金屬磁記憶方法在壓力容器檢驗中的應用

馬斌，徐海亮，程康

淄博市特種設備檢驗研究院，山東淄博，255000

0 引言

金屬磁記憶檢測方法作為新無損檢測技術，其實際檢測基本原理為通過對鐵磁自身構件內在磁場檢測，明晰構件缺陷或潛在的危險區域，具備早期診斷、無需專項的磁化裝置等優點，在實際應用中發揮較為凸顯的潛力。壓力容器多承載氣體或液體，此類容器一經出現裂縫或磨損，處于內部較大壓力作用下會增加安全事故的風險。按照我國規定和要求，需定期做好壓力容器檢驗工作，金屬磁記憶檢測方法優勢較多，用于壓力容器檢驗中可及時確定相應的應力集中部位，顯著提升壓力容器整體檢驗水平。

1 壓力容器的檢驗內容及方法

壓力容器檢驗內容主要包含兩大模塊內容，即水壓、外部減壓，實際檢測過程中需對各類內容加以重視，主要涵蓋制造商資質、外觀狀況，設備是否與要求相吻合，壓力容器焊縫安全問題。一般外部檢驗應每年定期開展一次，且處于整個壓力容器正式投產之前做好檢驗工作，其停用后重新啟動使用也需及時做好檢驗。內部檢驗常規為每兩年一次，水壓減壓每六年檢驗一次，水壓檢驗主要內容和方法是通過特定水壓，對壓力容器嚴密性做好檢測。壓力容器正式檢驗過程中需強調容器層面，檢測的目的是保證壓力容器運行可靠性、安全性，符合其運行正常基本要求。正式檢測過程中，檢測人員需具備較強的專業素養，對焊接工藝展開合理評定，要求人員始終以相關要求開展操作和檢驗，并對每個崗位人員從業資質展開審核，促使壓力容器檢驗有序實施。

2 金屬磁記憶檢測技術原理和特征分析

2.1 金屬磁記憶檢測技術原理

鐵磁材料處于應力作用下擁有磁機械、磁彈性效應，金屬處于實際應力作用下，內部形成位錯運動，形成相應的滑移。錯位運動受相應阻礙時，會發生匯集的應力，即便將外力予以去除，仍具有存留的應力，殘留應力的存在導致結構內自由可顯著增加，結合實際相關規范和要求分析，體系內自發進行的過程是降低整個體系自由能的過程，所以對鐵磁整個構件而言，為從本質層面降低整個體系的自由能，實際應力集中區處于地球磁場作用下，產生磁范圍內的自發轉動，形成相應的磁極，充分依托磁能形式將部分集中應力引發的彈性能抵消。其結果處于金屬表面產生特定的漏磁場，進而產生磁記憶，檢測該漏磁場分布基本特征，可精準獲取構件應力集中部位及大小分布，檢測造成應力集中的區域和存在缺陷的主要部位[1]。

2.2 金屬磁記憶檢測特征和作用

金屬磁記憶檢測診斷金屬與現下漏磁檢測方法相較，其具有多方面顯著的特征，體現在以下幾方面：①可實現大型承壓設備短周期內檢測，動態化檢測實際構件內存在缺陷，以及未來發展可能產生缺陷的區域，為構件中缺陷檢測提供精準的定位方法。②無需專項的磁化設備便可完成鐵制工件，第一時間完成可靠性檢測工作。③無需對被測工件實際表面進行及時清理或其他預處理工作。④可第一時間對壓力容器、壓力管道等設備完成檢測。

金屬磁記憶作為現下精準確定各類缺陷的無損檢測方法，其自身檢測結果精準度較高，從多個實踐經驗中進行匯總，滋生金屬損傷區域內存在穩定的磁場強度法向分量Hp的符合實際變化線，正是該診斷參數為金屬磁記憶效應一系列設備實際檢測方法和設備提供可行性較高的導向。金屬磁記憶檢測技術作為一類新興的檢測方法，相較于傳統無損檢測方法，從本質層面補充傳統無損檢測方法的不足，自身具備多方面優勢，體現在以下幾方面：

（1）精準、可靠探測被檢主體目標上應力較為集中的部件和區域，是現下多個無損檢測方法中，實現早期診斷的唯一方法。

（2）其無需選用專項的磁化設備，應用地磁場該天然磁場源對實際工件進行磁化，檢測實際重復性和可靠性較佳。

（3）無需對整個被檢測的工件表面開展預處理工作，對工件表面檢測工作可動態化在線實施，整個檢測實際效率較高。

（4）檢測儀器自身體積較小，自動攜帶相應的電源和記錄裝置，可正確、客觀評析整個工件處于運行狀態下應力分布狀況；金屬磁記憶的作用較多，主要包含評價處于應用狀態的構件應力分布，明確產生應力較為集中的區域；工件產生裂紋之前，確定最大應力實際集中區域；可明晰產生應力集中和損壞的重要原因，判定是否需更換實際零件，做好實際壽命評估工作，精準確定整個維修的工作量。

3 金屬磁記憶方法在壓力容器檢驗中的應用

3.1 常見缺陷的磁記憶信號

3.1.1 表面缺陷

壓力容器中較為常見的表面缺陷是開口裂紋，形成該缺陷的因素較多，不管為何種原因，壓力容器均存在應力集中現象，相較于壓力容器的其他缺陷，表面開口裂紋選取磁記憶檢測方法后實際信號辨識難度較大。伴隨壓力容器實際應用周期延長，表面裂紋會逐步擴增和發展，部分應力被釋放，但處于裂紋邊緣區域內會產生新應力集中現象，如此循環裂紋逐步增大，選取磁記憶檢測技術后，裂紋中心區域內磁記憶信號較小，部分區域內甚至沒有磁記憶信號的存在，其最為主要的是由于應力重新分布。應力較為集中產生磁記憶信號和磁場，處于裂紋部位產生漏磁場共同構成表面裂紋部位的磁場，針對表面開口裂紋而言，實際磁記憶信號可劃分為兩大模塊，一部分處于靜態作用下，壓力容器不受載荷狀況下形成的磁記憶信號，另一部分是受外界載荷作用下產生磁記憶信號，兩者間存在差異性。處于壓力容器承受載荷作用下，應力便會造成應急磁化現象，最終檢測獲取的磁記憶信號從本質層面分析是載荷作用下磁化場和應力較為集中狀況下磁場重復性疊加[2]。

部分壓力容器表面會存在凹坑現象，此類缺陷是前期制造或安裝中產生，此類表面缺陷不具備擴展性，選取磁記憶檢測技術可獲取相應的信號圖。凹槽區域內存在應力集中較小，所以表面磁場信號多以漏磁場為主，若忽視磁場或強磁場實際激勵作用，實際可檢測的磁場信號較為薄弱，對凹槽實際部位、尺寸可積極通過磁場畸形變化區域內做好精準判斷。

3.1.2 埋藏缺陷

面狀缺陷和體積缺陷共同構成埋藏缺陷種類，不同種類其特征等存在較大差異性，埋藏缺陷選用磁記憶檢測技術進行檢測后，其實際由兩部分構成，具體實踐是環境磁場和應力集中引發的磁記憶信號，處于環境磁場方面，缺陷存在產生結構缺乏連續性，實際磁場為漏磁場。其中面狀缺陷處于整個構件實際應力較為集中的區域內，受應力等因素的影響，此類缺陷逐步擴展和延伸，其發展至一定程度產生不利影響；體積型缺陷內應力集中較小，檢測完成后磁記憶信號較為薄弱，最終處于工作表面的信號幾乎沒有。埋藏缺陷展開評析時，主要是以磁記憶信號絕對數值和峰值進行確定，判定其是否存在高危性。產生埋藏類缺陷的因素較多，且形成過程中環境磁場、焊接磁場、環境溫度等均對缺陷磁記憶信號最終形成的曲線、幅值存在較大的干擾，促使此類缺陷產生的磁記憶信號不一。

3.1.3 在役缺陷的動態磁信號

壓力容器正式工作過程中，其多處于受壓狀態，缺陷處于載荷下產生相應的變化，特別是針對水壓試驗過程中，有時會產生缺陷發展現象，其在役缺陷的動態磁信號中包含以下兩種類別：一方面，表面缺陷。初期制造質量和焊縫成形質量不佳等因素，焊瘤作為常見的質量缺陷，具體檢驗過程中不加以處理。為獲取表面缺陷處于水壓中是否發展并導致缺陷的產生，選取某報廢的儲罐展開水壓試驗，正式施加壓力過程中精準測量焊瘤區域內磁記憶和聲發射信號，該焊瘤區域內處于正式加壓之前仍保存磁記憶異常的信號因子。動態化分析和比較整個加壓過程中磁記憶基本規律和聲發射監測結果，磁記憶信號實際幅數值與載荷成正相關。焊瘤區域內焊接成形不佳，促使焊接實際殘余應力的產生，該區域內出現磁記憶異常信號，產生大量的小裂紋，表明殘余應力和應力集中存在是引發裂紋的關鍵因素。對于傳統檢驗中不進行綜合性考量的表面缺陷，若存在磁記憶異常的信號，及時進行處理。另一方面，埋藏缺陷。深層次了解埋藏缺陷主要是處于受壓狀況下磁記憶信號特征、變化規律，作為磁記憶實際檢測方法用于壓力容器不停機檢測的基礎。選取合理的研究主體目標，積極分析磁記憶信號曲線伴隨載荷實際變化的基本規律，對其展開合理分析，發現缺陷部位產生可辨識的突發性磁記憶信號時最小載荷遠不超過實際工作壓力，缺陷發生突變狀況下磁記憶實際信號峰值和最大梯度伴隨載荷實際變化曲線可劃分為三個階段。缺陷部位的磁記憶信號即便并未處于施加載荷狀況下精準標識，由于加工和檢測中磁污染，促使缺陷的磁記憶信號被遮蓋，載荷不斷增大，磁記憶信號發生變化[3]。

4 檢測實際應用案例分析

某鋼廠臥式液氨儲罐，初期設計實際壓力為2.0MPa，最高實際工作壓力為1.45MPa，正式工作過程中溫度不超過50℃，介質為液氨，其內部直徑為1000mm，實際總長度為5260mm，整體容積為4.2m3，對其中一條橫向縫進行抽查，以此為主體目標展開檢測。針對檢測結果分析，并無顯著的應力集中現象，但該容器檢測使用兩月后發生泄漏，通過停機更換介質后，選取金屬磁記憶檢測方法探傷發現長度為4mm的橫向裂紋，進一步的砂輪修磨檢查，精準發現處于蓋面層下方存在一個通孔，該裂紋主要是由該通孔造成。由于裂紋發展延伸至孔邊被止住，從本質層面消除其尖端的應力，伴隨應力實際梯度變小，磁場區域內梯度變小。

另一個分廠地下油庫內一臺立式空氣存儲罐，其實際初期設計壓力為3.0MPa，最高工作壓力為1.8MPa，內部直徑為800mm，容積為2.0m3，其實際應用年限為18年，材質不明晰，但自身具備磁性。針對該容器上一條縱縫隙由下向上抽查其中1300mm。整個縱縫實際部位長度為600mm，應力集中現象較為嚴重，去除表面油漆選取磁記憶方法檢測后，發現長度為5mm的縱向裂紋，通過輪砂修磨處理后選取專業的測量儀器進行測量，發現該部位裂紋深度為0.05mm。

5 壓力容器應用中減少缺陷的預防措施

壓力容器所處的環境較為復雜，隨著使用時間的增加，難免會出現管道裂紋等質量缺陷，如果出現一定要進行全方位的處理，如果處理不當或者不到位，難免會留下安全隱患。同時我們還要加強以下幾項預防措施的應用。

5.1 對設備的使用原料和制造過程進行嚴格的控制

壓力容器是工業生產制造過程當中經常所使用的設備之一，在進行生產運行之前，一定要對所需要加工的原材料進行嚴格的審核，并判定所采用的原材料是否達到國家規定標準。一旦發現所使用的原材料無法達到國家規定的要求標準，一定要進行嚴肅處理，以此能夠保障壓力容器的質量達到要求標準。同時壓力容器在具體的生產運行過程當中一定要做好生產規劃，對于每個環節進行嚴格的把控，保證各項生產工序都能夠科學合理，同時對于每一個生產環節，我們一定要進行嚴格的規定審核，保證生產流程更為科學合理。此外，我們還要不斷地提升工藝流程技術，對于所需要執行的細節標準進行全面提升，使得整個的工藝流程能夠達到規范化的要求標準，這樣才能夠進一步降低裂紋問題的出現。對于整個的運行安全性能夠做到全面的提升[4]。

5.2 加強每道工序的質量檢驗

在日常的管理過程當中壓力容器是經常遇見的，但是壓力容器往往要在較復雜的環境下進行工作，所以說存在著較高的危險系數。所以說在運行過程當中，我們需要對相關的危險元素給予足夠的重視，如果在工作當中產生一定的忽視，那么極易產生非常嚴重的后果。所以說為了能夠全面提升壓力容器的質量，一定要對壓力容器當中的各項壓力管道進行全方位檢驗，在進行檢驗過程當中，原材料的檢測也是非常重要的一項。在源頭就能夠全面提升整個運行質量，對于相關的問題能夠及時發現，從而進行有效的解決。所以說我們的檢驗過程中一定要保證原材料達到使用要求標準，同時還要對壓力容器內部各個原件進行質量檢查，采取更為科學合理的檢驗措施，能夠對整個的檢驗質量做出全面提升，只有這樣才能夠保證容器的安全穩定運行[5]。

5.3 全面提升操作人員的技術水平能力

相關的部門一定要加強操作技術能力的培養，定期開展技術交流會，為每一個員工提供一個展示技能的機會，從而能夠更好地發現技術當中存在的不足，然后通過不斷的交流學習，能夠更好地降低質量缺陷現象的產生，最終能夠達到高效穩定的生產目的。然而在實際運行操作過程中，相關操作人員沒有表現出足夠的專業技術水平能力，對于主要的操作流程不能夠進行規范化的處理，經常會產生技術上的疏忽，對于整個安全穩定運行會產生直接的影響，因此一定要對錄取人員的條件進行全面考核，通過競爭上崗，能夠保證相應的操作人員具備良好的技術水平能力和職業操守。

6 金屬磁記憶檢測技術在壓力容器檢驗未來發展前景

作為新時期檢測技術，金屬磁記憶檢測方法具備較佳的發展前景，其基礎理論和檢測方法均有待提升和完善，現下磁記憶現象缺乏明細化導致其機理模糊、檢測標準并未實現定量化，針對各類危險區域內實際評判手段仍不完善，需結合時代發展趨勢，明晰壓力容器實際檢驗基本要求，積極做好以下幾方面工作。

（1）加強磁記憶檢測技術機理的研究和分析。從線下收集和匯總相關資料分析，即便部分資料內分析磁記憶檢測基本原理，但仍與系統性和全面性存在一定的差距，并未形成嚴密的理論體系。該方面實際研究包含多領域知識，需積極展開合理化分析，加強金屬磁記憶檢測機理分析，為后續各環節工作的開展奠定良好的基礎。

（2）開展磁記憶檢測量化分析，處于無損檢測技術實際應用中，各類質量缺陷的定量化檢測分析十分關鍵。磁記憶實際效應從廣義層面分析屬于漏磁場效應，與漏磁檢測相同，也應深層次開展定量化分析。整體層面分析，該方面研究深入和廣度不足，對缺陷大小、形狀和磁記憶參數間實際關系，并未掌握系統性的實驗研究。

（3）系統化開展磁記憶效應的機理性試驗研究，開展磁記憶機理分析和研究時，可全面、完善開展實驗研究，積極匯總和歸納實驗結果，及時歸納相關經驗公式。

7 結語

金屬磁記憶檢測技術可對受載鐵磁構件表面應力較為集中區域做好精準檢測，自身操作便捷、效率較高，尤其是對工件表面狀態并無嚴格的要求，是現下判定構件早期損傷最有效的檢測方法。金屬磁記憶檢測技術用于壓力檢驗工作中，需積極掌握明晰其應用要點，為后續構件檢測提供強有力的支持。