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摘要：本文对钢材强度无损检测的一些主要方法进行了阐述，包括表面硬度法、化学分析法以及光谱分析法，并对这些常用的无损检测方法进行了比较分析。
关键词：钢材强度；无损检测；钢材强度检测
在建筑结构中，钢结构由于在强度、韧性、抗震性能以及施工效率等方面具有诸多突出特点，近年来在建筑领域得到了广泛应用，发展速度极为迅猛，应用范围从工业厂房逐步拓展到了公用建筑、民用建筑。在钢结构的应用实践中，为了确保结构的安全，需要对其各项性能指标进行必要的检测，这其中，钢材强度是检测钢结构安全及性能的关键指标之一，而对钢材强度的无损检测则是在检测过程中确保构件整体性能不受影响的一种技术，本文就此方面进行一些探讨。
1.钢材强度无损检测方法
钢材强度无损检测方法主要有表面硬度法、化学分析法以及光谱分析法。其中，表面硬度法是应用最早也是目前应用最为广泛的一种钢材强度无损检测方法。
1.1表面硬度法
金属的硬度和强度之间存在着对应关系，硬度越高，其强度也就越高，因此，通过测量金属材料的硬度可以间接推导出其强度大小。表面硬度法就是利用金属硬度与强度的对应关系来测量金属强度的一种无损检测技术，具体方法有里氏硬度法、维氏硬度法、布氏硬度法以及洛式硬度法等。
（1）里氏硬度法
里氏硬度法是以其发明人DietmarLeeb命名的一种金属硬度检测方法，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。里氏硬度用HL表示，其公式为：
HL=1000VＲ/VA
式中VＲ-回弹速度，m/s；
VA-冲击速度，m/s。
里氏硬度计体积小、读数快、检测效率高、使用方便，能测试大型钢结构建筑及其金属构件的硬度，较小的体积使得其在狭小空间也能进行检测，适用面广。此外，里氏硬度计弹痕非常小，对测试物体表面几乎无损伤。
里氏硬度法的影响因素：主要包括试件的质量和厚度、表面粗糙度、表面硬化层厚度、冲击方向、表面曲率半径等。被测试钢结构构件强度的计算是以GB/T17394.1-2014《金属材料里氏硬度试验》给出的里氏硬度HL和维氏硬度的换算关系表为依据，换算出维氏硬度，然后依据GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》维氏硬度和强度换算关系表，得出构件的强度。
（2）维氏硬度法
维氏硬度法是1924年由R.LSmith和G.E.sandlnd合作提出的，英国公司Vickers-Armsrtongs在1925年制造出世界上第一台维氏硬度计。维氏硬度法的原理是用一定的试验力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。
维氏硬度的计算公式：维氏硬度HV=0.1891F/d2
维氏硬度法是表面硬度法中测量精度最高的一种方法，可检测金属材料的硬度范围很广。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》，通过换算得出试件材料的强度。
（3）布氏硬度法
布氏硬度法是在1900年由瑞典工程师J.A.Brinell提出来的一种硬度检测方法。其基本原理为对具有一定直径D的硬质合金球施加一定的试验力F压入试样表面，保持规定的时间，然后卸去试验力，在两个相互垂直的方向测量压痕直径，并取其平均值d，计算出压痕表面积A，布氏硬度即为试验力F除以压痕表面积A，其符号为HBW，计算公式为：
式中N-给定标尺的硬度数；
S-给定标尺的单位；
h-残余压痕深度。
洛氏硬度试验结果的影响因素主要有：试样表面的粗糙度、试样厚度、试样的平行度等。洛氏硬度和构件强度之间的换算依据GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》，得出构件的强度。
1.2化学分析法和光谱分析法
化学分析法和光谱分析法的基本原理一致，是根据钢材中主要元素的含量来估算钢材强度的方法。化学分析法是通过化学的方法将钢材中的特定元素溶解，然后根据其物理或者化学性质用重量法或者显色法测出特定元素的含量。光谱分析法则是用电火花的高温使钢材中的元素直接气化并激发而发射出各种元素的特征波长，经光栅分光得到光谱，通过光电倍增管，将光信号转变成电信号，经计算机处理，得到各种元素的含量。其计算公式为：
σb=285+7C+0.06Mn+7.5P+2Si
式中，C、Mn、P、Si分别表示钢材中碳、锰、磷和硅元素的含量，以0.01%为计量单位。
2常用无损检测方法的比较分析
里氏硬度法所用的仪器体积小、操作方便，能够在狭小的空间内完成检测工作，具有较高的工作效率。但对于钢材强度的检测，里氏硬度法目前尚未形成硬度值与钢材强度之间关系的标准规范，需要先将里氏硬度值与维氏硬度值进行换算，然后通过维氏硬度得到钢材的强度。此外，对于火灾后的钢材强度测定，里氏硬度法也没有根据可寻。
相较于里氏硬度法，维氏硬度法是相对更为成熟的一种表面硬度法，也是表面硬度法里精度最高的。但采用维氏硬度法，会在测试构件的表面形成比较深且尖锐的压痕，对构件的损伤较大。
布氏硬度法能够客观反映钢材的硬度，测试的稳定性好且产生的压痕面积大，对测试构件几乎不构成损伤。但布氏硬度法对于不同的测试材质，需要更换压头及施加不同大小的荷载，测试时间长、操作复杂，效率不高。
洛氏硬度法操作简单、测量速度快，对测试构件的表面粗糙度要求不高而且产生的压痕较小，基本不会对测试构件形成明显的损伤。但由于洛氏硬度测试设备不适用于现场钢结构的检测，因此应用范围受到较大的限制。
化学分析法通常采用现场钻取或刨取钢屑，然后在实验室进行分析。分析效率低下，且需要大量的人力劳动，较难满足快速得到结果的要求。光谱分析法分析一个样品仅需要30s左右，效率高，且需要的人工少，一人便可以自如操作，必成为今后主流的无损检测方法。
3结束语
总的来说，不同钢材强度无损检测技术都有着各自的优缺点，在实际应用中，可以根据检测要求、现场条件等灵活应用，综合检测质量、检测效率等来确定所应采取的检测方法。
参考文献
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论文作者:王宁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：硬度论文; 强度论文; 钢材论文; 里氏论文; 表面论文; 氏硬度论文; 构件论文; 《建筑学研究前沿》2018年第32期论文;