国内建筑钢结构焊缝无损检测技术的现状与展望

引  言
建筑钢结构发展现状
建筑钢结构焊缝无损检测待解决问题
建筑钢结构焊缝无损检测展望

2008年，我国钢产量已达到5.02亿吨，钢材表观消费量达到5.38亿吨，各种焊接材料消耗量达360万吨，已稳居世界第一。

“十一五”期间，建筑钢结构发展目标明确，大力推动建筑钢结构的发展，进一步提高应用技术水平。高层和超高层建筑优先采用合理的钢结构或钢—混凝土结构体系。大跨度建筑积极采用空间网格结构、立体桁架结构、索膜结构以及施加预应力的结构体系。低层建筑大力推广采用经济适用的轻型钢结构体系。总结试点经验，结合市场需求，积极开发钢结构住宅建筑体系，并逐步实现产业化。2010年，建筑钢结构用钢量争取达到国家总产钢量的6%，同时，建筑钢结构的综合技术水平接近或达到国际先进水平。
焊接，作为构建钢结构的一种主要的连接方法，在建筑钢结构中发挥了重要的作用。据统计，约50％以上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处理。因此，焊接水平的提高是实现钢结构技术快速发展的关键所在。

2.1  建筑钢结构发展现状
纵观国内建筑钢结构工程，可以简单的用“大、特、新、廉”几个字来概括其特点：
     越来越多的超高层、大跨度世界级超大规模建筑在国内诞生
上海寰球金融中心大楼，主楼高492米，地上101 层，为世界第二高楼。
广州电视塔，总高610米，为世界第一高度电视塔。
首都机场3号航站楼，功能面积达67万平米，为目前世界第一大单体航站楼。
北京南站工程，建筑面积达42万平米，为亚洲最大火车站

外观上，结构形状新颖独特，标新立异，具有强烈的视觉冲击效果，令人
  震撼，过目难忘。

国家体育场（鸟巢），是北京“2008”奥运会主会场，可容纳观众9.1万人，工程占地面积20.4公顷，总建筑面积约25.8万m2。其放射状混凝土框架结构与由巨型弯扭构件编织而成的外围空间钢结构共同构造了一个浑然天成的鸟巢造型，体现了人类追求自然，回归自然的美好愿望。

水立方，国家游泳中心，建筑总体布置为正方形，其外立面由新型多面体空间刚架钢结构和ETFE充气膜组成，就像一个晶莹剔透的水晶体，建筑高度约31m，钢屋盖最大跨度为130m，可容纳观众1.7万。

中央电视台新台址工程，主楼由两座塔楼、裙房及基座组成，两座塔楼呈倾斜状，分别为51层、44层，总建筑面积40万㎡，顶部通过14层高的悬臂结构连为一体，悬挑70m，从侧面看呈扭曲的Z字形，为世界上单体钢结构用钢量最大的建筑物。

北京国家大剧院，外部钢结构壳体呈半椭球形，其东西长轴为 212.20m，南北短轴为 143.64m，是世界上最大的穹顶建筑。

二、建筑钢结构发展现状
各种新技术、新工艺、新材料、新方法不断应用在建筑钢结构上，体现了建
筑钢结构开放、发展、与时俱进的特点。
新技术：机械化、自动化和成套水平进一步提高，电子计算机和焊接机器人也开始在钢结构的生产制作中应用，厚板窄间隙焊接、陶瓷衬垫坡口焊等新技术也越来越多的得到使用
新工艺：高效焊接工艺，包括埋弧双丝焊、三丝焊，CO2 双丝、粗丝焊接已经大量应用。
新材料，建筑钢结构越来越多的使用高强度、大厚度钢材，而且随着材料制造工艺水平的不断提高，铸钢、不锈钢、复合钢板、耐火耐候钢以及耐大线能量钢也得到越来越多的应用。
新方法：高效焊接方法如电渣焊、气电立焊、栓钉焊等已开始应用

绿色建筑定义
       在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

钢结构住宅由于具有可实现模块化、标准化、产业化、轻型化、材料可重复使用、节能环保以及质优价廉等优点，满足“绿色建筑”的要求，顺应国家建设资源节约型、环境友好型社会的大政方针，在我国经过近几年的深入研究和开发后，已进入一个新的发展阶段，一批建设部立项的示范、试点工程和关键技术攻关项目也相继建成并取得了科研成果，在“绿色建筑”和“住宅产业化”呼声日益高涨的今天，我国的住宅建设必将得到长足的发展。

2.2  存在问题
随着国内钢结构的高速发展，对工程质量控制的要求也越来越高，尤其是焊接质量的控制，关乎整个钢结构工程的安全。
无损检测是焊接质量控制的重要手段之一，目前应用于钢结构的无损检测主要有超声、射线、磁粉、渗透等方法，与钢结构高速发展呈鲜明对照的是，钢结构无损检测的发展却相对滞后，主要存在以下问题：
标准缺乏、老化、滞后，总体水平偏低；
检测方法局限于超声、射线等，没有突破；
无损检测新技术应用不多；
缺乏高效的自动检测手段；
特殊钢结构节点如钢管相贯焊缝的检测、角焊缝内部质量的检测工艺复杂，效率不高；

3.1  圆管相贯节点焊缝的超声波探伤技术
钢管相贯焊缝形状复杂，为一马鞍形空间曲线，对其进行超声波探伤，由于探伤面曲率在不断变化，声束扫查截面的厚度也在不断改变，给缺陷的判定特别是定位造成很大的困难，中冶集团建筑研究总院，通过数学建模和推导，开发了钢管相贯线焊缝超声波探伤修正程序，输入节点的基本信息，采用计算机辅助计算，得出相贯角与几何临界角及距离修正系数的关系，根据焊缝不同区域的几何临界角对焊缝进行分段，选取相应角度的探头，并根据发现缺陷部位的相贯角求取距离修正系数，对缺陷进行定位。

3.3  其他
铸钢、厚板高强钢、不锈钢、耐候耐火钢焊缝检测；
    部分熔透焊缝熔深测定及内部质量检测；
    无缝钢管筛选、鉴别。

4.1 无损检测新技术将逐步得到应用：
   相控阵、TOFD、数字射线成像、涡流、磁记忆、声发射；      目前瓶颈：标准、成本、人员
4.2检测仪器：体积小、重量轻、便于携带及高空作业、功能齐全、操作方便、界面友好；
4.3专用检测仪器：相贯线、角焊缝；

4.4钢结构施工监控、健康监测
     (a) 应力应变监测     (b) 变形测量     (c) 结构振动监测     (d) 变形测量     (e) 风场监测       施工监控既是钢结构施工质量的保证措施，又是施工工程安全的保证措施；便于施工单位及时掌握结构实际状态，对施工步骤及条件做出调整，防止施工中的误差积累，保证结构安全，随时反馈结构安装情况，形成一个施工监控循环阶段，最后顺利建成并达到设计要求；       结构健康监测是对钢结构在使用过程中各种关键状态的一种监测，实时反映结构在使用中的各项参数，做到早发现、早预防，防患于未然，保证结构使用安全，同时在受到非正常因素（自然灾害、人为破坏）冲击后，有助于科学评估，减少损失。

工程概况
        深圳证券交易所营运中心工程位于深圳市福田中心区，建筑面积26.7万平方米，共46层，主体总高度45.8m，钢结构总重4.2万吨。大厦底座被抬升至36m高，形成一个巨大的“漂浮平台”，此即为抬升裙楼。它由桁架筒结构和巨型悬挑桁架结构组成（如图1.2所示）。抬升裙楼长162m，宽98m，高24m；其共有14榀桁架组成，结构最大特点是超长平臂悬挑、超大构件及超重节点，南北悬挑36m，东北悬挑22m，构件最大截面尺寸为4.2m×2m，单个节点最大重量172吨，抬升裙房钢结构总重量达2.8万吨。