金屬磁記憶檢測技術(shù)在球形儲罐上的應(yīng)用研究*

賴 圣，孫 杰，李運(yùn)濤

(1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江 寧波 315020;2.廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣東 佛山 528251；3.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029)

球形儲罐是石油、化工、化肥和制氫等行業(yè)常用的大型壓力容器之一，由多塊球瓣板焊接制成。在實(shí)際的使用過程中，球罐內(nèi)部往往承載較大應(yīng)力并承受介質(zhì)的腐蝕，外部則遭受大氣的腐蝕。通常情況下，若球罐內(nèi)部承載高含硫介質(zhì)長期運(yùn)行后，內(nèi)部易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。目前針對球罐結(jié)構(gòu)完整性檢測方法主要是磁粉、超聲波和聲發(fā)射，但是這些檢測方法需要消耗大量的檢驗(yàn)時(shí)間，僅能檢測動態(tài)活性缺陷，對于即將產(chǎn)生缺陷的應(yīng)力集中區(qū)域則無法實(shí)施有效關(guān)注。

金屬磁記憶檢測是一種可以檢測金屬部件應(yīng)力集中區(qū)域以及早期或現(xiàn)有損傷缺陷的檢測技術(shù)[1]。該技術(shù)檢測效率較高，針對部件疲勞損傷檢測方面顯示出良好的應(yīng)用前景[2]。利用金屬磁記憶檢測技術(shù)，對寧波市某化工區(qū)球形儲罐進(jìn)行金屬磁記憶現(xiàn)場檢測，結(jié)合常規(guī)射線檢測進(jìn)行驗(yàn)證，檢測效果良好。

1 磁記憶檢測技術(shù)

1997年，俄國科學(xué)家Dubov A A首次提出了金屬磁記憶概念[3]。此技術(shù)是以地磁場為信號發(fā)射源，可對鐵磁性材料工件的應(yīng)力集中及結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷的區(qū)域進(jìn)行檢測；另外，鐵磁性工件因受應(yīng)力及地磁場的共同作用，會在應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生具有記憶效應(yīng)的漏磁場[4]。通過對鐵磁性工件存在的漏磁場信號進(jìn)行采集分析，不但可以檢測出工件存在的宏觀缺陷，同時(shí)還可以檢測出常規(guī)探傷手段無法檢測的微觀缺陷及即將產(chǎn)生缺陷的應(yīng)力集中區(qū)域，因此磁記憶檢測技術(shù)具有較好的超前預(yù)警能力[5]。與傳統(tǒng)的宏觀無損檢測技術(shù)相比，金屬磁記憶檢測技術(shù)操作較易上手，且主要測量的是工件存在早期隱患，因此是一種具有較好完整性評估能力的檢測方法[6]。

作為一種新興的無損檢測方法，磁記憶檢測技術(shù)一直受到了國內(nèi)外檢測界的關(guān)注；然而，由于該項(xiàng)技術(shù)起源于實(shí)際工程應(yīng)用，發(fā)展至今僅僅十余年，因此磁記憶檢測理論研究方面在早期階段存在一定不足。2000年，南昌航空大學(xué)任吉林教授在國內(nèi)首先引入了金屬磁記憶檢測技術(shù)及儀器[7]。仲維暢等提出了應(yīng)力磁效應(yīng)的電磁感應(yīng)理論，解釋了金屬磁記憶中的磁機(jī)械效應(yīng)[8]。黎連修等利用磁致伸縮方程分析了磁記憶現(xiàn)象產(chǎn)生的條件和規(guī)律，對磁記憶檢測原理做了較為詳細(xì)的補(bǔ)充[9]。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，金屬磁記憶檢測技術(shù)理論應(yīng)用體系逐漸成熟，現(xiàn)在金屬磁性記憶檢測技術(shù)已成為一種切實(shí)可行的檢測手段[10-12]。

2 檢測設(shè)備簡介

采用俄羅斯某公司出產(chǎn)的TSC-2M-8磁記憶檢測儀，用于鐵磁性構(gòu)件焊縫的100%快速檢測和不同鐵磁性金屬構(gòu)件的壽命評估。該設(shè)備為8通道磁探測式儀器，可根據(jù)儀器在檢測對象表面測得的漏磁場強(qiáng)度值和變化特性，按照檢測規(guī)范確定被檢工件的應(yīng)力集中區(qū)、金屬結(jié)構(gòu)的變化及存在的缺陷。儀器實(shí)物如圖1所示，具體儀器參數(shù)見表1。

圖1 TSC-2M-8磁記憶檢測儀

表1 儀器參數(shù)

3 磁記憶檢測的應(yīng)用

3.1 待檢球罐工況

待檢對象為寧波市某化工區(qū)一臺球形儲罐，球罐的參數(shù)見表2。

表2 球罐參數(shù)

3.2 現(xiàn)場磁記憶檢測

利用TSC-2M-8磁記憶檢測儀對球罐外壁焊縫實(shí)施100%的金屬磁記憶檢測，采集球罐焊縫位置的剩余磁場強(qiáng)度Hp，在對球罐下級板焊縫進(jìn)行檢測的過程中，發(fā)現(xiàn)存在2處應(yīng)力集中區(qū)域信號顯示。

1號檢測位置磁記憶信號圖見圖2。現(xiàn)對1號檢測異常信號處進(jìn)行分析，通過觀察信號波形，發(fā)現(xiàn)磁記憶檢測探頭在掃查球罐某條環(huán)焊縫的過程中，經(jīng)過步長350～400 mm的距離位置，產(chǎn)生了一處異常明顯的波峰，即說明此處應(yīng)存在應(yīng)力集中區(qū)域。其余位置信號相對平穩(wěn)，不記為應(yīng)力集中區(qū)域信號；同時(shí)，此次采集分析信號過程中，僅測量分析HP-1～HP-3通道信號，同時(shí)，分析特征值微分dH/dx，結(jié)合極坐標(biāo)可以進(jìn)一步判斷出探頭在環(huán)焊縫350～400 mm步長的掃查區(qū)域中存在異常。

圖2 1號檢測位置磁記憶信號示意

2號檢測位置磁性記憶信號圖見圖3。對2號檢測異常信號處進(jìn)行分析，觀察信號波形，可知，磁記憶檢測探頭在掃查球罐下級板某條縱焊縫的過程中，由于操作探頭不慎抖動，在步長約850 mm產(chǎn)生了一處異常波動峰值，而位于 1 300 mm的位置處檢測顯示存在一個(gè)明顯的信號突變，結(jié)合極坐標(biāo)條件下的磁記憶信號圖示進(jìn)行觀察，確定該條焊縫存在明顯應(yīng)力集中區(qū)域；此條被檢焊縫可能存在總體受力不均的情況。

圖3 2號檢測位置磁記憶信號示意

為更好地判定2號檢測異常信號處的實(shí)際狀況，對該條焊縫重新進(jìn)行一次磁記憶掃查，見圖4。

圖4 2號檢測位置復(fù)測后磁記憶信號示意

由圖4可以看出，在探頭位于1 300 mm的位置存在一處較為明顯的信號突變，即此處應(yīng)存在應(yīng)力集中區(qū)域；同時(shí)，結(jié)合觀察極坐標(biāo)條件下的磁記憶信號可進(jìn)一步判斷出該條被檢焊縫內(nèi)部存在應(yīng)力分布不均現(xiàn)象，可為后續(xù)監(jiān)控、熱處理和修復(fù)等提供建議。

3.3 射線探傷復(fù)驗(yàn)

采用射線探傷手段對1號及2號檢測異常信號位置進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，1號及2號檢測異常信號位置處底片顯示存在內(nèi)部氣孔缺陷,依據(jù)NB/T 47013—2015《現(xiàn)行承壓特種設(shè)備無損檢測技術(shù)規(guī)范》判斷，氣孔數(shù)量在允許范圍內(nèi)，暫可不做消除缺陷處理。

4 結(jié) 論

(1)金屬磁記憶檢測可以有效地判定球罐焊縫中可能存在的宏觀缺陷，同時(shí)可以檢測出焊縫內(nèi)部應(yīng)力集中的部位。

(2)通過結(jié)合常規(guī)探傷手段，可以在磁記憶檢測存在異常的應(yīng)力集中部位檢測出氣孔缺陷，說明利用金屬磁記憶檢測法檢測出來的應(yīng)力集中區(qū)域應(yīng)作為常規(guī)探傷的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。

(3)通過分析金屬磁記憶檢測信號可判斷出被檢工件部位的整體受力情況，可在設(shè)備后續(xù)管理工作中，對部件進(jìn)一步處理等提供指導(dǎo)。

(4)金屬磁記憶檢測目前在實(shí)際應(yīng)用中主要作為一種先導(dǎo)檢測手段，對于缺陷的定性和定量檢測還必須依靠其他檢測手段輔助完成。