金属结构异种钢材强度的无损检测方法研究

王海明，张大鹏

（大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司，辽宁 大连 116013）

随着建设经济的快速发展，基础设施的建设工作逐渐增加，而产品的质量检验成为了建设过程中最为重要的部分。随着钢材产量的不断增加，建筑物中的钢结构逐渐变得复杂，将不同种类的钢材通过特殊手段结合，形成异种钢材。在高层建筑、工业厂房以及桥梁当中都采用了异种钢材的建设[1]。但随着其应用范围的扩大，造成的事故问题也逐渐显现出来，导致严重的人员伤亡和经济损失。因此，为了保证人们的生命财产安全，对于钢结构的检测十分重要。本文结合钢结构宏观与微观两个方面，从影响其强度的角度出发，提出一种金属结构异种钢材强度的无损检测方法，替代原有对钢结构检测造成式样破损的检测方法，从而促进土木工程学科的发展。

1 金属结构异种钢材强度的无损检测方法设计

1.1 采集金属结构异种钢材无损检测参数

本文设计的金属结构异种钢材强度的无损检测方法首先利用快速傅里叶变换方法对金属结构异种钢材的弹性模量进行连续的无损检测，直接检测出异种钢材的长、宽、高、重量等各项参数。对于形状规则的金属结构异种钢材进行无损检测参数采集可以通过使用旋转控制器，将其直接与被检测试件接触，通过改变接触臂的拉开角度，控制金属结构异种钢材内部的电阻，从而产生不同类型的电压信号[2]。为了保证检测结果的准确性，在采集电压信号前，需要增加信号放大装置，将放大的信号用采集处理装置进行采集，再利用模数变换设备对其进行处理。通过计算机对电压信号进行控制，将根据转换原则将电压信号转换为几何参数，从而获取形状规则的金属结构异种钢材的无损检测参数。

对于形状不规则的金属结构异种钢材，仍然采用规则形状的采集方法会使最终的检测结果出现较大的误差。因此，对于几何形状不规律的金属结构异种钢材可以利用两个电荷耦合元件摄像头实现对金属结构异种钢材正面及侧面的参数采集。首先利用两个电荷耦合元件摄像头对金属结构异种钢材进行拍摄，将拍摄的图像上传到计算机当中，对图像进行数字化处理，再通过计算机中的灰度处理软件对图像进行处理，并计算出图像的最优阈值[3]。根据图像向量法的原则对灰度图像进行标识，从而进一步对图像中的向量信息进行统计，并计算出符合检测要求的金属结构异种钢材图像向量总长度，再将其进行转换，最终得到不规则金属结构异种钢材的无损检测参数。

1.2 参数回归分析强度定量计算

在进行参数回归分析时，首先将上述采集到的大量金属结构异种钢材无损检测参数进行汇总，本文采用统计学方法对数据进行汇总。通过对金属结构异种钢材强度进行研究得出，金属结构异种钢材强度与里氏硬度的数值存在正向相关的关系[4]。同时，金属结构异种钢材中存在一些薄壁以及尺寸较小的构件，因此在对金属结构异种钢材进行参数回归分析时需要进行非线性以及线性两种回归方法进行。

线性回归分析的公式为：

公式中，α表示为平均相差误差值；K 表示为线性回归的相关系数；表示为采集到的金属结构异种钢材的强度值；表示为通过回归公式计算出的金属结构异种钢材的强度值。

非线性回归分析与线性回归分析方法相比较为复杂，需要利用二次多项式、幂指数函数等对采集到的无损检测参数进行非线性分析。非线性回归不存在相应的线性关系，因此没有固定的计算公式。非线性回归分析的具体方法为：设置回归公式计算出的金属结构异种钢材的强度值与里氏硬度值之间的中间变量，该数值与里氏硬度值之间的关系存在二次多项式、幂指数函数关系，因此通过调整二者之间的关系可以得出最佳的线性关系，再将该线性关系利用上述线性回归分析公式进行计算，从而得到相应的相关系数、显著性水平以及平均相对误差和相对标准差等[5]。通过上文对金属结构异种钢材的无损检测参数进行回归分析后，还需要对其进行定量计算，最终确定金属结构异种钢材的强度。

2 实验论证分析

为了时本文设计的金属结构异种钢材强度的无损检测方法具有更高的严谨性和可行性，下面将其与传统检测方法进行对比实验，从而验证两种检测方法的误差率。

2.1 实验准备

在某钢材生产厂中随机选取10组金属结构异种钢材，其中5组为不规则形状的金属结构异种钢材，5组为规则形状的金属结构异种钢材。规则形状的金属结构异种钢材形状为圆柱体、长度均为40mm。分别利用传统检测方法与本文检测方法对10组试件的强度进行检测。

2.2 实验结果及分析

根据上述实验准备完成对比实验，并将实验过程中产生的数据信息进行记录，将两种检测结果与钢材生产厂中金属结构异种钢材实际的各项数值进行比较，并将实验结果绘制成如表1所示。

表1 两种检测方法检测结果误差率对比

表1为通过两种检测方法对金属结构异种钢材强度的检测误差率对比，从表1中的数据可以看出，本文检测方法的误差率明显低于传统检测方法的误差率，且本文检测方法的误差率均低于10%，因此进一步证明该方法有效提高了金属结构异种钢材强度的检测精确。同时，在进行检测过程中，传统检测方法对于金属结构异种钢材造成了严重的形变，导致其试件出现破损情况，因此在检测过程中也影响了金属结构异种钢材强度原有的各项性能，导致检测结果误差增加。而本文方法在对试件进行检测的过程中保证了试件的完整度，因此更适用于实际建设施工中对金属结构异种钢材强度的检测。

3 结束语

本文根据基础设施施工中对金属结构异种钢材强度检测的需要，提出一种无损的检测方法，并通过对比实验的形式进一步证明了该方法的有效性。因此在未来基础设施建设中可以增加本文检测方法的应用，从而保障建设经济的可持续发展。同时笔者在后续的研究中还将基于本文检测方法的设计思路，对不同领域中其它材质的强度检测进行更加深入的研究。