在役压力容器磁粉探伤工艺探讨

　　对在役压力容器(以下简称容器)进行定期检验时,常借助无损探伤手段检查裂纹。在射线、超声、磁粉、渗透等常规探伤方法中,磁粉法因具有工艺简单、检查速度快及对裂纹缺陷敏感等优点而广为应用。由于容器结构、使用介质特性和现场环境条件会影响探伤结果的可靠性,如何选择合理的工艺和操作方法使探伤取得成效,是本文所探讨的问题。

　　1　工艺准备

　　着手探伤之前,根据容器实际情况做好相应的前期准备工作,这是探伤能否取得成效的关键。

　　1.1　磁化设备及探伤方法的选择

　　容器磁粉探伤有以下特点和要求:

　　(1)与一般机械零件区别的是容器属较大型的焊接构件,其体积、重量都很大,要求磁化设备能对工件进行局部磁化的同时又具备较高的探伤效率;

　　(2)容器属承压设备,是在各种介质和环境下操作,为保证其运行安全,对存在缺陷控制严格,要求采用的探伤设备和方法有较高的综合探伤灵敏度;

　　(3)探伤必须在容器的使用现场进行,被检表面结构复杂,工件不可转动,要求探伤设备既轻便又能在恶劣的现场条件下使用。

　　根据上述特点和要求,容器对接焊缝选用旋转磁场交叉磁轭在工件上进行连续行走磁化、湿法探伤;对于角焊缝、结构复杂部位及小型容器焊缝选择带活络关节的电磁轭在同一部位作两次互相垂直的磁化、湿法探伤。

　　1.2　磁粉材料的选用

　　对于磁粉材料、磁悬液的选用及配制,应根据容器的焊缝结构及被检表面状态进行选择。

　　(1)探伤对接焊缝通常选用磁膏配制的水基磁悬液,应选与被检表面有较大反差颜色的磁膏。配制磁悬液时,一般先把磁膏与少量的水混合研磨成糊状,再按规定加入足量的水,使磁悬液均匀,浓度符合要求。

　　(2)在对盛装油性介质的容器探伤时,如果被检表面的油膜难以处理干净,则应选用高闪点、低浓度的无臭味煤油载液(亦可选用50%煤油+50%变压器油)配制磁悬液。

　　(3)对位于仰立部位焊缝的探伤,宜用粘性较大的油载液(30%煤油+70%机油)来配制磁悬液,以防止探伤时磁悬液流淌速度太快造成漏检。

　　1.3　现场准备

　　在目前容器磁粉探伤多数为手工操作的情况下,恶劣的现场环境条件将直接影响探伤人员的技术发挥,这样只有通过充分的准备工作,从而提供必要的现场安全操作条件,以保证探伤过程不受干扰。现场准备工作按原劳动部《在役压力容器检验规程》所规定的内容逐条落实。

　　1.4　被检表面准备

　　被检表面状态对缺陷检出灵敏度影响很大,清洁的工件表面是探伤取得成效的前提。诸多容器发生破坏事故的教训表明,使用中产生的危险性缺陷大多位于与介质接触的内表面,因此容器内部的介质污迹、锈蚀和氧化皮必须清理干净并经探伤人员检查合格。

　　容器外表面薄的漆层(指厚度在500μm以下的防腐漆层)可进行清洗而无须打磨,文献〔1〕通过实验验证了容器带漆进行磁轭法探伤影响较小;在美国ASME《锅炉及压力容器规范》第V卷中,提出磁粉探伤采用涂覆方法来提高表面对比度〔2〕。薄漆层能提供磁痕观察的对比度,如果进行不必要的打磨不仅耗费大量的人力和物力,而且对容器防腐层造成永久性的损害。多次打磨会使壁厚减薄,反而对容器安全使用寿命带来不利影响。

　　2　综合性能试验

　　由于容器内外探伤部位分别处于平、横、立、仰的全位置状态,在工件上用A型标准试片校核综合性能灵敏度时,试片应贴于操作条件最为恶劣、对探伤灵敏度影响最不利的仰立部位(如球形容器内上极板焊缝,卧式容器内表面顶端焊缝)来校核综合性能灵敏度。 [p]

　　3　探伤操作方法与质量控制

　　任何探伤操作方法都是在以工件得到有效磁化的同时,获得较好的磁痕显示为目的。用磁轭法探伤要达到这个目的,必须对磁极与被检表面的接触间隙、磁轭在工件上的行走速度、磁粉施加时机及被检表面可见光照度等要点进行全过程的质量控制。

　　3.1　磁极与工件接触间隙的控制

　　容器的外观通常制作成球形或圆筒形结构。如采用外侧装置有固定行走滚轮的旋转磁场交叉磁轭探伤卧式容器环缝,由于几何形状的影响,同一焊缝部位在容器内外探伤时其磁化效果可能不一样:在外表面探伤时(如图1左边所示),交叉磁轭面对是凸的曲面,行走滚轮失去支撑作用,磁极与工件完全接触或间隙较小,磁路中磁阻较小,被检表面得到有效的磁化,探伤灵敏度高。

　　在内表面探伤时,交叉磁轭面对是凹面(如图1右边所示),如果不对滚轮位置调整,由于外侧滚轮的支撑,磁极与工件之间存在缝隙L0,磁路中因缝隙产生漏磁场使磁阻增大,导致被检表面的磁通量减小,另一方面将扩大磁极周围的探伤盲区,探伤灵敏度降低。

　　以下通过图1为例,计算不同宽度的缝隙对磁场强度的影响:

　　设图左边外表面探伤时,磁轭与被检表面完全接触,形成环型回路长度为L,磁极截面积为S,线圈总匝数为N,各匝中电流强度为I,磁导率为μ,根据磁路定律得回路中的磁通量

　　式中　R—总磁阻

　　图右边在内表面探伤时,磁轭与被检表面存在接触缝隙L0,它的存在使总磁阻R增加了L0/S0,这时工件磁通量为

　　式中　L0—缝隙宽度

　　S0—缝隙截面积

　　以图1的探伤为例,设L=440mm,N=1000,I=5A,μ=600,计算磁极与被检表面存在的缝隙分别为0、1mm、2mm时,磁场强度H各为多少 当缝隙较窄的情况下,缝隙内的磁感应强度近似等于铁心内的磁感应强度(B=B0=H),并设S0=S,则可用磁感应通量Φ表示H,由公式(2)得

　　以上计算表明,当每个磁极与工件之间缝隙为1mm时,磁场强度是没有缝隙时的26%,缝隙为2mm时是15%,磁场强度随着缝隙的增大而急速下降,导致工件磁化达不到规范要求,可能发生漏检。因此,通过调整磁极方位使接触间隙最小(一般不超过1.5mm),是控制磁化质量的重要手段。特别是圆筒形结构的容器,在内部面对碟型封头拼缝与环缝的丁字接头处探伤时,磁极与工件接触缝隙更大,必要时应拆除滚轮,用分段磁化操作来保证探伤灵敏度。 [p]

　　3.2　控制磁轭拖动速度

　　探伤操作时必须控制磁轭行走速度,保证磁化时间在规定的范围之内,行走速度参照速度公式计算选定。

　　V=ST(4)

　　式中　V—磁轭行走速度

　　S—磁轭有效探伤宽度

　　T—规定的磁化时间

　　如某型号的交叉磁轭两磁极内侧在行走方向上的跨越宽度为100mm,其实际有效探伤宽度为S=80mm,查得JB4730-94标准规定连续法的通电磁化时间为T= (1～3)s,则磁轭行走速度V=801～3=27～80(mm/s)=1.62～4.8(m/min)以上计算未包括喷洒磁悬液的时间,鉴于在役容器现场探伤的复杂性,磁轭的行走速度应与探伤方法、磁悬液的润湿性能、被检部位的表面状态和探伤所处部位的不同而异,最好通过贴标准试片进行测试确定。若磁轭行走速度过快,工件得不到有效磁化,则很有可能发生漏检。

　　使用马蹄磁轭法探伤焊缝时,应将焊缝分段标记,在每一个探伤区段内将磁极连线与焊缝中心线成45度角作两次互为垂直的磁化探伤,且保证每个探伤区段之间有15mm以上的重叠。

　　3.3　施加磁悬液操作质量控制

　　(1)磁悬液润湿效果:对于湿法探伤,保证受检部位被磁悬液完全润湿是缺陷检出的前提。探伤中如发现磁悬液不是始终地覆盖被检部位,而是分离成斑块状或者收敛成沟渠状流淌时,则为磁悬液未润湿表面,应立即停止探伤,对被检表面重新处理。若使用的是水基磁悬液,须在被检表面上进行“水断试验”合格后方可继续探伤。

　　(2)优化磁悬液的喷洒点:探伤立式容器纵缝或卧式容器环缝时,磁轭磁化的方向应自上而下,磁悬液的喷洒点为磁化区域的正前方,让磁悬液自然流淌于整个被检区域,喷洒方向与磁轭行走方向相同。

　　3.4　环境光照度的控制

　　探伤现场被检表面可见光照度应达到有关标准要求,均匀而明亮的照明是探伤操作取得成效的基础,磁粉探伤全过程必须在充足的自然光或白光下进行。

　　4　磁痕的判别、记录与评定

　　对磁痕显示的判别是一项细致的技术操作,探伤人员须随身携带如放大镜、角向砂轮或短锯片等工具,通常通过以下操作随时对显示磁痕进行判别:

　　(1)改变磁极位置法,在磁痕迹象部位用改变磁极方位复验,判别是否为因操作不当引起的伪磁痕。

　　(2)改变表面状态法:用短锯片或砂轮将显示磁痕部位稍加修磨,改变被检部位的表面状态后复验,判别是否为因表面外形结构引起的非相关磁痕。用草图、胶带纸粘贴磁痕实样的方法记录缺陷磁痕,严重的缺陷磁痕应予照相存档。磁痕评定应按JB4730-94标准规定执行。

　　参考文献

　　1　周志伟.带涂层在役压力容器的无损检测.无损检测,1996.

　　2　中国ASME规范产品协作网翻译.ASME锅炉及压力容器规范第V卷.石油工业出版社,1998.

　　3　方向成等译审.美国无损检测手册磁粉卷.世界图书出版公司,1994.

　　4　云庆华主编.锅炉压力容器无损检测技术.天津科学技术出版社,1984.

　　5　全国锅炉压力容器无损探伤人员资格考委会编写.磁粉检测.中国锅炉压力容器安全杂志社,1999.