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是一種新的無損檢測手段，對金屬構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上，對金屬磁記憶檢測的方法、主要特點和作用進行了綜述和分析，并通過幾個應用實例初步證實了磁記憶檢測的有效性。

關鍵詞：磁記憶檢測;無損檢測;應力集中;鍋爐檢修

中圖分類號：TG115.28????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.022

金屬磁記憶檢測技術是一種利用金屬磁記憶效應來檢測部件應力集中部位的快速無損檢測方法，也是一項集無損檢測、斷裂力學、金屬學等學科于一體的無損評價技術。它能夠對鐵磁性金屬構件內部的應力集中區，即微觀缺陷、早期失效和損傷等進行診斷，防止突發性的疲勞損傷，同時，它也是迄今為止對金屬部件進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和磁機械效應（在應力作用下），因內部產生位錯運動而造成滑移，從而產生應力集中。殘余應力的存在會使結構中的自由能增加，體系中自發進行的過程是降低體系自由能的過程，因此，對鐵磁構件來說，為了降低體系的自由能，其應力集中區在地球磁場的作用下，必會產生磁疇的自發轉動，形成磁極，以磁能的形式抵消部分應力集中帶來的彈性能。其結果必定會在金屬表面形成特定的漏磁場，從而產生磁記憶。通過測量該漏磁場的分布特征，可以得到構件應力集中部位及其大小分布，從而檢測到造成應力集中區和缺陷的位置。

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備和金屬結構局部應力集中區產生的漏磁場。

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

3??磁記憶檢測的主要特點和作用

3.1??特點

磁記憶診斷技術與現有的漏磁檢測方法相比，其主要特點是：①能實現對大型承壓設備的快速檢測;②不需要專門的磁化設備就能對鐵制工件進行可靠的檢測;③不需對被測工件的表面進行清理或其他預處理;④能夠實現對鍋爐、壓力容器、壓力管道等特種設備的在役檢測。

金屬磁記憶是現階段唯一能以很高的精度確定設備滋生缺陷部位的無損檢測方法。經驗表明，在滋生金屬損傷區域，有穩定的磁場強度法向分量HP的符號變化線。這一診斷參數是構成利用金屬磁記憶效應一系列檢測設備的方法和指導性文件的基礎。

3.2??優點

金屬磁記憶檢測技術作為一種新型的檢測手段，與傳統無損檢測方法相比，其優點主要有：①可準確、可靠地探測出被檢對象上以應力集中區為特征的危險部件和部位;②不需要專

門的磁化設備，而是利用地磁場這一天然磁場源對工件進行磁化，檢測的重復性和可靠性好;③不需要對被檢工件表面進行預處理，對工件表面的檢測可在線進行，檢測效率高;④能評價工件運行狀態下的應力分布;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評價在役工件的應力分布，確定出現應力集中的區域;②在工件形成裂紋前，確定最大的應力集中區;③與傳統無損檢測方法相結合，確定生成的裂紋和其他缺陷的尺寸;④查清造成應力集中和損壞的原因;⑤決定是否要更換零件，進行壽命評估，確定準確的維修工作量。

4??應用實例

國家特檢中心在檢驗中利用磁記憶檢測發現有100根應力集中的穿墻管，割管后發現20根有裂紋，為企業節約了很大一筆費用;利用磁記憶發現了氣輪機葉片根部裂紋和電站鍋爐集箱小管座裂紋。

目前，在鍋檢系統已經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、超高壓水晶釜檢驗中得到了應用，取得了較好的效果。下面舉幾個應用的實例。

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果。圖中顯示了檢測部位上HP場的分布情況，且標出了最大應力集中區。其特點是每個通道HP場符號交替和跳躍式變換有dH/dx最大值。在查明的應力集中區，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力集中區帶最大梯度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果

4.3??檢測水冷壁管件

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

右水冷壁No.66和No.115管件有最大應力集中區，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分析。

5??結束語

總之，金屬磁記憶檢測技術可以發現鐵磁性金屬構件以應力集中為特征的危險區域，在失效的早期診斷和壽命預測研究中極具潛力。雖然目前該項技術的發展時間相對較短，很多問題還有待進一步研究，但相信假以時日，金屬磁記憶檢測方法將憑借其優勢得到廣泛的應用，給社會帶來巨大的效益。

（a）

（b）

圖3??某電廠No.2機組HG/670-137-YM16型鍋爐右水

冷壁No.66（a）和No.115（b）管件檢測結果

參考文獻

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

[2]徐林，高三杰，劉衛，等.無損檢測技術的原理及應用[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