承壓設備的電磁檢測新技術檢驗

姚 力，鞏德興，馬學榮，樂開白，左繼鋒

（中國空氣動力研究與發展中心，綿陽 621000）

為滿足某些特定條件下承壓設備的狀態診斷、全面檢驗、在線監測、壽命評估、可靠性分析、安全評定等任務的需要，以渦流檢測、漏磁檢測、磁記憶檢測、微磁檢測等技術為代表的表面無損檢測新方法——電磁檢測新技術近年來在承壓設備檢驗檢測領域得到了越來越多的研究與應用［1］，正在逐步走向成熟。

1 承壓設備檢驗檢測的需求

表面檢測在承壓類特種設備（以下簡稱承壓設備）定期檢驗中使用廣泛、作用重要。對于Cr－Mo鋼、標準抗拉強度下限值≥540MPa鋼、盛裝介質有明顯應力腐蝕傾向等設備定期檢驗時，均要求進行表面無損檢測［2］。而相關法規標準均規定鐵磁性材料壓力容器的表面檢測應優先選用磁粉檢測［3］。磁粉滲透檢測具有缺陷檢出率較高、靈敏度高、缺陷顯示直觀、易識別等優點，但同時存在污染環境、效率低下、需去除涂層、成本較高、安全等諸多問題，因此急需研究應用以渦流檢測、漏磁檢測、磁記憶檢測、微磁檢測等為代表的新型表面檢測技術來彌補傳統磁粉與滲透表面無損檢測方法的不足。

2 電磁檢測新技術特點及應用現狀

國內外漏磁檢測技術研究起步較早。合肥工業大學何輔云等人利用漏磁檢測技術對石油管道進行高速檢測4］；沈陽工業大學魏兢、楊理踐等人對儲罐底板漏磁檢測技術與裝置進行了系統性、應用性的研究；華中理工大學與中國特檢院和天津石化公司合作研制成功了兩種儲罐底板漏磁檢測系統；2005年，中石油管道檢測技術有限公司、英國AT公司和清華大學聯合開發研制成功了一套用于油氣管道腐蝕缺陷的內檢測器，實現了缺陷的量化檢測和管道安全評估；GB／T 12606—1990《鋼管漏磁探傷方法》、JB／T 10765—2007《無損檢測 常壓金屬儲罐漏磁檢測方法》等標準的相繼制定和頒布，加速推進了此項技術的發展和應用［5－6］。

1993年以來，石家莊軍械工程學院開展電磁檢測研究，提出了材料缺陷微磁檢測理論，解決了微磁檢測中的一些關鍵問題，實現了裂紋微磁定量檢測和缺陷微磁成像，取得了一批具有先進水平的研究成果［7］。

金屬磁記憶法（MMMT）通過漏磁場法向分量的測定，可探測出工件以應力集中區為特征的危險部位，實現對金屬部件的早期診斷［8］。其特點是不用對被測件磁化，簡化了檢測工序，擴大了檢測范圍。不足之處是僅適用于鐵磁性材料，檢測結果受磁特性影響較大，目前還不能實現缺陷定量檢測［7－8］。中國特種設備檢測研究院李運濤、解放軍后勤工程學院唐德東等人針對管道氣瓶等承壓設備進行了金屬磁記憶方法的試驗研究，得出了一些有意義的結論。

渦流檢測方法是目前應用最為廣泛的電磁檢測方法之一，并由此衍生出多頻渦流、脈沖渦流、遠場渦流等新興電磁檢測方法，在相關領域得到了廣泛應用［9－15］。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗用對比試件

為保證儀器調試的穩定性和檢測結果的可比性，檢測系統調試采用人工缺陷試件，缺陷與試件表面垂直，每條人工裂紋的長度、寬度和深度一致。微磁檢測采用圖1（a）所示隨儀器標配的板型試件，材質為碳鋼，規格為（長×寬×高）100mm×100mm×8mm，人工裂紋加工深度為5mm；渦流檢測采用圖1（b）所示隨儀器標配的平板試件，材質為16MnR，規格為128mm×50mm×7mm，裂紋深度分別為0.5，1.0，2.0mm。

自然裂紋試件如圖1（c）所示，經鑒定驗收并滿足特種設備磁粉／滲透無損檢測人員培訓和考核要求的16個低碳鋼焊縫表面裂紋試件，以相對真實地模擬承壓設備檢驗中最常見的表面裂紋缺陷。

3.2 試驗儀器

微磁檢測采用軍械工程學院研制的JYY－1電磁檢測儀，見圖2（a）；渦流檢測采用北京中科希望與廈門渦流檢測技術研究所共同研制生產的TET－200焊縫裂紋探傷儀，見圖2（b）；磁記憶檢測采用俄羅斯生產的TSC－EM－4應力集中磁檢測儀，見圖2（c）。

3.3 試驗步驟

首先準備試驗試件，儀器和非金屬模擬涂層墊片；其次對試件圖1（c）進行磁粉或滲透檢測（圖3和4），記錄缺陷情況；然后對無涂層試件分別進行微磁、渦流、磁記憶檢測，分別記錄各種方法缺陷的檢出情況；再后對有涂層試件分別進行微磁、渦流、磁記憶檢測，記錄各種方法缺陷的檢出情況；最后對試驗結果進行綜合分析。為防止外加磁場的殘余影響，對試件進行磁粉檢測后需放置一段時間，達到與地磁場平衡。

4 不帶涂層檢測結果

通過對16個試件進行不帶涂層條件下的小樣本電磁檢測，如圖5所示。測試結果如表1所示，結果表明：微磁檢測裂紋缺陷波形尖銳清晰，信噪比高，缺陷容易識別，對長度為5～25mm的表面裂紋類缺陷，在一定條件下其有效檢出率可達67.7%，誤檢率3.2%；渦流檢測裂紋缺陷波形尖銳清晰，信噪比高，缺陷容易識別，對同樣試件的表面裂紋類缺陷，其有效檢出率在一定條件下可達71%；磁記憶檢測裂紋缺陷波形多數情況下較清晰，但信噪比不高，缺陷較難識別，同樣試件的表面裂紋類缺陷，在一定條件下其有效檢出率可達62.5%，誤檢率為9.4%。

表1 不帶涂層的電磁檢測結果一覽表

對比幾種電磁檢測方法所得試驗結果可以發現：

（1）在所進行的幾種電磁檢測方法中，磁記憶檢測信息最豐富，但與宏觀缺陷的對應性有一定偏差，需要綜合分析，否則可能存在較高的誤檢率。總的來說，磁記憶信號強弱與缺陷宏觀尺寸大小并無直接的關系。這可能也是該方法迄今未確定和配置對比試塊的原因之一。

圖5 不帶涂層試件的磁檢測結果

圖6 不同涂層厚度的試件渦流檢測結果

（2）渦流檢測具有較高的檢出率，但該方法檢測結果的可靠性依賴于探頭與被測表面之間的距離、探頭與裂紋之間的夾角等因素，對操作人員的要求較高。配置的點式探頭雖然操作靈活，適用范圍較廣，可用于對焊縫的檢測，但一次掃查面積太小，效率很低，不適用大面積的掃查。因此應選擇大截面的掃查器和設計探頭夾具，以保證探頭的平穩掃查，減小人為因素的影響，確保檢測結果的可靠性。

（3）微磁檢測方法檢測結果的可靠性同樣取決于探頭與被測表面之間的距離、探頭與裂紋之間的夾角等因素，因此宜采用探頭夾具，以保證探頭掃查過程的穩定，確保檢測結果的準確性。

5 帶涂層檢測結果

對帶涂層條件下的16個試件進行小樣本電磁檢測試驗，結果表明：

（1）隨著涂層厚度的增加，對于同一處表面裂紋缺陷，缺陷信號幅度逐漸降低，信噪比逐漸降低，電磁渦流法檢出裂紋的能力有所降低，但對于一定尺寸的裂紋，一定厚度的涂層基本不影響電磁渦流法的缺陷檢測能力。對尺寸為50mm（長）×50mm（寬）的試件，其0.5mm（深）的人工裂紋，當試件表面涂層厚度≤500μm時，缺陷信號明顯，仍然可以有效檢出。

（2）一定厚度的漆層對檢測結果影響不大，但隨著涂層厚度的增加，缺陷的波幅稍有降低。通過焊接試件進行電磁渦流檢測，經與磁粉檢測或滲透檢測結果對比發現，對于尺寸較大的表面裂紋（長度＞25mm），即使焊縫表面平均涂層厚度≤1000μm時，缺陷信號仍然比較明顯（如圖6所示），能夠有效檢出。

現有的電磁檢測設備其性能、工藝方法等還不能完全滿足承壓類特種設備以焊縫缺陷為主的高可靠性的檢測需要；因試驗樣本和試驗數量受限，所得出的試驗結果的代表性不強，還不能得到不同電磁檢測方法針對典型缺陷檢出率的POD曲線。

6 結語

（1）在承壓設備檢驗檢測領域，電磁檢測新技術雖然還遠不能替代常規磁粉滲透檢測，但由于其技術優勢與應用特點明顯，在可以預見的未來，電磁檢測新技術肯定會得到更多的工程實際應用，并有助改善常規磁粉滲透損檢測的污染環境、效率低下、需去除涂層、成本較高、安全等諸多不足。

（2）在文章所述試驗步驟和工藝條件下，幾種電磁檢測方法對表面裂紋均有一定的檢出率，能夠基本滿足承壓設備定期檢驗中對典型表面裂紋類缺陷的檢測需要。

（3）在進一步開展技術研究、儀器開發、標準制定、人員培訓等工作的基礎上，電磁檢測新技術在承壓設備檢驗檢測領域中才能夠得到廣泛的應用。

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