金屬磁記憶方法在壓力容器檢驗中的應(yīng)用

馬斌，徐海亮，程康

淄博市特種設(shè)備檢驗研究院，山東淄博，255000

0 引言

金屬磁記憶檢測方法作為新無損檢測技術(shù)，其實際檢測基本原理為通過對鐵磁自身構(gòu)件內(nèi)在磁場檢測，明晰構(gòu)件缺陷或潛在的危險區(qū)域，具備早期診斷、無需專項的磁化裝置等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中發(fā)揮較為凸顯的潛力。壓力容器多承載氣體或液體，此類容器一經(jīng)出現(xiàn)裂縫或磨損，處于內(nèi)部較大壓力作用下會增加安全事故的風(fēng)險。按照我國規(guī)定和要求，需定期做好壓力容器檢驗工作，金屬磁記憶檢測方法優(yōu)勢較多，用于壓力容器檢驗中可及時確定相應(yīng)的應(yīng)力集中部位，顯著提升壓力容器整體檢驗水平。

1 壓力容器的檢驗內(nèi)容及方法

壓力容器檢驗內(nèi)容主要包含兩大模塊內(nèi)容，即水壓、外部減壓，實際檢測過程中需對各類內(nèi)容加以重視，主要涵蓋制造商資質(zhì)、外觀狀況，設(shè)備是否與要求相吻合，壓力容器焊縫安全問題。一般外部檢驗應(yīng)每年定期開展一次，且處于整個壓力容器正式投產(chǎn)之前做好檢驗工作，其停用后重新啟動使用也需及時做好檢驗。內(nèi)部檢驗常規(guī)為每兩年一次，水壓減壓每六年檢驗一次，水壓檢驗主要內(nèi)容和方法是通過特定水壓，對壓力容器嚴(yán)密性做好檢測。壓力容器正式檢驗過程中需強調(diào)容器層面，檢測的目的是保證壓力容器運行可靠性、安全性，符合其運行正?；疽蟆Ｕ綑z測過程中，檢測人員需具備較強的專業(yè)素養(yǎng)，對焊接工藝展開合理評定，要求人員始終以相關(guān)要求開展操作和檢驗，并對每個崗位人員從業(yè)資質(zhì)展開審核，促使壓力容器檢驗有序?qū)嵤?/p>

2 金屬磁記憶檢測技術(shù)原理和特征分析

2.1 金屬磁記憶檢測技術(shù)原理

鐵磁材料處于應(yīng)力作用下?lián)碛写艡C械、磁彈性效應(yīng)，金屬處于實際應(yīng)力作用下，內(nèi)部形成位錯運動，形成相應(yīng)的滑移。錯位運動受相應(yīng)阻礙時，會發(fā)生匯集的應(yīng)力，即便將外力予以去除，仍具有存留的應(yīng)力，殘留應(yīng)力的存在導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)自由可顯著增加，結(jié)合實際相關(guān)規(guī)范和要求分析，體系內(nèi)自發(fā)進(jìn)行的過程是降低整個體系自由能的過程，所以對鐵磁整個構(gòu)件而言，為從本質(zhì)層面降低整個體系的自由能，實際應(yīng)力集中區(qū)處于地球磁場作用下，產(chǎn)生磁范圍內(nèi)的自發(fā)轉(zhuǎn)動，形成相應(yīng)的磁極，充分依托磁能形式將部分集中應(yīng)力引發(fā)的彈性能抵消。其結(jié)果處于金屬表面產(chǎn)生特定的漏磁場，進(jìn)而產(chǎn)生磁記憶，檢測該漏磁場分布基本特征，可精準(zhǔn)獲取構(gòu)件應(yīng)力集中部位及大小分布，檢測造成應(yīng)力集中的區(qū)域和存在缺陷的主要部位[1]。

2.2 金屬磁記憶檢測特征和作用

金屬磁記憶檢測診斷金屬與現(xiàn)下漏磁檢測方法相較，其具有多方面顯著的特征，體現(xiàn)在以下幾方面：①可實現(xiàn)大型承壓設(shè)備短周期內(nèi)檢測，動態(tài)化檢測實際構(gòu)件內(nèi)存在缺陷，以及未來發(fā)展可能產(chǎn)生缺陷的區(qū)域，為構(gòu)件中缺陷檢測提供精準(zhǔn)的定位方法。②無需專項的磁化設(shè)備便可完成鐵制工件，第一時間完成可靠性檢測工作。③無需對被測工件實際表面進(jìn)行及時清理或其他預(yù)處理工作。④可第一時間對壓力容器、壓力管道等設(shè)備完成檢測。

金屬磁記憶作為現(xiàn)下精準(zhǔn)確定各類缺陷的無損檢測方法，其自身檢測結(jié)果精準(zhǔn)度較高，從多個實踐經(jīng)驗中進(jìn)行匯總，滋生金屬損傷區(qū)域內(nèi)存在穩(wěn)定的磁場強度法向分量Hp的符合實際變化線，正是該診斷參數(shù)為金屬磁記憶效應(yīng)一系列設(shè)備實際檢測方法和設(shè)備提供可行性較高的導(dǎo)向。金屬磁記憶檢測技術(shù)作為一類新興的檢測方法，相較于傳統(tǒng)無損檢測方法，從本質(zhì)層面補充傳統(tǒng)無損檢測方法的不足，自身具備多方面優(yōu)勢，體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）精準(zhǔn)、可靠探測被檢主體目標(biāo)上應(yīng)力較為集中的部件和區(qū)域，是現(xiàn)下多個無損檢測方法中，實現(xiàn)早期診斷的唯一方法。

（2）其無需選用專項的磁化設(shè)備，應(yīng)用地磁場該天然磁場源對實際工件進(jìn)行磁化，檢測實際重復(fù)性和可靠性較佳。

（3）無需對整個被檢測的工件表面開展預(yù)處理工作，對工件表面檢測工作可動態(tài)化在線實施，整個檢測實際效率較高。

（4）檢測儀器自身體積較小，自動攜帶相應(yīng)的電源和記錄裝置，可正確、客觀評析整個工件處于運行狀態(tài)下應(yīng)力分布狀況；金屬磁記憶的作用較多，主要包含評價處于應(yīng)用狀態(tài)的構(gòu)件應(yīng)力分布，明確產(chǎn)生應(yīng)力較為集中的區(qū)域；工件產(chǎn)生裂紋之前，確定最大應(yīng)力實際集中區(qū)域；可明晰產(chǎn)生應(yīng)力集中和損壞的重要原因，判定是否需更換實際零件，做好實際壽命評估工作，精準(zhǔn)確定整個維修的工作量。

3 金屬磁記憶方法在壓力容器檢驗中的應(yīng)用

3.1 常見缺陷的磁記憶信號

3.1.1 表面缺陷

壓力容器中較為常見的表面缺陷是開口裂紋，形成該缺陷的因素較多，不管為何種原因，壓力容器均存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，相較于壓力容器的其他缺陷，表面開口裂紋選取磁記憶檢測方法后實際信號辨識難度較大。伴隨壓力容器實際應(yīng)用周期延長，表面裂紋會逐步擴增和發(fā)展，部分應(yīng)力被釋放，但處于裂紋邊緣區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)生新應(yīng)力集中現(xiàn)象，如此循環(huán)裂紋逐步增大，選取磁記憶檢測技術(shù)后，裂紋中心區(qū)域內(nèi)磁記憶信號較小，部分區(qū)域內(nèi)甚至沒有磁記憶信號的存在，其最為主要的是由于應(yīng)力重新分布。應(yīng)力較為集中產(chǎn)生磁記憶信號和磁場，處于裂紋部位產(chǎn)生漏磁場共同構(gòu)成表面裂紋部位的磁場，針對表面開口裂紋而言，實際磁記憶信號可劃分為兩大模塊，一部分處于靜態(tài)作用下，壓力容器不受載荷狀況下形成的磁記憶信號，另一部分是受外界載荷作用下產(chǎn)生磁記憶信號，兩者間存在差異性。處于壓力容器承受載荷作用下，應(yīng)力便會造成應(yīng)急磁化現(xiàn)象，最終檢測獲取的磁記憶信號從本質(zhì)層面分析是載荷作用下磁化場和應(yīng)力較為集中狀況下磁場重復(fù)性疊加[2]。

部分壓力容器表面會存在凹坑現(xiàn)象，此類缺陷是前期制造或安裝中產(chǎn)生，此類表面缺陷不具備擴展性，選取磁記憶檢測技術(shù)可獲取相應(yīng)的信號圖。凹槽區(qū)域內(nèi)存在應(yīng)力集中較小，所以表面磁場信號多以漏磁場為主，若忽視磁場或強磁場實際激勵作用，實際可檢測的磁場信號較為薄弱，對凹槽實際部位、尺寸可積極通過磁場畸形變化區(qū)域內(nèi)做好精準(zhǔn)判斷。

3.1.2 埋藏缺陷

面狀缺陷和體積缺陷共同構(gòu)成埋藏缺陷種類，不同種類其特征等存在較大差異性，埋藏缺陷選用磁記憶檢測技術(shù)進(jìn)行檢測后，其實際由兩部分構(gòu)成，具體實踐是環(huán)境磁場和應(yīng)力集中引發(fā)的磁記憶信號，處于環(huán)境磁場方面，缺陷存在產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺乏連續(xù)性，實際磁場為漏磁場。其中面狀缺陷處于整個構(gòu)件實際應(yīng)力較為集中的區(qū)域內(nèi)，受應(yīng)力等因素的影響，此類缺陷逐步擴展和延伸，其發(fā)展至一定程度產(chǎn)生不利影響；體積型缺陷內(nèi)應(yīng)力集中較小，檢測完成后磁記憶信號較為薄弱，最終處于工作表面的信號幾乎沒有。埋藏缺陷展開評析時，主要是以磁記憶信號絕對數(shù)值和峰值進(jìn)行確定，判定其是否存在高危性。產(chǎn)生埋藏類缺陷的因素較多，且形成過程中環(huán)境磁場、焊接磁場、環(huán)境溫度等均對缺陷磁記憶信號最終形成的曲線、幅值存在較大的干擾，促使此類缺陷產(chǎn)生的磁記憶信號不一。

3.1.3 在役缺陷的動態(tài)磁信號

壓力容器正式工作過程中，其多處于受壓狀態(tài)，缺陷處于載荷下產(chǎn)生相應(yīng)的變化，特別是針對水壓試驗過程中，有時會產(chǎn)生缺陷發(fā)展現(xiàn)象，其在役缺陷的動態(tài)磁信號中包含以下兩種類別：一方面，表面缺陷。初期制造質(zhì)量和焊縫成形質(zhì)量不佳等因素，焊瘤作為常見的質(zhì)量缺陷，具體檢驗過程中不加以處理。為獲取表面缺陷處于水壓中是否發(fā)展并導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生，選取某報廢的儲罐展開水壓試驗，正式施加壓力過程中精準(zhǔn)測量焊瘤區(qū)域內(nèi)磁記憶和聲發(fā)射信號，該焊瘤區(qū)域內(nèi)處于正式加壓之前仍保存磁記憶異常的信號因子。動態(tài)化分析和比較整個加壓過程中磁記憶基本規(guī)律和聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果，磁記憶信號實際幅數(shù)值與載荷成正相關(guān)。焊瘤區(qū)域內(nèi)焊接成形不佳，促使焊接實際殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)磁記憶異常信號，產(chǎn)生大量的小裂紋，表明殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中存在是引發(fā)裂紋的關(guān)鍵因素。對于傳統(tǒng)檢驗中不進(jìn)行綜合性考量的表面缺陷，若存在磁記憶異常的信號，及時進(jìn)行處理。另一方面，埋藏缺陷。深層次了解埋藏缺陷主要是處于受壓狀況下磁記憶信號特征、變化規(guī)律，作為磁記憶實際檢測方法用于壓力容器不停機檢測的基礎(chǔ)。選取合理的研究主體目標(biāo)，積極分析磁記憶信號曲線伴隨載荷實際變化的基本規(guī)律，對其展開合理分析，發(fā)現(xiàn)缺陷部位產(chǎn)生可辨識的突發(fā)性磁記憶信號時最小載荷遠(yuǎn)不超過實際工作壓力，缺陷發(fā)生突變狀況下磁記憶實際信號峰值和最大梯度伴隨載荷實際變化曲線可劃分為三個階段。缺陷部位的磁記憶信號即便并未處于施加載荷狀況下精準(zhǔn)標(biāo)識，由于加工和檢測中磁污染，促使缺陷的磁記憶信號被遮蓋，載荷不斷增大，磁記憶信號發(fā)生變化[3]。

4 檢測實際應(yīng)用案例分析

某鋼廠臥式液氨儲罐，初期設(shè)計實際壓力為2.0MPa，最高實際工作壓力為1.45MPa，正式工作過程中溫度不超過50℃，介質(zhì)為液氨，其內(nèi)部直徑為1000mm，實際總長度為5260mm，整體容積為4.2m3，對其中一條橫向縫進(jìn)行抽查，以此為主體目標(biāo)展開檢測。針對檢測結(jié)果分析，并無顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，但該容器檢測使用兩月后發(fā)生泄漏，通過停機更換介質(zhì)后，選取金屬磁記憶檢測方法探傷發(fā)現(xiàn)長度為4mm的橫向裂紋，進(jìn)一步的砂輪修磨檢查，精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)處于蓋面層下方存在一個通孔，該裂紋主要是由該通孔造成。由于裂紋發(fā)展延伸至孔邊被止住，從本質(zhì)層面消除其尖端的應(yīng)力，伴隨應(yīng)力實際梯度變小，磁場區(qū)域內(nèi)梯度變小。

另一個分廠地下油庫內(nèi)一臺立式空氣存儲罐，其實際初期設(shè)計壓力為3.0MPa，最高工作壓力為1.8MPa，內(nèi)部直徑為800mm，容積為2.0m3，其實際應(yīng)用年限為18年，材質(zhì)不明晰，但自身具備磁性。針對該容器上一條縱縫隙由下向上抽查其中1300mm。整個縱縫實際部位長度為600mm，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為嚴(yán)重，去除表面油漆選取磁記憶方法檢測后，發(fā)現(xiàn)長度為5mm的縱向裂紋，通過輪砂修磨處理后選取專業(yè)的測量儀器進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)該部位裂紋深度為0.05mm。

5 壓力容器應(yīng)用中減少缺陷的預(yù)防措施

壓力容器所處的環(huán)境較為復(fù)雜，隨著使用時間的增加，難免會出現(xiàn)管道裂紋等質(zhì)量缺陷，如果出現(xiàn)一定要進(jìn)行全方位的處理，如果處理不當(dāng)或者不到位，難免會留下安全隱患。同時我們還要加強以下幾項預(yù)防措施的應(yīng)用。

5.1 對設(shè)備的使用原料和制造過程進(jìn)行嚴(yán)格的控制

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)制造過程當(dāng)中經(jīng)常所使用的設(shè)備之一，在進(jìn)行生產(chǎn)運行之前，一定要對所需要加工的原材料進(jìn)行嚴(yán)格的審核，并判定所采用的原材料是否達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。一旦發(fā)現(xiàn)所使用的原材料無法達(dá)到國家規(guī)定的要求標(biāo)準(zhǔn)，一定要進(jìn)行嚴(yán)肅處理，以此能夠保障壓力容器的質(zhì)量達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。同時壓力容器在具體的生產(chǎn)運行過程當(dāng)中一定要做好生產(chǎn)規(guī)劃，對于每個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的把控，保證各項生產(chǎn)工序都能夠科學(xué)合理，同時對于每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，我們一定要進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定審核，保證生產(chǎn)流程更為科學(xué)合理。此外，我們還要不斷地提升工藝流程技術(shù)，對于所需要執(zhí)行的細(xì)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面提升，使得整個的工藝流程能夠達(dá)到規(guī)范化的要求標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能夠進(jìn)一步降低裂紋問題的出現(xiàn)。對于整個的運行安全性能夠做到全面的提升[4]。

5.2 加強每道工序的質(zhì)量檢驗

在日常的管理過程當(dāng)中壓力容器是經(jīng)常遇見的，但是壓力容器往往要在較復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行工作，所以說存在著較高的危險系數(shù)。所以說在運行過程當(dāng)中，我們需要對相關(guān)的危險元素給予足夠的重視，如果在工作當(dāng)中產(chǎn)生一定的忽視，那么極易產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。所以說為了能夠全面提升壓力容器的質(zhì)量，一定要對壓力容器當(dāng)中的各項壓力管道進(jìn)行全方位檢驗，在進(jìn)行檢驗過程當(dāng)中，原材料的檢測也是非常重要的一項。在源頭就能夠全面提升整個運行質(zhì)量，對于相關(guān)的問題能夠及時發(fā)現(xiàn)，從而進(jìn)行有效的解決。所以說我們的檢驗過程中一定要保證原材料達(dá)到使用要求標(biāo)準(zhǔn)，同時還要對壓力容器內(nèi)部各個原件進(jìn)行質(zhì)量檢查，采取更為科學(xué)合理的檢驗措施，能夠?qū)φ麄€的檢驗質(zhì)量做出全面提升，只有這樣才能夠保證容器的安全穩(wěn)定運行[5]。

5.3 全面提升操作人員的技術(shù)水平能力

相關(guān)的部門一定要加強操作技術(shù)能力的培養(yǎng)，定期開展技術(shù)交流會，為每一個員工提供一個展示技能的機會，從而能夠更好地發(fā)現(xiàn)技術(shù)當(dāng)中存在的不足，然后通過不斷的交流學(xué)習(xí)，能夠更好地降低質(zhì)量缺陷現(xiàn)象的產(chǎn)生，最終能夠達(dá)到高效穩(wěn)定的生產(chǎn)目的。然而在實際運行操作過程中，相關(guān)操作人員沒有表現(xiàn)出足夠的專業(yè)技術(shù)水平能力，對于主要的操作流程不能夠進(jìn)行規(guī)范化的處理，經(jīng)常會產(chǎn)生技術(shù)上的疏忽，對于整個安全穩(wěn)定運行會產(chǎn)生直接的影響，因此一定要對錄取人員的條件進(jìn)行全面考核，通過競爭上崗，能夠保證相應(yīng)的操作人員具備良好的技術(shù)水平能力和職業(yè)操守。

6 金屬磁記憶檢測技術(shù)在壓力容器檢驗未來發(fā)展前景

作為新時期檢測技術(shù)，金屬磁記憶檢測方法具備較佳的發(fā)展前景，其基礎(chǔ)理論和檢測方法均有待提升和完善，現(xiàn)下磁記憶現(xiàn)象缺乏明細(xì)化導(dǎo)致其機理模糊、檢測標(biāo)準(zhǔn)并未實現(xiàn)定量化，針對各類危險區(qū)域內(nèi)實際評判手段仍不完善，需結(jié)合時代發(fā)展趨勢，明晰壓力容器實際檢驗基本要求，積極做好以下幾方面工作。

（1）加強磁記憶檢測技術(shù)機理的研究和分析。從線下收集和匯總相關(guān)資料分析，即便部分資料內(nèi)分析磁記憶檢測基本原理，但仍與系統(tǒng)性和全面性存在一定的差距，并未形成嚴(yán)密的理論體系。該方面實際研究包含多領(lǐng)域知識，需積極展開合理化分析，加強金屬磁記憶檢測機理分析，為后續(xù)各環(huán)節(jié)工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)。

（2）開展磁記憶檢測量化分析，處于無損檢測技術(shù)實際應(yīng)用中，各類質(zhì)量缺陷的定量化檢測分析十分關(guān)鍵。磁記憶實際效應(yīng)從廣義層面分析屬于漏磁場效應(yīng)，與漏磁檢測相同，也應(yīng)深層次開展定量化分析。整體層面分析，該方面研究深入和廣度不足，對缺陷大小、形狀和磁記憶參數(shù)間實際關(guān)系，并未掌握系統(tǒng)性的實驗研究。

（3）系統(tǒng)化開展磁記憶效應(yīng)的機理性試驗研究，開展磁記憶機理分析和研究時，可全面、完善開展實驗研究，積極匯總和歸納實驗結(jié)果，及時歸納相關(guān)經(jīng)驗公式。

7 結(jié)語

金屬磁記憶檢測技術(shù)可對受載鐵磁構(gòu)件表面應(yīng)力較為集中區(qū)域做好精準(zhǔn)檢測，自身操作便捷、效率較高，尤其是對工件表面狀態(tài)并無嚴(yán)格的要求，是現(xiàn)下判定構(gòu)件早期損傷最有效的檢測方法。金屬磁記憶檢測技術(shù)用于壓力檢驗工作中，需積極掌握明晰其應(yīng)用要點，為后續(xù)構(gòu)件檢測提供強有力的支持。