微磁無損檢測在壓力容器定期檢驗中的運用

趙二虎 劉亞庭 王宇(咸陽市特種設備檢驗所，陜西 咸陽 712000)

0 引言

壓力容器是工業生產必不可少的設備之一，國家對于壓力容器的設計、生產、使用、檢驗檢測施行全過程的監督管理。壓力容器的定期檢驗是保障其安全運行的重要措施，現行的定期檢驗執行的是TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》，規程要求，表面無損檢測是金屬壓力容器定期檢驗的主要項目。

滲透檢測和磁粉檢測是壓力容器定期檢驗中最常用的兩種無損檢測方法，它們適用范圍各不相同。磁粉檢測只能針對鐵磁性材料進行檢測，而對非鐵磁性材料無能為力；滲透檢測雖然能對大型焊縫有非常好的效果并且適合對批量檢測，但是由于它只能在表面顯示缺陷信息不能很好的識別顯示內部缺陷深度形狀。本文提出微磁無損檢測方法對壓力容器進行檢測，克服了壓力容器定期檢驗時需要面對的三點難以解決的問題：(1)檢測前無需要對表面進行處理，比如表面的鐵銹油污、表面油漆及鍍層，從而能夠對構件原貌進行檢測；(2)不需要對檢測構件進行專門磁化；(3)儀器設備體積小，操作簡單快捷不需要長時間的培訓。

1 微磁檢測的基本原理

微磁檢測其實是電磁檢測中的一種，是磁場在有缺陷材料或工件表面的一種磁分量顯示現象。檢測材料或工件表面的磁信號通過傳感器把磁信號變為電信號，然后利用計算機去分析信號判斷缺陷得出檢測結果。當材料內部存在缺陷時缺陷部分磁導率會發生變化，磁導變高時磁力線從缺陷下面通過，低磁導率時磁力線從缺陷上面通過。因此只要我們能提取到這部分材料磁場信號加以分析就能進行微磁檢測[1]。微磁檢測原理如圖1 所示。

圖1 微磁檢測原理

微磁檢測一種新開發的檢測技術，是一種被動檢測技術，利用現有的自然磁場對非鐵磁性材料和鐵磁性一樣適用。缺陷出現會影響材料磁導率和磁阻，一旦材料一部分磁導率和磁阻發生變化必定會發生磁場變異，但因為地磁場強度弱這種變化在之前很難被發現。隨著電子元件和傳感技術的不斷發展，磁性信號收集技術也得到提升，現在的磁場傳感器有除雜亂信號并放大弱磁信號的能力，并利用計算機技術分析出弱磁信號和缺陷對應關系，這使得微磁檢測技術用在壓力容器的表面無損檢測成為了可能。

2 試驗研究

為了驗證微磁檢測技術在焊接接頭缺陷檢測中的有效性，本文采用壓力容器常見的制造材料Q345R 作為實驗材料，采用開V 型剖口的形式，將兩塊鋼板進行對接焊，人為設置三個不同的缺陷，缺陷的寬度一樣，但是深度不一，相同寬度有對比性減小偶然性，深度相同突出檢測差別。

采用便攜檢測儀、TMR 檢測傳感器對試件進行檢測，為了模擬在役壓力容器的環境特征不對焊縫表面做特殊處理，但是為了避免不必要的干擾，需保證試件周圍沒有很強的磁場。把TMR 傳感器的探頭貼合于鋼板焊縫上，傳感器必須垂直于鋼板焊縫從而減少環境噪聲對于微弱電磁信號影響。開始掃查時先從上而下掃查一遍再從下而上掃查一遍并且要勻速進行，每5cm 掃除一次并分析結果找到三組不同數據和三處缺陷，三處有缺陷位置檢測結果如下：

圖2 檢測結果

圖2 中，坐標上下的兩根紅線稱之為磁場強度值的“標準線”，超過“標準線”的信號為異常信號，即可能為缺陷處。若工件不存在在缺陷，在地磁場的作用下，磁力線均勻分散在工件表面，磁場強度變化較小且連續，所以磁場梯度為一個近似的定值[2]。而當被檢測工件上某處有缺陷時，該處的磁場強度值將會發生較明顯變化，而且這種變化與工件無缺陷處所處環境磁場的變化相比是巨大的，因此根據種缺陷處信號變化特效可有效地提取出工件中存在的缺陷。微磁檢測法就是用到了這種方法可以非常清楚找到缺陷處信號變化。

由于缺陷具有一定的深度，采用超聲波探傷儀對試件進行檢測，檢測結果顯示，只檢測出深度較深的兩個缺陷。

而利用微磁檢測則檢出了三條焊縫缺陷，與鋼板對接焊縫特殊處理的三條焊縫缺陷位置吻合并且最大偏差在小于5mm 三條缺陷位置分別是(從上而下)5cm 處、10cm 處、15cm處。試驗全程用時4 分鐘，檢測出的缺陷位置分別在(從上而下)4.9cm 處、10.1cm 處和14.8cm 處，試驗結果證明了微磁檢測技術能夠非常快速、準確的檢測出鋼結構焊縫中的缺陷。對比超聲波檢測的結果，用時10min 只掃查出了兩處缺陷分別是位于(從上而下)4.3cm、9.2cm。由此可見微磁檢測技術相比較于超聲檢測而言，缺陷檢出率要高并且速度要快。通過試驗驗證了這套檢測系統的穩定性、準確性、方便性。

3 工程運用

某在役液化石油氣儲罐進行定期檢驗時，檢驗方案要求對內壁焊縫進行表面無損檢測。為了驗證微磁檢測的有效性，先用微磁檢測儀對抽查的焊縫進行掃查，2000mm 焊縫未經打磨直接進行檢測，耗時10min；在儲罐東側第一道縱縫發現兩處疑似缺陷信號，分別位于距離東側起100mm 和105mm 處。采用標準規定的熒光磁粉檢測對其進行驗證，2000mm 從檢測準備到結束耗時40min，發現的缺陷位置與微磁檢測結果一致。結果證明微磁檢測技術在發現缺陷方面的可靠性。

圖3 檢測結果對比

4 結語

微磁檢測是基于地磁場開發的一種新型檢測技術，它利用被地磁磁化后的設備上的缺陷產生的弱小漏磁場，采用高精度的傳感器，將磁信號轉化為電信號成為圖形顯示，使得檢測結果簡單易于識別。通過試件檢測和工程實踐，可知這種方法相對于傳統的超聲波檢測、磁粉檢測具有操作更為簡便、顯示直觀、檢測速度快等優點。由于其尚處于開發階段，也存在缺陷顯示不夠詳細不能顯示缺陷深度和形狀，受缺陷深度和位置影響較大等不足之處。在壓力容器定期檢驗時，采用微磁檢測技術對焊縫進行粗掃，發現異常信號后再對異常部位進行常規無損檢測，可以提高定期檢驗的可靠性。