電站在役設備焊縫的磁粉探傷

劉波+樂磊+趙偉+楊越+任俊波

【摘 要】本文介紹電站在役檢查的目的，在役設備焊縫磁粉探傷方法，根據作者在磁粉探傷的現場檢查和質量監督、見證活動中發現的問題，提出了磁粉探傷時應注意的幾個問題，并簡述了磁粉探傷的質量控制。

【關鍵詞】電站在役設備；焊縫；磁粉探傷

0 前言

電站在役檢查的目的是對電站投入運行的設備、系統的質量狀況進行連續性的檢測和監督，以便對設備中可能存在的缺陷，制造與安裝階段形成的缺陷，在投入運行后由于疲勞和腐蝕致缺陷擴展以及可能新生的缺陷進行監督、控制和評價，以確保電站安全、可靠、經濟的運行。

在役檢查依據編制的檢查計劃和大綱，對有代表性的設備、部件進行包括超聲、射線、渦流、滲透、磁粉、目視和泄漏等檢測。其中磁粉探傷在鐵磁性材料設備的無損檢測中應用普遍并受到重視，因為磁粉探傷適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小，間隙極窄（微米級），目視檢測難以發現的不連續性，而大多數失效是從表面損壞開始的，基于先裂后破的斷裂理論，開裂一般經驗都表明是從應力最大的表面開始的。

1 磁粉探傷的原理及特點

磁粉探傷是利用鐵磁性材料被磁化后，由于不連續的存在，使工件表面和近表面的磁力線發生局部畸變而產生漏磁場（即磁感應線離開和進入工件表面時形成的磁場）吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續性的位置、形狀和大小。磁粉探傷可檢出鐵磁性材料中裂紋、發紋、白點、折疊、夾雜物、冷隔等缺陷，具有高的檢測靈敏度，且能直觀的顯示出缺陷的位置、形狀、大小和嚴重程度，檢查缺陷的重復性好。但磁粉探傷不能檢測非鐵磁性材料，只能檢測表面和近表面缺陷，不易發現與工件表面夾角小于20°的分層缺陷，受幾何形狀影響，易產生非相關顯示，用通電法和觸頭法磁化時，易產生電弧燒傷工件。

2 磁粉探傷方法及在役設備焊縫的磁粉探傷

磁粉探傷磁化方法有多種，一般根據被檢工件幾何形狀，尺寸大小，表面狀態、欲發現缺陷的部位和方向，選擇合適的磁化方法，如周向磁化的常用方法有通電法、中心導體法、偏置芯棒法、觸頭法、感應電流法、環型件繞電纜法等，縱向磁化的方法有線圈法、永久磁鐵法、磁軛法，多向磁化有交叉磁軛法、交叉線圈法等。

針對電站在役檢查磁粉探傷的對象是現場容器和管道的對接焊縫、角焊縫外表面，磁粉探傷方法選用有便攜式磁軛法、交叉磁軛法，檢驗采用非熒光濕法連續法。

2.1 便攜式磁扼法

便攜式磁扼法是使用便攜式電磁扼兩磁極接觸工件表面進行局部磁化，用于發現與兩磁極連線垂直的缺陷。

磁扼法的有效磁化范圍一般是以兩極間連線為長軸（L），從兩極連線中心處向兩側各1/4L為短軸的橢圓形所包圍的面積。如果兩磁極間距太小，由于磁極附近磁通密度過大會產生非相關顯示，磁極間距太大會造成磁場強度不夠。所以磁極間距通常選用75mm-200mm。要求使用磁扼最大間距時，交流電磁扼至少應有44N的提升力，直流電磁扼至少應有177N的提升力。

交流電磁扼，由于趨膚效應，檢測表面缺陷的靈敏度高。直流電磁扼較交流電磁扼對近表面缺陷有更高的檢出能力。由于直流電磁扼產生的磁通均勻地分布在被磁化的工件截面上，工件越厚，單位截面上的磁通越小，工件表面的磁場強度也越小，使探傷靈敏度降低，直流電磁扼不適用于厚工件的檢測。檢測厚工件的表面缺陷應采用交流電磁扼。

磁扼法的優點是：（1）非電接觸，不會燒傷工件；（2）改變磁扼方位，可發現任何方向的缺陷；（3）便攜式磁扼可帶到現場探傷，使用方便；（4）檢測靈敏度較高。

磁扼法的缺點是：（1）幾何形狀復雜的工件檢驗較困難；（2）磁扼必須放到有利于缺陷檢出的方向，操作不當可能造成漏檢；（3）使用便攜式磁扼一次磁化只能檢測較小的區域，對于大面積檢測時，要求分塊累積，較費時。

2.2 交叉磁軛法

使兩個互相垂直的交叉磁軛分別通過相位差一定、幅值相等的正弦交變電流時，二者磁場相互迭加，在工件表面就會產生磁場大小和方向不斷隨時間周期性變化的旋轉磁場。由于工件上的磁化方向不斷地變化、旋轉，所以只要一次磁化即可檢測出各個方向的缺陷，探傷效率高，靈敏度高，操作簡單，適于長的對接焊縫探傷。

對于對接的縱、環焊縫，此兩種方法操作方便、靈敏高。對于接管角焊縫，活動關節磁軛能較好的檢測與容器筒體垂直的接管角焊縫探傷，對于成一定角度的接管角焊縫探傷，則存在一定的困難。

3 磁粉探傷中應注意的幾個問題

盡管磁粉探傷靈敏度高，但如果操作不當也會造成漏檢，不但發揮不出磁粉探傷的優勢，反而會因漏檢而給設備的安全運行帶來隱患。根據本人在磁粉探傷的現場檢查和質量監督、見證活動中發現的問題，認為磁粉探傷時應注意以下幾個問題：

3.1 焊縫標識和參考標識點的核對

檢測開始前要認真核對受檢焊縫標識和參考標識點，正確定位受檢區域，防止漏檢。其原因之一是部分受檢焊縫與母材等高用肉眼難以分清焊縫。

3.2 檢測面的清理

檢測時一定要對焊縫及兩側適當寬度進行認真清理、拋光或打磨，徹底去除覆蓋物，露出金屬光澤為合格，否則會掩蓋缺陷，影響缺陷顯示，造成漏檢。

3.3 操作方法應正確

（1）在磁軛法探傷時容易發生磁化區域重疊區不夠的誤操作，這種誤操作容易造成漏檢。正確的操作方法應保證磁化區域每次應有不少于15mm的重疊。

（2）在交叉磁軛法探傷時，采用不正確的步進式分段探傷操作，正確的操作方法應采用連續移動式探傷。從交叉磁軛法探傷的磁場分布情況不難看出，在磁極所在面不同部位的磁場強度大小和方向差別極大。很顯然，處在不同部位的缺陷檢出靈敏度也必然有高有低。因此，若采用步進式分段探傷，對不同部位某些方向的缺陷將會造成漏檢。如果采用連續移動式探傷，使任何方向的缺陷在大小和方向變化著的磁場作用下就很容易形成磁痕從而被檢出。

另外，對磁懸液的噴灑也應科學、合理。磁軛法探傷時，必須先確認整個檢測面被磁懸液濕潤后，再施加磁懸液，為的是避免已經形成的缺陷磁痕被流動的磁懸液破壞掉，應先停止噴灑磁懸液，然后在停止磁化。當采用旋轉磁場磁粉探傷儀進行檢測時，是邊移動磁化邊噴灑磁懸液，就更應該避免由于磁懸液的流動破壞已經形成的缺陷磁痕。這就需要掌握磁懸液的噴灑，應在保證有效磁化場被全部潤濕的情況下，與交叉磁軛的移動速度良好地配合，才能把微細的缺陷磁痕顯現出來，對這種配合的要求是在移動的有效磁化場范圍內，有可供缺陷漏磁場吸引的磁粉，同時又不允許因磁懸液的流動而破壞已經形成了的缺陷磁痕，如配合不好，即使有缺陷磁痕形成，也會遭到破壞，因此，使用交叉磁軛最難掌握的環節是噴液需要根據交叉磁軛的移動速度和被檢部位的空間位置等情況來調整噴灑手法。旋轉磁化探傷時最好選用能形成霧狀磁懸液的噴壺，但是壓力不要太高。由于交叉磁軛的磁化過程是動態的，因此要特別注意應用該方法的噴灑磁懸液的原則，即施加磁場的時機應盡可能在磁懸液停止流動之前及磁粉沉淀之前。故在檢查環縫時，磁懸液應噴灑在行走方向的前上方；在檢查縱縫時，磁懸液應噴灑在行走方向的正前方。為了提高磁粉的附著力，可在水磁懸液中加入少量的水溶性膠水，用以保護已經形成的缺陷磁痕，經試驗證明效果很好。目前，復合磁化技術在國內、外的應用已非常廣泛，而采用交叉磁軛形成的旋轉磁場進行磁粉探傷，雖然國內應用很廣，但在國外應用并不多，估計其主要原因就是用交叉磁軛檢測時，其操作手法必須十分嚴格，否則就容易造成漏檢。

當采用交叉磁軛進行檢測時，試驗系統靈敏度的注意事項。既然試驗的是系統靈敏度，就應該按照既定的工藝條件（尤其是移動速度）把試片貼在焊縫的熱影響區進行試驗。操作時要避免磁極把試片損傷。有人是在靜止的狀態下把試片貼在四個磁極的中心位置試驗靈敏度，這是不規范的，因為靜止狀態不包含由于交叉磁軛的移動對檢測靈敏度的影響。

3.4 正確分析磁痕顯示

正確的磁痕分析可以避免誤判。如果把相關顯示誤判為非相關顯示或偽顯示，則會產生漏檢，造成重大的質量隱患。相反，如果把非相關顯示和偽顯示誤判為相關顯示，則會把合格的受檢對象拒收或報廢，造成不必要的經濟損失。

能夠形成磁痕顯示的原因很多，由缺陷產生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為相關顯示，由工件截面突變和材料磁導效率差異等產生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為非相關顯示；由非漏磁場形成的磁痕顯示稱為偽顯示。雖然都是磁痕顯示，但其區別是：只有相關顯示影響工件的使用性能，偽顯示不是由漏磁場吸附磁粉形成的，而相關顯示與非相關顯示是由漏磁場吸附磁粉形成的。因此，磁粉探傷人員應結合受檢對象的材料、形狀、加工焊接工藝和設備運行情況，認真分析各種磁痕顯示的特征、產生原因，必要時用其它無損檢測方法進行驗證，確保分析結果的準確性和可靠性。

3.5 對相鄰缺陷疊加的處理

在實際表面檢測過程中，大量數據表明，間距≤2mm的兩條或兩條以上缺陷在同一直線時，極有可能在淺表層是相連的。對這種顯示若不考慮其間距，則有可能作為合格來處理，從而導致危險缺陷漏檢。因此在進行此類缺陷顯示評判時，應認真考慮缺陷可能被掩蓋的真實情況。國內外各類標準均對缺陷間距作出相關規定。如JB/T 4730-2005標準規定間距≤2mm，ASME標準規定間距≤1.6mm（約1/16in），JIS標準規定間距≤2mm。由于兩條或兩條以上缺陷顯示完全在同一直線上的幾率很小，實際上即使是一個大缺陷的多處獨立顯示也不可能完全處于同一直線上，所以在實際應用時，同一直線的概念就有一個寬度問題。一般來說在一直線兩側各2mm范圍內且兩缺陷之間夾角不大于30°時，均可認為在同一直線上。大量工程實際數據亦表明，若兩條或兩條以上缺陷落在直線兩側各2mm的范圍內且相距≤2mm，極有可能是一條缺陷的多處獨立顯示。即使是獨立缺陷，由于相互靠得很近，在受到應力作用時，其相互作用也很大，有可能發展成為一體。因此，對這樣的缺陷顯示有必要從嚴處理。

4 磁粉探傷質量控制

為了保證磁粉探傷的質量和可靠性，必須對影響檢查結果的諸因素逐個地加以控制。如檢測人員要經過培訓、資格鑒定和授權；設備的精度和材料的性能符合要求；從磁粉探傷的預處理到后處理的檢測工藝全過程都必須按標準規范和程序要求嚴格執行；檢測環境也應滿足要求。即必須從人、機、料、法、環五個方面進行控制，從而保證磁粉探傷靈敏度的三個變量（工藝變量、設備變量和應用變量）得到控制。

5 結束語

鑒于磁粉探傷在在役檢查中的重要作用，應認真研究并消除影響磁粉探傷靈敏度和可靠性的因素，保證電站在役檢查的質量，確保電站的安全、可靠運行。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國行業標準JB/T 4730-2005《承壓設備無損檢測》第4部分：磁粉檢測[S].國家發展和改革委員會發布.

[責任編輯：湯靜]