微磁无损检测在压力容器定期检验中的运用

赵二虎 刘亚庭 王宇(咸阳市特种设备检验所，陕西 咸阳 712000)

0 引言

压力容器是工业生产必不可少的设备之一，国家对于压力容器的设计、生产、使用、检验检测施行全过程的监督管理。压力容器的定期检验是保障其安全运行的重要措施，现行的定期检验执行的是TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》，规程要求，表面无损检测是金属压力容器定期检验的主要项目。

渗透检测和磁粉检测是压力容器定期检验中最常用的两种无损检测方法，它们适用范围各不相同。磁粉检测只能针对铁磁性材料进行检测，而对非铁磁性材料无能为力；渗透检测虽然能对大型焊缝有非常好的效果并且适合对批量检测，但是由于它只能在表面显示缺陷信息不能很好的识别显示内部缺陷深度形状。本文提出微磁无损检测方法对压力容器进行检测，克服了压力容器定期检验时需要面对的三点难以解决的问题：(1)检测前无需要对表面进行处理，比如表面的铁锈油污、表面油漆及镀层，从而能够对构件原貌进行检测；(2)不需要对检测构件进行专门磁化；(3)仪器设备体积小，操作简单快捷不需要长时间的培训。

1 微磁检测的基本原理

微磁检测其实是电磁检测中的一种，是磁场在有缺陷材料或工件表面的一种磁分量显示现象。检测材料或工件表面的磁信号通过传感器把磁信号变为电信号，然后利用计算机去分析信号判断缺陷得出检测结果。当材料内部存在缺陷时缺陷部分磁导率会发生变化，磁导变高时磁力线从缺陷下面通过，低磁导率时磁力线从缺陷上面通过。因此只要我们能提取到这部分材料磁场信号加以分析就能进行微磁检测[1]。微磁检测原理如图1 所示。

图1 微磁检测原理

微磁检测一种新开发的检测技术，是一种被动检测技术，利用现有的自然磁场对非铁磁性材料和铁磁性一样适用。缺陷出现会影响材料磁导率和磁阻，一旦材料一部分磁导率和磁阻发生变化必定会发生磁场变异，但因为地磁场强度弱这种变化在之前很难被发现。随着电子元件和传感技术的不断发展，磁性信号收集技术也得到提升，现在的磁场传感器有除杂乱信号并放大弱磁信号的能力，并利用计算机技术分析出弱磁信号和缺陷对应关系，这使得微磁检测技术用在压力容器的表面无损检测成为了可能。

2 试验研究

为了验证微磁检测技术在焊接接头缺陷检测中的有效性，本文采用压力容器常见的制造材料Q345R 作为实验材料，采用开V 型剖口的形式，将两块钢板进行对接焊，人为设置三个不同的缺陷，缺陷的宽度一样，但是深度不一，相同宽度有对比性减小偶然性，深度相同突出检测差别。

采用便携检测仪、TMR 检测传感器对试件进行检测，为了模拟在役压力容器的环境特征不对焊缝表面做特殊处理，但是为了避免不必要的干扰，需保证试件周围没有很强的磁场。把TMR 传感器的探头贴合于钢板焊缝上，传感器必须垂直于钢板焊缝从而减少环境噪声对于微弱电磁信号影响。开始扫查时先从上而下扫查一遍再从下而上扫查一遍并且要匀速进行，每5cm 扫除一次并分析结果找到三组不同数据和三处缺陷，三处有缺陷位置检测结果如下：

图2 检测结果

图2 中，坐标上下的两根红线称之为磁场强度值的“标准线”，超过“标准线”的信号为异常信号，即可能为缺陷处。若工件不存在在缺陷，在地磁场的作用下，磁力线均匀分散在工件表面，磁场强度变化较小且连续，所以磁场梯度为一个近似的定值[2]。而当被检测工件上某处有缺陷时，该处的磁场强度值将会发生较明显变化，而且这种变化与工件无缺陷处所处环境磁场的变化相比是巨大的，因此根据种缺陷处信号变化特效可有效地提取出工件中存在的缺陷。微磁检测法就是用到了这种方法可以非常清楚找到缺陷处信号变化。

由于缺陷具有一定的深度，采用超声波探伤仪对试件进行检测，检测结果显示，只检测出深度较深的两个缺陷。

而利用微磁检测则检出了三条焊缝缺陷，与钢板对接焊缝特殊处理的三条焊缝缺陷位置吻合并且最大偏差在小于5mm 三条缺陷位置分别是(从上而下)5cm 处、10cm 处、15cm处。试验全程用时4 分钟，检测出的缺陷位置分别在(从上而下)4.9cm 处、10.1cm 处和14.8cm 处，试验结果证明了微磁检测技术能够非常快速、准确的检测出钢结构焊缝中的缺陷。对比超声波检测的结果，用时10min 只扫查出了两处缺陷分别是位于(从上而下)4.3cm、9.2cm。由此可见微磁检测技术相比较于超声检测而言，缺陷检出率要高并且速度要快。通过试验验证了这套检测系统的稳定性、准确性、方便性。

3 工程运用

某在役液化石油气储罐进行定期检验时，检验方案要求对内壁焊缝进行表面无损检测。为了验证微磁检测的有效性，先用微磁检测仪对抽查的焊缝进行扫查，2000mm 焊缝未经打磨直接进行检测，耗时10min；在储罐东侧第一道纵缝发现两处疑似缺陷信号，分别位于距离东侧起100mm 和105mm 处。采用标准规定的荧光磁粉检测对其进行验证，2000mm 从检测准备到结束耗时40min，发现的缺陷位置与微磁检测结果一致。结果证明微磁检测技术在发现缺陷方面的可靠性。

图3 检测结果对比

4 结语

微磁检测是基于地磁场开发的一种新型检测技术，它利用被地磁磁化后的设备上的缺陷产生的弱小漏磁场，采用高精度的传感器，将磁信号转化为电信号成为图形显示，使得检测结果简单易于识别。通过试件检测和工程实践，可知这种方法相对于传统的超声波检测、磁粉检测具有操作更为简便、显示直观、检测速度快等优点。由于其尚处于开发阶段，也存在缺陷显示不够详细不能显示缺陷深度和形状，受缺陷深度和位置影响较大等不足之处。在压力容器定期检验时，采用微磁检测技术对焊缝进行粗扫，发现异常信号后再对异常部位进行常规无损检测，可以提高定期检验的可靠性。