冬季室外磁粉檢測水磁懸液的應用

張文澤，祝加軒，解志剛，王 波，徐國良

(中國石油獨山子石化分公司，獨山子 833699)

為了保證石化行業的壓力容器、管道，冶金制造行業的各類管件、零部件的質量安全，磁粉檢測技術被廣泛應用。但是，由于國內北方地區冬季的室外溫度往往低于-20 ℃，濕法磁粉檢測不易開展。

目前，為了防止冬季室外水磁懸液結冰，常常選用油磁懸液。這種油磁懸液通常是以低黏度油(煤油+變壓器油)為載體配制而成的，具有防銹性強，低溫下黏度小，分散性和潤濕性能好等優點。其也存在許多不足，比如：煤油價格較高，不經濟；煤油揮發性強，大量吸入會造成中毒；易污染作業場所和被檢工件，油膜也不易清洗；煤油閃點低，電極與工件接觸不好時，易引起電火花，存在安全隱患。因此，有必要尋找一種水磁懸液來代替油磁懸液的方法，這種水磁懸液要能在低于-20 ℃的寒冷環境下保障磁粉檢測的順利進行。

1 試驗方法

磁懸液是指將磁粉和載液(載體)按一定比例混合而成的懸浮液體。由于水具有無毒、無害、無污染、獲取方便等優點，所以水磁懸液被廣泛使用。

為了解決冬季室外無法使用水磁懸液進行磁粉檢測的問題，需要找到一種在寒冷環境下不結冰又與水相近的液體。此類液體常見的有酒和冬季用玻璃水，酒最大的問題是易燃，會帶來安全隱患。冬季用玻璃水是一種含有乙二醇的液體，乙二醇是一種無色、黏稠、有甜味且不易揮發的液體，易溶于水。乙二醇的凝固點為-12.5 ℃，沸點高達197 ℃，可與水任意比例混合(比例不同、凝固點也不相同)。因此，確定以冬季用玻璃水為載體配置水磁懸液[1]。

1.1 載體性能試驗

對于濕法磁粉檢測，用來懸浮磁粉的液體稱為載液或載體。濕法磁粉檢測常用的載體有油基載體和水載體。油基載體是具有高閃點、低黏度、無熒光和無臭味等特點的煤油，而水載體通常由水中加入潤濕劑、防銹劑等溶劑配制而成。兩種載體的檢測指標[2]如表1所示。

表1 載體分類和檢測指標

1.1.1 潤濕性試驗

進行潤濕性試驗時，試件材料為20鋼，尺寸為200 mm×300 mm(長×寬)，表面粗糙度不大于25 μm。在環境溫度為-20 ℃，試件表面溫度為-15 ℃的情況下，將冬季用玻璃水施加在該試件表面，可見冬季用玻璃水能迅速潤濕試件表面(見圖1)，形成的薄膜是連續不斷的，并覆蓋整個表面。

圖1 潤濕性試驗時試件表面狀態

1.1.2 pH測定試驗

進行pH測定試驗時，選用pH試紙一條,浸入冬季用玻璃水中,半秒后取出，與標準色板比較可得其pH為9，結果合格[3]。

1.1.3 分散性試驗

將質量為(3±0.1) g的磁粉加入冬季用玻璃水中，充分攪拌，攪拌速度為3 000 r·min-1，保持1 min后倒入透明的量杯進行目視觀察。目視觀察發現，磁粉在冬季用玻璃水中的分布均勻且不結團，分散性試驗結果合格。

1.1.4 防腐性試驗

采用鋼棒法測試冬季用玻璃水的防銹性。使用一根長為100 mm，直徑為20 mm的鋼棒，利用磨光機裝配鋼絲刷對其進行表面處理，使其表面粗造度不大于25 μm。將鋼棒的1/2長度浸入冬季玻璃水中，浸泡96 h，取出后放置在室溫環境中，24 h后觀察鋼棒表面，未發現有明顯的銹蝕，防腐性試驗合格。

1.1.5 消泡性試驗

由于磁粉顆粒無法聚集覆蓋在泡沫上，所以要求磁懸液在短時間內自動消除泡沫，以保證檢測結果的有效性，試驗現場如圖2所示，試驗采用100 mL量筒，裝入70 mL冬季用玻璃水,蓋好塞,上下搖動1 min,上下搖動距離大約1/3 m，搖動頻率為100～120 次·min-1，然后在室溫下靜置10 min，觀察到液面幾乎無殘留泡沫，消泡性試驗合格。

圖2 消泡性試驗現場

1.1.6 穩定性試驗

將50 mL冬季用玻璃水置于100 mL量筒中,將其放置于(-25±3) ℃的低溫箱中,靜置24 h，取出后在室溫環境中靜置1 h,試驗現場如圖3所示，觀察發現，量筒中無分層相變現象，穩定性試驗結果合格。

圖3 穩定性試驗現場

1.2 冬季玻璃水磁懸液工藝性能試驗

根據行業標準NB/T 47013.4-2015的要求，非熒光磁粉磁懸液的質量濃度為10～25 g·L-1。

1.2.1 水磁懸液的配制試驗

將標準推薦的質量濃度范圍平均分為4段，選取10，15，20，25 g·L-1這4種不同的質量濃度進行配制，并對4種磁懸液的體積分數進行對比，梨形瓶沉淀試驗現場如圖4所示。

圖4 梨形瓶沉淀試驗現場

匯總數據如表2所示，發現由于冬季用玻璃水的密度和黏度與其他水載體的不同，所以沉降速率不同[4]。當質量濃度為10 g·L-1和25 g·L-1時，體積分數(含固體量)不能滿足標準要求。因此，初步確認以冬季用玻璃水為載體配制的非熒光磁粉水磁懸液的質量濃度為15～20 g·L-1。

表2 不同質量濃度下的體積分數

1.2.2 靈敏度對比試驗

分別用上述4組不同質量濃度的水磁懸液，在同等檢測條件下，對磁粉檢測試塊的模擬裂紋缺陷進行檢測，獲得的裂紋磁痕顯示如圖5所示。

圖5 靈敏度對比試驗磁痕顯示

通過靈敏度[5]對比試驗可以發現，利用冬季用玻璃水配制的非熒光磁粉磁懸液的最佳質量濃度為15～20 g·L-1。

當磁懸液質量濃度為15～20 g·L-1時，背景顯示與裂紋磁痕顯示對比強烈，磁粉在裂紋表面迅速聚集，裂紋磁痕輪廓清晰，裂紋形貌細節顯示清楚。

當磁懸液質量濃度小于15 g·L-1時，裂紋磁痕顏色較淡，細小的裂紋沒有顯示出來，造成了缺陷漏檢。

當磁懸液質量濃度大于20 g·L-1時，背景顯示顏色太深，引起許多非相關顯示和偽顯示，導致裂紋缺陷識別困難。可見質量濃度過低或過高均不利于磁粉檢測。

2 案例

2020年12月，新疆某化工廠計劃對10多條管線進行定期檢驗，要求對管道焊縫進行磁粉檢測，此時室外溫度已低于-25 ℃。采用冬季用玻璃水為載體配制水磁懸液，對這些焊縫實施檢測，成功發現9條缺陷，應用效果良好。部分缺陷外觀如圖6所示。

圖6 某管道焊縫檢出缺陷解剖結果

3 結語

通過載體性能試驗，發現以冬季用玻璃水作為載體配置的水磁懸液，其相關性能指標均合格，且具有不易燃、黏度小、經濟性好、無毒無害、低溫下不凍凝等優點，即可以利用冬季用玻璃水配置水磁懸液。

(1) 實踐證明，以冬季用玻璃水為載體配制的磁懸液，能滿足冬季-25 ℃以上環境溫度的磁粉檢測。

(2) 以冬季用玻璃水為載體的磁懸液質量濃度為15～20 g·L-1時，可以獲得最佳檢測結果。

(3) 以玻璃水為載體的磁懸液使用溫度為-40 ℃左右。