打磨對金屬磁記憶檢測的影響

李運濤，胡 斌，趙瀟男，翟 亮，劉 雙

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100013；2.武漢科技大學(xué)，武漢 430081）

20世紀90年代后期，杜波夫教授為代表的俄羅斯學(xué)者提出了一種嶄新的金屬診斷技術(shù)—金屬磁記憶檢測技術(shù)［1］。這種檢測技術(shù)也在特種設(shè)備行業(yè)逐步得到應(yīng)用，應(yīng)用案例包括：壓力容器焊縫、管道、汽輪機葉片、電站鍋爐、緊固螺栓、游樂設(shè)施等［2－6］。

打磨是現(xiàn)場檢測常見的工序。因為漆層、氧化層會給檢測帶來不利影響，所以超聲檢測、磁粉檢測或滲透檢測實施前一般都要求進行打磨。鋼絲輪和砂布輪是現(xiàn)場常用的打磨工具。鋼絲輪可將漆層和疏松氧化皮打掉，是砂布輪打磨前的工序。而砂布輪可將頑固氧化皮和腐蝕坑磨掉，使打磨區(qū)表面平整、光潔。

金屬磁記憶方法檢測時，一般不要求對工件表面進行打磨［7］，這已成為金屬磁記憶檢測的一大優(yōu)勢。然而，經(jīng)常會出現(xiàn)打磨后Hρ曲線異常信號會減弱甚至消失的情況。

筆者為了了解打磨對金屬磁記憶檢測的影響情況，進行了以下試驗。

1 試驗對象和試驗器材

試驗對象是帶有對接焊縫的Q235B基試板和Q345R基試板。試板已在空氣中放置2年，表面有氧化層，其中Q345R基試板表面還有密集腐蝕坑。經(jīng)過射線檢測，各試板內(nèi)部均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，Ⅰ級合格。各試板具體參數(shù)如表1所示。

打磨器材包括角磨機、鋼絲輪和砂布輪，如圖1所示。打磨驅(qū)動設(shè)備是博世電動工具（中國）有限公司制造的角磨機（型號：GWS 6－100EProfessional），空載轉(zhuǎn)速為2800～11000r／min。鋼絲輪的鋼絲為鍍銅鋼絲，配合角磨機使用，用于去除疏松氧化皮。砂布輪的規(guī)格為60目，配合角磨機使用，用于去除頑固氧化皮、腐蝕坑和焊縫余高，使檢測面變得平整。

表1 焊接試板參數(shù)

圖1 打磨器材

Hρ信號的采集裝置是俄羅斯“動力診斷”公司制造的TSC－1M－4應(yīng)力集中磁測儀和1型掃查器，如圖2所示。測量時的測量步長為1mm，探頭的提離高度為1mm左右。

2 試驗方法

圖2 信號采集裝置TSC－1M－4應(yīng)力集中磁測儀

在每塊試板上，分別設(shè)計兩條被焊縫中心線垂直平分的、長為200mm的掃查路徑，如圖3所示。分別編號為3－1，3－2，4－1，4－2，11－1和11－2。沿著各掃查路徑進行打磨。打磨區(qū)以掃查路徑為中心，兩邊寬度均不小于7mm，長度要覆蓋整個掃查路徑。

圖3 掃查路徑設(shè)計圖

分別在打磨前、鋼絲輪打磨后和砂布輪打磨后沿著各掃查路徑采集Hρ信號，并將所采集的信號進行對比分析。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 打磨區(qū)外貌分析

鋼絲輪打磨情況：Q245R基3＃，4＃試板打磨區(qū)內(nèi)氧化皮基本上被去除，只剩下零星的頑固點狀氧化皮；Q345基11＃試板打磨區(qū)的氧化皮基本被去除，露出密集的點狀腐蝕坑，如圖4所示。

圖4 打磨后外貌圖

砂布輪打磨情況：打磨區(qū)（包括焊縫余高）被磨平，露出金屬光澤（見圖4）。

鋼絲輪的打磨介質(zhì)是鍍銅鋼絲，鋼絲的硬度與鋼的硬度相近，所以鋼絲輪只能打掉硬度比它小的漆層和疏松氧化皮，但無法去除焊縫余高和腐蝕坑。

砂布輪的打磨介質(zhì)是剛玉，剛玉的硬度比鋼的硬度大，所以砂布輪可將焊縫余高、頑固氧化皮和腐蝕坑去除。

3.2 各掃查路徑的Hρ曲線對比分析

將打磨前后的Hρ曲線放在一起進行對比，如圖5所示，分析Hρ曲線在打磨前后的變化特點。

由于材料內(nèi)部磁性狀態(tài)的不均勻性和表面氧化皮分布的不均勻性，不同的試板、同一試板不同部位的Hρ曲線都不完全相同。

打磨前的Hρ曲線比較凌亂，局部帶有“毛刺”，如圖5（a），5（c）和5（d）所示。這是工件表面氧化皮所形成的干擾區(qū)。氧化皮是鋼鐵發(fā)生氧化作用而形成的腐蝕產(chǎn)物，由氧化亞鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵組成。其中，四氧化三鐵是鐵磁性物質(zhì)。氧化皮在工件表面的分布不均勻，在氧化皮后并且松動的地方，會導(dǎo)致Hρ曲線上“毛刺”的出現(xiàn)，影響金屬磁記憶信號（弱磁信號）的判斷。

圖5 打磨前后的Hρ曲線對比圖

鋼絲輪打磨后，Hρ曲線趨于平緩，“毛刺”明顯變?nèi)趸蛳?，但曲線的整體趨勢與打磨前相似。鋼絲輪將疏松氧化皮去除，檢測表面變得平整些，因此整個Hρ曲線上“毛刺”也就變小或消失。金屬磁記憶信號是檢測區(qū)域（包括工件表面和內(nèi)部）自有漏磁場在探頭處的整體反映。表面氧化皮少，所以它產(chǎn)生的自有漏磁場量也少，不能改變Hρ曲線的整體趨勢，但由于它離探頭最近，所以它對金屬磁記憶信號干擾作用大。因此，鋼絲輪打磨不但不會影響金屬磁記憶檢測，反而對檢測更有利。

砂布輪打磨后，Hρ曲線變得更平緩，“毛刺”基本消失，曲線與鋼絲輪打磨后的Hρ曲線基本上重合。砂布輪將頑固的氧化皮、腐蝕坑磨掉，焊縫余高磨平，表面干擾因素基本消除，所以Hρ曲線變得更平緩。Hρ曲線的整體趨勢相似，這表明砂布輪打磨一般也不影響工件的金屬磁記憶檢測，反而對檢測更有利。但是如果打磨深度太大，會把表面缺陷（如腐蝕坑或表面裂紋）打磨掉。在鋼絲輪打磨后，砂布輪打磨對Hρ信號的影響不太大。也就是說，表面松動氧化皮對金屬磁記憶信號的干擾性比較大，而焊縫余高、點狀腐蝕坑等對金屬磁記憶信號的干擾相對較小。

因此，鋼絲輪打磨就能在一定程度上減少氧化皮的干擾，達到識別真?zhèn)螒?yīng)力集中信號的效果。如果打磨氧化皮后，Hρ曲線的畸變信號減弱到很小或消失，說明是此畸變信號區(qū)為氧化皮干擾區(qū)；如果打磨氧化皮后，Hρ曲線的畸變信號仍然很大，說明是此畸變信號區(qū)為應(yīng)力集中區(qū)。

由上可知，表面氧化皮對金屬磁記憶信號具有一定的干擾性，焊縫余高、點狀腐蝕坑等對金屬磁記憶信號的干擾相對較小。對于表面有氧化皮的工件來說，打磨可將氧化皮去除，在一定程度上更有利于金屬磁記憶的檢測。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

某集氣站的分水包，材質(zhì)為Q245R，厚度為8mm，介質(zhì)為天然氣。焊縫基本上都被油漆覆蓋，漆層厚度0.3mm左右?？蛻粢蟛煌C檢測，為了安全起見，盡量減少打磨區(qū)域。由于集氣站內(nèi)嚴禁明火，而砂布輪打磨時會出現(xiàn)大量火花，所以現(xiàn)場要求采用鋼絲輪打磨，除去油漆層和松動氧化皮。

檢測方案：① 采用金屬磁記憶技術(shù)對焊縫進行初步診斷，確定信號畸變區(qū)。② 采用鋼絲刷對畸變信號區(qū)表面進行打磨處理，采用金屬磁記憶技術(shù)進行復(fù)驗，根據(jù)畸變信號的變化情況初步判別應(yīng)力集中區(qū)的真?zhèn)?。?對確定的應(yīng)力集中區(qū)進行磁粉檢測復(fù)驗，以確定是否有超標(biāo)表面缺陷。

分水包縱縫上發(fā)現(xiàn)2處Hρ畸變信號。鋼絲刷打磨處理后，畸變信號區(qū)的漆層和松動氧化皮被打掉，但部分頑固氧化皮難以清理，如圖6（a）所示。打磨后，2號畸變信號區(qū)的畸變信號明顯變?nèi)?，信號很小，如圖6（b）所示，推測此區(qū)域為氧化皮干擾區(qū)，無需復(fù)驗。而1號畸變信號區(qū)的畸變信號在打磨后仍然很大，如見圖6（b）所示，推測此區(qū)域可能為應(yīng)力集中區(qū)。

圖6 分水包縱縫打磨前后對比

由于應(yīng)力集中區(qū)可能是缺陷存在的地方，所以需要對1號畸變信號區(qū)進行復(fù)驗。磁粉檢測所用的設(shè)備是韓國MY－2交流磁軛探傷儀，供電電壓為220V，供電頻率為50Hz，磁懸液為黑磁膏和水配置而成，配置質(zhì)量濃度為10～25g／L。磁粉檢測結(jié)論為未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。這表明1號畸變信號區(qū)可能只是應(yīng)力集中，未形成宏觀缺陷。

5 結(jié)論

通過試驗，可得出表面氧化皮對金屬磁記憶信號具有一定的干擾性，焊縫余高、點狀腐蝕坑等對金屬磁記憶信號的干擾相對較??；對于表面有氧化皮的工件來說，打磨在一定程度更有利于金屬磁記憶的檢測。

［1］任吉林，唐繼紅，鄔冠華，等.金屬的磁記憶檢測技術(shù)［J］.無損檢測，2001，23（4）：154.

［2］張衛(wèi)民，董韶平，張之敬.金屬磁記憶檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.中國機械工程，2003，14（10）：892－896.

［3］池永濱，劉宇哲，胡先龍，等.汽輪機葉片金屬磁記憶診斷技術(shù)［J］.無損檢測，2002，24（10）：440－442.

［4］李光海，劉時風(fēng)，沈功田.壓力容器無損檢測—磁記憶檢測技術(shù)［J］.無損檢測，2004，26（11）：570－574.

［5］沈功田，姚澤華，吳彥.游樂設(shè)施的無損檢測技術(shù)［J］.無損檢測，2006，28（12）：655.

［6］張志超.金屬磁記憶檢測的原理及應(yīng)用［J］.機電技術(shù)，2009，（1）：77－79.

［7］GB／T 26641—2011 無損檢測 磁記憶檢測 總則［S］.