金屬磁記憶無損檢測的研究

張崴

摘??要：金屬磁記憶檢測技術(shù)是一種新的無損檢測手段，對金屬構(gòu)件的早期失效和壽命評估有重要意義。在闡述金屬磁記憶檢測原理的基礎(chǔ)上，對金屬磁記憶檢測的方法、主要特點(diǎn)和作用進(jìn)行了綜述和分析，并通過幾個應(yīng)用實(shí)例初步證實(shí)了磁記憶檢測的有效性。

關(guān)鍵詞：磁記憶檢測;無損檢測;應(yīng)力集中;鍋爐檢修

中圖分類號：TG115.28????????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.022

金屬磁記憶檢測技術(shù)是一種利用金屬磁記憶效應(yīng)來檢測部件應(yīng)力集中部位的快速無損檢測方法，也是一項(xiàng)集無損檢測、斷裂力學(xué)、金屬學(xué)等學(xué)科于一體的無損評價技術(shù)。它能夠?qū)﹁F磁性金屬構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力集中區(qū)，即微觀缺陷、早期失效和損傷等進(jìn)行診斷，防止突發(fā)性的疲勞損傷，同時，它也是迄今為止對金屬部件進(jìn)行早期診斷唯一可行的無損檢測方法。

1??磁記憶檢測原理

鐵磁材料具有磁彈性效應(yīng)和磁機(jī)械效應(yīng)（在應(yīng)力作用下），因內(nèi)部產(chǎn)生位錯運(yùn)動而造成滑移，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中。殘余應(yīng)力的存在會使結(jié)構(gòu)中的自由能增加，體系中自發(fā)進(jìn)行的過程是降低體系自由能的過程，因此，對鐵磁構(gòu)件來說，為了降低體系的自由能，其應(yīng)力集中區(qū)在地球磁場的作用下，必會產(chǎn)生磁疇的自發(fā)轉(zhuǎn)動，形成磁極，以磁能的形式抵消部分應(yīng)力集中帶來的彈性能。其結(jié)果必定會在金屬表面形成特定的漏磁場，從而產(chǎn)生磁記憶。通過測量該漏磁場的分布特征，可以得到構(gòu)件應(yīng)力集中部位及其大小分布，從而檢測到造成應(yīng)力集中區(qū)和缺陷的位置。

2??磁記憶檢測方法

金屬磁記憶檢測方法是一種新型無損檢測方法，它可以記錄在工作載荷作用下設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生的漏磁場。

工作損傷出現(xiàn)的過程是應(yīng)力集中變形區(qū)金屬性質(zhì)變化的過程，反映著設(shè)備實(shí)際狀態(tài)下金屬磁化強(qiáng)度的變化。在這里，金屬磁記憶能顯現(xiàn)出受最大工作載荷作用的局部區(qū)域。傳統(tǒng)的無損檢測方法只能查找出那些已經(jīng)出現(xiàn)的缺陷，而磁記憶可以對設(shè)備進(jìn)行早期診斷——雖然這時應(yīng)力集中部位還未形成宏觀缺陷。金屬磁記憶的主要任務(wù)是確定受檢對象以應(yīng)力集中區(qū)為特征的最危險的部件和部位，然后用其他常規(guī)無損檢測方法來確定是否存在實(shí)際缺陷。

3??磁記憶檢測的主要特點(diǎn)和作用

3.1??特點(diǎn)

磁記憶診斷技術(shù)與現(xiàn)有的漏磁檢測方法相比，其主要特點(diǎn)是：①能實(shí)現(xiàn)對大型承壓設(shè)備的快速檢測;②不需要專門的磁化設(shè)備就能對鐵制工件進(jìn)行可靠的檢測;③不需對被測工件的表面進(jìn)行清理或其他預(yù)處理;④能夠?qū)崿F(xiàn)對鍋爐、壓力容器、壓力管道等特種設(shè)備的在役檢測。

金屬磁記憶是現(xiàn)階段唯一能以很高的精度確定設(shè)備滋生缺陷部位的無損檢測方法。經(jīng)驗(yàn)表明，在滋生金屬損傷區(qū)域，有穩(wěn)定的磁場強(qiáng)度法向分量HP的符號變化線。這一診斷參數(shù)是構(gòu)成利用金屬磁記憶效應(yīng)一系列檢測設(shè)備的方法和指導(dǎo)性文件的基礎(chǔ)。

3.2??優(yōu)點(diǎn)

金屬磁記憶檢測技術(shù)作為一種新型的檢測手段，與傳統(tǒng)無損檢測方法相比，其優(yōu)點(diǎn)主要有：①可準(zhǔn)確、可靠地探測出被檢對象上以應(yīng)力集中區(qū)為特征的危險部件和部位;②不需要專

門的磁化設(shè)備，而是利用地磁場這一天然磁場源對工件進(jìn)行磁化，檢測的重復(fù)性和可靠性好;③不需要對被檢工件表面進(jìn)行預(yù)處理，對工件表面的檢測可在線進(jìn)行，檢測效率高;④能評價工件運(yùn)行狀態(tài)下的應(yīng)力分布;⑤檢測儀器體積小，自帶電源和記錄裝置，操作方便。

3.3??金屬磁記憶的作用

金屬磁記憶的作用有：①評價在役工件的應(yīng)力分布，確定出現(xiàn)應(yīng)力集中的區(qū)域;②在工件形成裂紋前，確定最大的應(yīng)力集中區(qū);③與傳統(tǒng)無損檢測方法相結(jié)合，確定生成的裂紋和其他缺陷的尺寸;④查清造成應(yīng)力集中和損壞的原因;⑤決定是否要更換零件，進(jìn)行壽命評估，確定準(zhǔn)確的維修工作量。

4??應(yīng)用實(shí)例

國家特檢中心在檢驗(yàn)中利用磁記憶檢測發(fā)現(xiàn)有100根應(yīng)力集中的穿墻管，割管后發(fā)現(xiàn)20根有裂紋，為企業(yè)節(jié)約了很大一筆費(fèi)用;利用磁記憶發(fā)現(xiàn)了氣輪機(jī)葉片根部裂紋和電站鍋爐集箱小管座裂紋。

目前，在鍋檢系統(tǒng)已經(jīng)有好幾個單位使用了金屬磁記憶檢測儀，并在電站鍋爐、球罐、超高壓水晶釜檢驗(yàn)中得到了應(yīng)用，取得了較好的效果。下面舉幾個應(yīng)用的實(shí)例。

4.1??檢測壓力容器焊縫

（a）

（b）

圖1??某電廠液氫儲罐No.13（a）和No.16（b）

沿環(huán)形焊縫部位HP場的分布情況

圖1是某電廠液氫儲罐焊縫的檢測結(jié)果。圖中顯示了檢測部位上HP場的分布情況，且標(biāo)出了最大應(yīng)力集中區(qū)。其特點(diǎn)是每個通道HP場符號交替和跳躍式變換有dH/dx最大值。在查明的應(yīng)力集中區(qū)，建議做超聲檢測和金相分析。

4.2??檢測緊固件

圖2是某鋼廠沿雙頭螺栓螺紋部位HP場的分布情況，在以HP場多次符號交替變換為特征的最大應(yīng)力集中區(qū)帶最大梯度dH/dx值的部位有橫向裂紋。

圖2??某鋼廠雙頭螺栓螺紋部位的檢測結(jié)果

4.3??檢測水冷壁管件

圖3是某電廠No.2機(jī)組HG/670-137-YM16型鍋爐右水冷壁No.66和No.115管件的檢測結(jié)果，在HP場磁曲線分布圖上標(biāo)出了焊縫和直管段上由工作載荷造成的應(yīng)力集中區(qū)。

右水冷壁No.66和No.115管件有最大應(yīng)力集中區(qū)，建議本次鍋爐檢修時予以更換，并對切下的部分做金相和化學(xué)分析。

5??結(jié)束語

總之，金屬磁記憶檢測技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)鐵磁性金屬構(gòu)件以應(yīng)力集中為特征的危險區(qū)域，在失效的早期診斷和壽命預(yù)測研究中極具潛力。雖然目前該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展時間相對較短，很多問題還有待進(jìn)一步研究，但相信假以時日，金屬磁記憶檢測方法將憑借其優(yōu)勢得到廣泛的應(yīng)用，給社會帶來巨大的效益。

（a）

（b）

圖3??某電廠No.2機(jī)組HG/670-137-YM16型鍋爐右水

冷壁No.66（a）和No.115（b）管件檢測結(jié)果

參考文獻(xiàn)

[1]許亞星.磁記憶技術(shù)在焊縫檢測中的應(yīng)用研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2014（04）.

[2]徐林，高三杰，劉衛(wèi)，等.無損檢測技術(shù)的原理及應(yīng)用[J].科技視界，2014（05）.

〔編輯：王霞〕

Study?on?Metal?Magnetic?Memory?Non-destructive?Detection

Zhang?Wei

Abstract：?The?metal?magnetic?memory?testing?technique?is?a?new?non-destructive?testing?methods，?has?important?significance?for?early?failure?and?life?assessment?of?metal?components.?Based?on?expounding?the?metal?magnetic?memory?testing?principle，?method，?metal?magnetic?memory?testing?the?features?and?functions?are?summarized?and?analyzed，?and?through?some?examples?of?the?application?of?preliminary?confirmed?the?effectiveness?of?magnetic?memory?testing.

Key?words：?magnetic?memory?testing;?nondestructive?testing;?stress?concentration;?boiler?maintenance