装配式建筑构件连接节点质量超声相控阵检测应用研究

引言：随着建筑工业化进程加快，装配式建筑因高效、环保等优点在建筑领域得到广泛使用。但构件连接节点质量的好坏直接影响建筑整体安全稳定，构件连接节点处经常出现连接不牢固、焊缝缺陷、灌浆不实等情况，而采用传统检测方法无法准确检测。超声相控阵检测技术作为一种先进的无损检测技术，具有检测速度快、分辨率高、成像直观等优点，在工业检测中已展现优势，在装配式建筑构件连接节点检测中的应用研究，对于保障装配式建筑工程质量和促进行业发展具有重大意义。

一、装配式建筑构件连接节点常见缺陷类型

（一）连接不牢固问题

连接不牢固是装配式建筑构件连接节点的常见缺陷，螺栓连接拧紧力矩不足，使用时容易松动，不能有效传力。装配式钢结构钢梁和钢柱的高强度螺栓，未按设计扭矩拧紧，动荷载下易松动失效，危及结构稳定，焊接连接工艺不当，电流过小、时间过短，会产生虚焊、脱焊等强度不足问题，钢混混合结构更明显，焊接技术要求高，此类缺陷初期不易察觉，随时间、荷载作用会恶化，严重威胁建筑安全。

（二）焊缝缺陷问题

装配式建筑焊接连接节点里焊缝缺陷比较常见，气孔是由于焊接时气体没及时跑出来造成的，其会使焊缝的有效承载面积变小，强度和韧性都会降低，潮湿环境或者材料没有烘干就去焊接钢梁就会出现这种情况。夹渣是由于熔渣留在焊缝里面形成的，这样会影响焊缝的连续性以及抗疲劳的能力，裂纹是最严重的，有热裂纹就是在高温时期由于材料成分，工艺参数等因素引起的，冷裂纹在冷却过程中由于拘束应力和氢含量等因素产生，会显著降低焊缝的承载能力，若裂纹扩展，可能导致安全事故。

（三）灌浆不密实问题

装配式混凝土结构里，钢筋套筒灌浆连接很常见，但是灌浆不密实是常见问题，套筒局部没填满或者有空隙，产生这种现象的原因包含施工时灌浆压力不够，比如灌浆设备性能差或者操作失误，套筒底部，边角就容易不密实。灌浆料的配合比不好，流动性差或者泌水率高，都会影响密实度。套筒里面如果有杂物，钢筋油污，灌浆料就很难流动，灌浆不密实会降低钢筋和套筒的粘结力，影响结构的整体性能。

二、超声相控阵检测技术在装配式建筑构件连接节点质量检测中的应用

（一）检测流程

超声相控阵检测装配式建筑构件连接节点质量的流程包含检测前准备、检测执行以及检测结果分析这三个主要部分。在检测前准备环节，首先要把被检测构件的相关资料找出来，比如设计图纸，施工记录等，明确连接节点的分类、结构特征、材料属性以及潜在缺陷部位与类型，然后按照这些信息来挑选适合的超声相控阵检测设备和探头，如果检测的对象是不同厚度的构件，而且存在不同类型的缺陷，那么就要选用相应的频率，阵元数目以及尺寸的探头，这样才能确保检测的准确性和有效性，还要对检测设备展开校准和调试，让设备的各项性能指标达到检测需求。

还需清理检测现场，把构件表面的油污、铁锈、灰尘等杂物去掉，此方法确保了探头与构件表面之间的有效耦合。在实施检测时，把超声相控阵探头放在构件连接节点的检测地方，按照事先制订的检测方案做扫查，一般会用线性扫查或者扇形扫查的方式，依靠调节探头的移动速度和扫查角度，使声束能全方位地覆盖到连接节点的重要地方。在扫描过程中，设备持续收集超声信号并传送至信号处理系统进行初步处理和保存。检测人员需密切监视显示界面，注意异常信号。在检测结果分析阶段，运用专门的数据分析软件对采集到的超声信号展开深入分析，通过对信号的幅值、相位、传播时间等参数加以分析，检查连接节点内是否存在缺陷，以及缺陷的位置、大小和形状。以反射波的幅值大小为例，可大致推测出缺陷的严重程度，幅值越大，缺陷可能就越大，借助算出反射波的传播时间，能够知晓缺陷在构件内部的深度位置，而且还需联系检测人员的经验和有关标准规范，对检测结果予以全面评判，给出准确的检测结论。

（二）检测方法选择

针对装配式建筑构件连接节点的不同类型及结构特点，要选择恰当的超声相控阵检测手段。对于平面型连接节点，如装配式建筑里常见的平板对接焊缝连接节点，一般采用线性扫描方式，把相控阵探头沿着焊缝长度方向做直线移动，依靠电子扫描来做到对焊缝区域的全面检测。这样可以迅速、精确地检测出焊缝里的气孔、夹渣、裂纹等瑕疵，并且能够对瑕疵执行精确的定位和量化分析。而对于那些结构比较繁杂的连接节点，比如 T 型接头、十字型接头等，因为其结构比较繁杂，所以采用扇形扫查方式更为合适。扇形扫查能够通过控制相控阵探头各阵元的激发延迟时间，使得声束在一定的角度范围内做扇形扫查，进而对复杂结构节点进行全方位检测。比如，在检测 T 型接头时，采用扇形扫查的方式可以同时对翼板和腹板之间以及翼板和腹板内部的焊缝进行检测。对一些检测要求较高的重要连接节点，还可以采用多方位扫查结合的方式，先进行线性扫查得到大概的缺陷信息，然后在怀疑的部位进行扇形扫查或者其他角度的扫查，进一步明确缺陷的具体情况，从而提高检测的准确性。

（三）检测参数设置

合理设定超声相控阵检测参数，是确保检测结果正确性的重要环节。检测参数包含探头频率、阵元数量、扫查角度、聚焦深度等。探头频率的选取需依照被检测构件的材料厚度和缺陷种类来定。一般而言，对于较薄的构件和较小的缺陷，要选高频探头。高频探头的分辨能力较强，能更清楚地检测到细微的缺陷。比如，在检测装配式建筑中薄板结构的连接节点时，可采用 5MHz 或者更高频率的探头。至于较厚的构件，为了确保超声波有足够强的穿透力，就要用低频探头，比如 2.5MHz。阵元数量的多少关乎超声相控阵检测的分辨能力和检测范围。阵元数量越多，分辨能力越高，声束控制也越灵活。不过，阵元数量增多会加大设备成本，并使数据处理变得更为繁杂。在实际检测时，要根据检测需求、成本效益等综合考虑，选取合适的阵元数量。

扫查角度的设定要按照连接节点的结构特点以及可能存在缺陷的方向来决定。在平面型焊缝的研究中，扫查角度一般设在能涵盖焊缝及其热影响区的范围内。至于那些复杂形状的节点，则需通过计算与模拟来确定合适的扫描角度范围，从而确保声束可以检测到所有可能存在缺陷的地方。

聚焦深度的设置应当让声束能够准确地聚焦在连接节点最有可能出现缺陷的部位。拿焊接连接节点来讲，聚焦深度可以设在焊缝的熔合线附近，因为这里正是缺陷容易产生之处。如此一来，就能充分发挥超声相控阵检测技术的优势，提升检测的准确性和可靠性。

三、结论

本研究对超声相控阵检测技术在装配式建筑构件连接节点质量检测中的应用进行了系统的探究，超声相控阵检测技术依靠合理的检测步骤，恰当的选择方法和精确的参数设定，能够检测出连接节点常见的缺陷，给工程质量评判给予可靠的依照，不过在实际应用当中，仍旧存在检测准则不完善，复杂结构检测适应性需改善等状况，日后要完善检测准则体系，开展复杂结构检测技术研究，促使超声相控阵检测技术在装配式建筑领域得到全面推广并实现创新发展。

参考文献

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