范益民

（安徽盈創(chuàng)石化檢安公司，安慶 246002）

某公司檢修人員在對(duì)某石化煉油裝置中使用的常壓爐爐管，鋼管與彎頭的組焊過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鋼管端頭處有多處明顯的線型顯示缺陷，經(jīng)確定為裂紋。該鋼管規(guī)格為φ219mm×12mm，長(zhǎng)12m，材料為9.5Mo鋼。制造方法為穿孔法與高速擠壓法，兩端切頭。由于此類高溫高壓鋼管在制造廠時(shí)進(jìn)行了產(chǎn)品檢測(cè)（質(zhì)保書標(biāo)明為漏磁法），而不應(yīng)有裂紋出現(xiàn)，所以對(duì)該批鋼管進(jìn)行質(zhì)量復(fù)查。經(jīng)磋商，決定采用磁軛法磁粉檢測(cè)與超聲檢測(cè)分組同時(shí)進(jìn)行，檢測(cè)范圍為100%爐管母材。

1 磁軛法工作原理

磁軛法是用固定式電磁軛兩磁極夾住工件進(jìn)行整體磁化，或用便攜式電磁軛兩磁極接觸工件表面進(jìn)行局部磁化，從而發(fā)現(xiàn)與兩磁極連線垂直的缺陷。工件是閉合磁路的一部分，用磁極對(duì)工件感應(yīng)磁化，所以磁軛法也稱為極間法，屬于閉路磁化，如圖1所示［1］。

圖1 電磁軛整體磁化和局部磁化

磁軛法有整體磁化和局部磁化兩種。前者是用固定式電磁軛進(jìn)行整體磁化，它只在磁極截面大于工件截面時(shí)，才能獲得較好的探傷效果，否則工件得不到足夠的磁化。應(yīng)盡量避免工件與電磁軛之間的空氣隙，因空氣隙會(huì)降低磁化效果。需要注意的是，當(dāng)磁極間距大于1 m 時(shí)，工件便不能得到必要的磁化；形狀復(fù)雜而且較長(zhǎng)的工件，不宜采用整體磁化。

局部磁化是用便攜式電磁軛的兩磁極與工件接觸，使工件局部磁化，兩磁極間的磁力線大體上平行兩磁極的連線，有利于發(fā)現(xiàn)與兩磁極連線垂直的缺陷。

便攜式電磁軛一般做成帶可變角度的磁極，磁極間距L一般控制在75～200mm 為宜，最短不得小于75mm。因?yàn)榇艠O附近25mm 范圍內(nèi)，磁通密度過(guò)大有可能掩蓋相關(guān)顯示。在磁路上總磁通量一定的情況下，工件表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著兩極間距L的增大而減小，所以磁極間距也不能太大。JB／T 4730.4—2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》規(guī)定：“磁軛的磁極間距應(yīng)控制在75～200mm 之間，檢測(cè)的有效區(qū)域?yàn)閮蓸O連線兩側(cè)各50mm 的范圍內(nèi)，磁化區(qū)域每次應(yīng)有不少于15 mm 的重疊［2］。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1290《焊縫磁粉探傷》也規(guī)定便攜式電磁軛磁化的有效磁化區(qū)如圖2 的陰影部分所示，面積約為（L—50）×（L／2）mm2。

圖2 便攜式磁軛磁化的有效磁化區(qū)（陰影部分）

交流電具有趨膚效應(yīng)，因此對(duì)表面缺陷有較高的靈敏度。又因交流電方向在不斷地變化，使交流電磁軛產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也不斷地變化，這種方向變化可攪動(dòng)磁粉，有助于磁粉遷移，從而提高磁粉檢測(cè)的靈敏度。而直流電磁軛產(chǎn)生的磁場(chǎng)能達(dá)到工件表面較深處，有利于發(fā)現(xiàn)較深層的缺陷。因此在同樣的磁通量時(shí)，探測(cè)深度越大，磁通密度就越低，尤其在厚鋼板中這種現(xiàn)象更明顯，如圖3所示。盡管直流電磁軛的提升力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（大于177 N），但測(cè)量出的工件表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度和在A 型試片上的磁痕顯示往往都達(dá)不到要求，為此建議對(duì)厚度大于6mm 的工件不要使用直流電磁軛探傷。ASME（美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)）規(guī)范第V 卷也特別強(qiáng)調(diào)“除了厚度不大于6mm 的材料之外，在相等的提升力條件下，對(duì)表面缺陷的探測(cè)使用交流電磁軛優(yōu)于直流和永久磁軛。”

圖3 直流電磁軛在鋼板中的磁通分布

承壓設(shè)備的表面和近表面缺陷的危害程度較內(nèi)部缺陷要大得多，所以對(duì)鍋爐、壓力容器的焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)，一般采用交流電磁軛。但對(duì)于薄壁（小于6mm）的壓力管道來(lái)說(shuō)，利用直流電磁軛既可發(fā)現(xiàn)較深層的缺陷，表面及近表面缺陷也能檢測(cè)出來(lái)，這樣也彌補(bǔ)了交流電磁軛的不足，所以對(duì)于小于6mm 的薄壁壓力管道應(yīng)采用直流電磁軛。

磁軛法的優(yōu)點(diǎn)主要是非電接觸，改變磁軛方位，可檢測(cè)任何方向的缺陷。另外，便攜式磁軛可帶到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，靈活方便；也可用于檢測(cè)帶漆層的工件（當(dāng)漆層厚度允許時(shí)）；檢測(cè)靈敏度較高。

磁軛法的缺點(diǎn)是對(duì)幾何形狀復(fù)雜的工件檢測(cè)較困難，且磁軛必須放到有利于缺陷檢出的方向；用便攜式磁軛一次磁化只能檢測(cè)較小的區(qū)域，大面積檢測(cè)時(shí)，要求分塊分區(qū)檢測(cè)，很費(fèi)時(shí)；磁軛磁化時(shí)應(yīng)與工件接觸良好，否則受空氣間隙的影響較大。

磁軛法主要應(yīng)用于承壓設(shè)備平板及管道對(duì)接焊縫、T 型焊縫、管板焊縫、角焊縫以及大型鑄件、鍛件和板材的局部磁粉檢測(cè)。整體磁化適用于零件橫截面小于磁極橫截面的縱長(zhǎng)零件的磁粉檢測(cè)。

2 試驗(yàn)

2.1 采用磁軛法的原因

考慮到磁軛法檢測(cè)時(shí)的磁極與鋼管接觸面較小，容易產(chǎn)生間隙，影響電磁軛提升力，故多次用A型試片進(jìn)行靈敏度檢驗(yàn)，均達(dá)到磁粉檢測(cè)要求。受現(xiàn)有探傷設(shè)備、工件規(guī)格和工期的限制，無(wú)法采用與爐管相適應(yīng)的磁粉檢測(cè)方法，如電纜法、中心導(dǎo)體法，通電法等。另外，便攜式可變角磁軛磁粉探傷機(jī)使用靈活、簡(jiǎn)便。

2.2 具體操作方法

設(shè)備采用CJF－2型可變角磁軛磁粉探傷機(jī)，其前磁軛可以任意調(diào)節(jié)角度。檢測(cè)方法采用濕磁粉法，用DP型黑色特制磁膏（該磁膏含有效的防腐劑與表面活性劑，粘度適中），以500mm 磁膏＋500mL水溶液的比例均勻攪拌后使用。表面處理方法為檢測(cè)部位100%砂盤打磨。接通交流電壓后，用A1－30／100型靈敏度試片進(jìn)行校驗(yàn)，以保證檢測(cè)的靈敏度。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參照J(rèn)B／T 4730—2005。

2.3 磁化方法

此類爐管其缺陷一般以軸向分布為主。據(jù)有關(guān)資料顯示，此類爐管的軸向缺陷與橫向缺陷的比例最少是10∶1，所以磁粉檢測(cè)應(yīng)以縱向分段磁化為主?？紤]到其他不同取向的缺陷如橫向缺陷等，所以還必須進(jìn)行管件周向分段磁化。

縱向檢查：先用粉筆或石筆將鋼管大致分為6段，而后把磁探機(jī)磁極部分的AB 兩個(gè)面緊貼母材表面，磁軛間距調(diào)整為130mm，分6次磁化。每次通電磁化前，必須保證一次靈敏度試片的校驗(yàn)。根據(jù)計(jì)算，鋼管外徑周長(zhǎng)為688 mm，分6 段每段為114.6mm，由于磁軛間距為130mm，故剛好磁化區(qū)域每次有15.4mm 的重疊。將配制好的磁懸液用噴壺采用噴澆的方法先把表面潤(rùn)濕一遍，再通電磁化，邊磁化邊噴澆磁懸液，磁懸液停施1s后才能停止磁化。磁懸液的施加必須在磁探機(jī)正前方，以免破壞磁痕。注意因磁極與工件表面接觸面小，容易產(chǎn)生漏磁場(chǎng)而引起非相關(guān)顯示或掩蓋缺陷顯示，所以應(yīng)盡量減少間隙。

橫向檢查：主要是針對(duì)管材的橫向缺陷，將磁粉探傷機(jī)變角部分的AB兩面緊貼管件母材做360°旋轉(zhuǎn)檢查，磁軛間距為150mm，磁化區(qū)域每次至少有15mm 的重疊，每根鋼管至少有兩次以上的靈敏度校驗(yàn)。

在檢查過(guò)程中，注意每次檢測(cè)結(jié)束后，還必須用靈敏度試片校驗(yàn)一次，才能保證此次探傷結(jié)果的正確性。

3 結(jié)論

在磁粉檢測(cè)中，分別發(fā)現(xiàn)了多處缺陷，其中最長(zhǎng)一處為1 200 mm 的斷續(xù)線性顯示，最短一處為長(zhǎng)20mm 的橫向裂紋。超聲檢測(cè)采用了徑向、軸向檢查相結(jié)合的方法，選用了K1斜探頭加楔塊在對(duì)比試塊上磨成曲面后進(jìn)行探傷，在徑向檢查時(shí)，由二次波發(fā)現(xiàn)了多處軸向表面與近表面缺陷。但在磁粉檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)了超聲檢測(cè)沒(méi)有檢出的兩處軸向表面缺陷，位于管材的端頭部位，分別長(zhǎng)20，25mm。由于該部位表面狀況較差使超聲檢測(cè)耦合效果減低而引起漏檢，說(shuō)明了磁粉檢測(cè)的必要性和使用磁軛法與超聲檢測(cè)結(jié)果比較的正確性。后經(jīng)雙方現(xiàn)場(chǎng)打磨，裂紋磨深最大為1.9 mm，最小為0.5mm，其中深度較深、裂紋集中的部分均位于爐管的端頭部位，如圖4所示。

圖4 爐管端頭部位裂紋形貌

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在爐管與回彎頭對(duì)焊時(shí)發(fā)現(xiàn)爐管端頭表面裂紋，故應(yīng)重視焊接熱影響可能導(dǎo)致微裂紋或潛在裂紋的擴(kuò)展。

（2）磁粉檢測(cè)與超聲檢測(cè)靈敏度雖然均達(dá)到檢測(cè)要求，但所需工作量大，操作繁瑣。磁粉檢測(cè)與超聲檢測(cè)相配合的檢查方法對(duì)常壓爐爐管檢測(cè)較適宜，同時(shí)需要重視母材的表面打磨狀況。

［1］全國(guó)特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)人員資格考核委員會(huì)，磁粉檢測(cè)［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010.

［2］蔣危平，方京.超聲檢測(cè)學(xué)［M］.武漢：測(cè)繪和科技大學(xué)出版社，1991.