能得到充分保证,所以维氏硬度法也是表面硬度法中精度最高的。构件强度和维氏硬度之间的换算依据的是GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》,得出试件的强度。
  (2)里氏硬度法。里氏硬度用HL表示,其原理是用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度垂直冲击试样表面,用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度(VR)与冲击速度(VA)的比值计算硬度值。我国已有了国家标准GB/T17394.1-2014《金属材料里氏硬度试验》。相比于其他几种表面硬度法,该种检测方法的优点是比较明显的,例如所用仪器比较简单,操作也十分方便,具有很强的实用性。在检测过程中,只需要与被测钢材进行轻度接触就可以获取测量结果,不会在钢材表面产生划痕。
  2.2 化学分析法
  原理是测定钢材中各类元素的占比,并根据主要元素的含量确定钢材强度。使用化学分析法,需要检测人员使用工具先将钢材进行抛光,然后在钢材表面刮掉少量的钢屑。将这些钢屑分别标号、保存。拿到实验室,将钢屑溶解到特定的酸性溶液中。最后利用化学计算,测定元素含量情况。
  2.3 光谱分析法
  利用高压设备尖端放电产生的电火花,在瞬时放电过程中将钢材表层的元素直接气化。钢材在气化过程中,包含的不同元素会形成特定的波长。然后传感器会收集这些波长信息,经过转化后形成光谱。检测设备自动将光信号转化为电信号,并直观地反映出钢材强度[2]。
  3 钢材强度无损检测常用方法对比
  上文中重点介绍了现阶段建筑行业内关于钢材强度无损检测的常用方法,有表面硬度法、化学分析法、光谱分析法等。结合以往的工作经验,总结这几种钢材强度无损检测方法的特点如下:
  里氏硬度法对设备仪器的依赖性较低,主要的检测仪器是里氏硬度计,体积小,在一些检测环境狭小的情况下具有较强的实用性。但是由于检测范围具有较大的局限性,因此通过里氏硬度计获取的钢材强度精确性一般。另外,对于发生过火灾的建筑,也不适用于里氏硬度法进行钢材强度的测定。
  维氏硬度法在强度检测精度上是表面硬度法的几种细分方法中最高的,在一些高层建筑、大跨度钢框架建筑中,对钢材强度无损检测的精确度要求极高,这种情况下需要使用维氏硬度法。但是这种方法也有一定的缺陷,例如测量时需要预先向被试钢构件施加一个作用力,可能会在钢材上留下一定的划痕,因此该检测方法不适用于建筑中应力集中的钢构件。
  化学分析法无法完成现场检测,需要先获取待试材料的钢屑,然后在实验室环境下进行测定。虽然检测精度较高,但是检测周期较长,效率相对来说是几种方法中最低的,因此适用范围具有很大的局限性。
  光谱分析法从检测效率上来看,基本上能够做到40~60s完成一次检测,效率是现阶段几种无损检测方法中最高的。随着相关技术的发展,未来将会成为钢材强度无损检测的主流方法[3]。
  4 钢材强度无损检测技术的实际运用
  现有一高层建筑,于2012年建成并投入使用,主体结构为框架剪力墙结构。由于相邻城市近期发生过一次轻微地震,需要进行建筑钢结构强度无损检测,以便于查明建筑主体框架结构的情况,如果有钢材受损需要及时开展维护工作,以保证建筑使用安全。整个检测工作分为两个阶段:
  第一阶段,进行高层建筑钢结构大体情况的检测,主要包括是否有变形问题、锈蚀问题等。经过全面检测,发现该建筑的钢筋框架结构整体完好,未发现明显的变形问题。由于受到地基不均匀沉降的影响,个别部位有轻微变形,但是变形幅度在预期范围之内。另外,钢构件局部有轻微锈蚀,钢构件连接部位的焊接良好、螺栓牢固,安全程度符合相关标准。
  第二阶段,进行钢材强度检测。结合建筑工程的实际情况,决定选择使用里氏硬度法。检测人员先随机选取若干出位置,先使用D型冲击头,露出待检测的钢筋材料。然后使用工具进行钢筋表面的抛光处理,以降低混凝土、铁锈等杂质对检测结果的干扰影响。将强度检测结果如实记录,待所有待测区域均完成检测后,汇总检测结果。根据结果显示,该建筑中,所有检测的钢材中,有92%的钢材强度均符合要求,故得出该高层建筑的钢构件质量合格的结论。
  5 结束语
  随着无损检测技术的不断成熟,特别是新型高精度检测仪器的运用,钢材强度无损检测的应用也变得越来越广泛。检测人员一方面要熟练掌握当前主流强度无损检测技术的适用范围和操作要点,同时又必须根据建筑实際情况和钢材强度检测要求,选择一种恰当的检测方法,保证检测结果的精确性。如果钢材强度无损检测结果未达到钢材设计的标准,则需要及时通知相关单位,采取有效的预防性维护措施,保证工程的稳定性及安全性。
  参考文献
  [1] 邸云菲,李孝雄.无损检测技术在实验教学中的初探——以混凝土强度检测为例[J].科技创新导报,2018,15(14):214-215.
  [2] 郭浩霖.关于钢结构无损检测质量控制措施探析[J].中国石油和化工标准与质量,2018,(9):23-24.
  [3] 郭欢,孙武强.基于磁记忆的建筑钢构件无损检测技术的研究现状及发展趋势[J].居业,2018,(2):124-125.
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