超声波探伤在建筑钢结构检测中的应用

张郑

重庆五一技师学院 重庆 401320

摘要：钢结构其内部质量情况直接影响着构件整体质量，随着检测技术的不断发展，无损检测技术的应用充分保障建筑钢结构的检测质量提升,为建筑整体施工提供有利的保障。本文主要介绍超声波探伤在建筑钢结构中的应用，提出了一种超声波探伤的设计方法，并进行了验证，对建筑钢在实际科研生产中提出了另一个可供参考的方法。

关键词：建筑钢结构，无损检测，超声波探伤，信号处理

前言

钢结构由于自身具有质量轻、刚度大、硬度强以及抗震性能好等优势,已经广泛应用到建筑行业中。超声波检测由于其具有穿透能力强，探测深度厚，灵敏度高，无破坏性等优点广泛应用在钢结构的检测中。本文以建筑钢结构件为被检测对象，采用超声波探伤的方法对钢构件的缺陷检测进行了分析和研究。

1 钢结构件无损探伤方法分析

1.1 射线探伤法

射线检测法是利用特定的射线检测零件内部缺陷的无损检测方法。射线检测中常用的射线有 射线、 射线和中子射线，利用射线易于穿透物体和穿透物体后衰减程度不同的特性，由胶片感光程度的不同来反映物体内部的缺陷，据此对缺陷的种类、大小和位置等进行判断。由于本课题的检测对象是壁厚达23mm的建筑类钢结构件，所以本课题不适宜采用射线探伤法检测。

1.2 涡流探伤法

目前国外的一些钢结构加工行业和国内的一些大型现代化钢构件类生产厂家采用了全自动涡流探伤机对钢结构类工件的缺陷进行检测。检测原理是当载有交变电流的线圈接近被检工件时，使导电工件内部发生涡电流（又称涡流），其大小、相位和流动轨迹与被检工件的电磁特性和缺陷等因素有关，并通过测量涡流变化量进行检测缺陷；且由于此设备系统复杂，安装调试困难，需要专业人员维护，且价格昂贵，所以也不适用于本课题。

1.3 机器视觉检测法

机器视觉检测法是基于图像处理技术的，它一般是利用工业摄像机将被测工件拍摄转换为图像信号，再由图像处理系统根据图像的颜色、亮度像素分布等要素转换为数字信号，图像处理系统再对此信号进行特诊提取，最好根据算法达到缺陷的检测目的。此方式严重依赖于图像和信号处理技术，需要储备相关的技术基础才能进行此种方法的运用，不适合于工厂等大批量的生产环境，所以本课题也排除此种方法。

1.4 超声探伤法

超声波探伤实际上就是利用超声波通过两种介质的界面时发生反射和折射的特性来测零件内部的缺陷。目前应用最多的超声探伤法是脉冲反射法，此方法的原理是超声换能器发射脉冲波到被检试件内，根据接收到回波的情况来判断试件缺陷的方法，超声探伤法对缺陷检测较为灵敏，多用于厚度较大的零件，具有检出率高，适用范围广，维护方便，检测快，调试简单等优点。

2 超声波检测原理

2.1 脉冲反射法探伤

在超声检测中，脉冲反射法是根据被测试件中缺陷的回波和底面的回波进行缺陷缺陷判定和测厚的。脉冲反射法探伤的原理，当激发超探头发射超声波加到被测工件时，超声波以一定的速度向工件内部传播，穿过表面的超声波称为始波（T），通过缺陷的超声波称为缺陷波（F），通过底面的超声波称为底波（B）。如果待测样板中没有缺陷存在的话，荧光屏上就只会出现始波T和底波B。

2.2 被测加工件中声速的测定

声波在媒质中传播的速度决定于媒质的密度、弹性模量等性质。声速也和媒质的压强、温度等状态有关，因为温度变化一般比压强大，所以温度对声速的影响也比较大^[5]。根据本课题的实际情况，本课题可采用时差法测量超声在被测加工件中的声速。

3 超声波发射接收电路

超声检测硬件部分主要完成超声波的激发和回波信号的接收，完成超声的发生，接收、滤波、放大、转换、采集、存储和信号上传等任务，即实时检测钢构件内部的缺陷信息，实时提取，以确定钢构件质量是否良好。

3.1 超声发射电路模块

超声发射的理论基础是高压窄脉冲加到超声探头上，激励压电晶片振动产生超声波。高压模块就是由 高压电源提供，窄脉冲由 定时器组成的单稳态电路产生的。如图1为设计的超声硬件发射电路图。

图1超声发射电路图

3.2 超声接收电路模块

采用超声收发一体探头，对接收电路的灵敏度要求较高，由于是收发一体探头使用同一条信号通道，所以就会导致接收的回波信号夹杂着高压脉冲信号，若高压脉冲信号直接接收到回路中，可能会导致电路损坏。因此，在接收回波信号之前，要先经过一个限幅保护电路将回波信号中的高压脉冲信号滤除，保留有用的回波信号。如图2所示为超声波接收前置放大电路：

图2超声波接收前置放大电路

4 超声波回波信号的提取与识别

4.1 超声波回波信号去噪

超声检测的回波信号中含有与被测工件有关的信号，如壁厚、缺陷等，本课题所检测的钢结构件的缺陷主要是针对钢结构焊接中的裂纹和气泡。由于回波信号中掺杂着大量的干扰噪声，为了准确的提取缺陷，避免对工件造成误判，就必须首先滤除无用的噪声信号。

4.2 缺陷的判定

本课题探伤采用试块比较法确定缺陷大小，回波是很重要的判定缺陷的参数，可以先制作了一个孔径缺陷为0.70mm的标准试块，以此为缺陷的判断标准，当回波幅值大于此标准试块的回波幅值时，即判定为缺陷，低于标准试块回波幅值时，判定为合格。

5 结束语

建筑钢构件在加工过程中，容易受到客观因素出现裂缝、虚焊、气孔等缺陷，影响到结构的整体稳定性，为建筑留下一系列安全隐患。所以加强建筑钢构件的质量检测，运用超声波探伤的方法可以快速、准确、无破坏性的检测出钢构件内部的缺陷，提供高质量的钢构件保障建筑的安全与稳定。通过本文检测方法，也发现超声波检测的准确性主要取决于探伤方法、探头的选择以及提取回波信号的信号处理，为以后的实际运用和改进提供了借鉴。

参考文献

[1]郭阳.超声波探伤在建筑钢结构检测中的应用[J].建筑发展,2018,2:27.

[2]杨显志.浅谈超声波探伤在建筑钢结构焊缝检测中的应用[J].建筑与装饰,2018,8:163.

[3]杜乐.深孔加工件偏心距与探伤超声检测系统研究[D].太原:中北大学硕士学位论文,2015：11-61.