冬季室外磁粉检测水磁悬液的应用

张文泽，祝加轩，解志刚，王 波，徐国良

(中国石油独山子石化分公司，独山子 833699)

为了保证石化行业的压力容器、管道，冶金制造行业的各类管件、零部件的质量安全，磁粉检测技术被广泛应用。但是，由于国内北方地区冬季的室外温度往往低于-20 ℃，湿法磁粉检测不易开展。

目前，为了防止冬季室外水磁悬液结冰，常常选用油磁悬液。这种油磁悬液通常是以低黏度油(煤油+变压器油)为载体配制而成的，具有防锈性强，低温下黏度小，分散性和润湿性能好等优点。其也存在许多不足，比如：煤油价格较高，不经济；煤油挥发性强，大量吸入会造成中毒；易污染作业场所和被检工件，油膜也不易清洗；煤油闪点低，电极与工件接触不好时，易引起电火花，存在安全隐患。因此，有必要寻找一种水磁悬液来代替油磁悬液的方法，这种水磁悬液要能在低于-20 ℃的寒冷环境下保障磁粉检测的顺利进行。

1 试验方法

磁悬液是指将磁粉和载液(载体)按一定比例混合而成的悬浮液体。由于水具有无毒、无害、无污染、获取方便等优点，所以水磁悬液被广泛使用。

为了解决冬季室外无法使用水磁悬液进行磁粉检测的问题，需要找到一种在寒冷环境下不结冰又与水相近的液体。此类液体常见的有酒和冬季用玻璃水，酒最大的问题是易燃，会带来安全隐患。冬季用玻璃水是一种含有乙二醇的液体，乙二醇是一种无色、黏稠、有甜味且不易挥发的液体，易溶于水。乙二醇的凝固点为-12.5 ℃，沸点高达197 ℃，可与水任意比例混合(比例不同、凝固点也不相同)。因此，确定以冬季用玻璃水为载体配置水磁悬液[1]。

1.1 载体性能试验

对于湿法磁粉检测，用来悬浮磁粉的液体称为载液或载体。湿法磁粉检测常用的载体有油基载体和水载体。油基载体是具有高闪点、低黏度、无荧光和无臭味等特点的煤油，而水载体通常由水中加入润湿剂、防锈剂等溶剂配制而成。两种载体的检测指标[2]如表1所示。

表1 载体分类和检测指标

1.1.1 润湿性试验

进行润湿性试验时，试件材料为20钢，尺寸为200 mm×300 mm(长×宽)，表面粗糙度不大于25 μm。在环境温度为-20 ℃，试件表面温度为-15 ℃的情况下，将冬季用玻璃水施加在该试件表面，可见冬季用玻璃水能迅速润湿试件表面(见图1)，形成的薄膜是连续不断的，并覆盖整个表面。

图1 润湿性试验时试件表面状态

1.1.2 pH测定试验

进行pH测定试验时，选用pH试纸一条,浸入冬季用玻璃水中,半秒后取出，与标准色板比较可得其pH为9，结果合格[3]。

1.1.3 分散性试验

将质量为(3±0.1) g的磁粉加入冬季用玻璃水中，充分搅拌，搅拌速度为3 000 r·min-1，保持1 min后倒入透明的量杯进行目视观察。目视观察发现，磁粉在冬季用玻璃水中的分布均匀且不结团，分散性试验结果合格。

1.1.4 防腐性试验

采用钢棒法测试冬季用玻璃水的防锈性。使用一根长为100 mm，直径为20 mm的钢棒，利用磨光机装配钢丝刷对其进行表面处理，使其表面粗造度不大于25 μm。将钢棒的1/2长度浸入冬季玻璃水中，浸泡96 h，取出后放置在室温环境中，24 h后观察钢棒表面，未发现有明显的锈蚀，防腐性试验合格。

1.1.5 消泡性试验

由于磁粉颗粒无法聚集覆盖在泡沫上，所以要求磁悬液在短时间内自动消除泡沫，以保证检测结果的有效性，试验现场如图2所示，试验采用100 mL量筒，装入70 mL冬季用玻璃水,盖好塞,上下摇动1 min,上下摇动距离大约1/3 m，摇动频率为100～120 次·min-1，然后在室温下静置10 min，观察到液面几乎无残留泡沫，消泡性试验合格。

图2 消泡性试验现场

1.1.6 稳定性试验

将50 mL冬季用玻璃水置于100 mL量筒中,将其放置于(-25±3) ℃的低温箱中,静置24 h，取出后在室温环境中静置1 h,试验现场如图3所示，观察发现，量筒中无分层相变现象，稳定性试验结果合格。

图3 稳定性试验现场

1.2 冬季玻璃水磁悬液工艺性能试验

根据行业标准NB/T 47013.4-2015的要求，非荧光磁粉磁悬液的质量浓度为10～25 g·L-1。

1.2.1 水磁悬液的配制试验

将标准推荐的质量浓度范围平均分为4段，选取10，15，20，25 g·L-1这4种不同的质量浓度进行配制，并对4种磁悬液的体积分数进行对比，梨形瓶沉淀试验现场如图4所示。

图4 梨形瓶沉淀试验现场

汇总数据如表2所示，发现由于冬季用玻璃水的密度和黏度与其他水载体的不同，所以沉降速率不同[4]。当质量浓度为10 g·L-1和25 g·L-1时，体积分数(含固体量)不能满足标准要求。因此，初步确认以冬季用玻璃水为载体配制的非荧光磁粉水磁悬液的质量浓度为15～20 g·L-1。

表2 不同质量浓度下的体积分数

1.2.2 灵敏度对比试验

分别用上述4组不同质量浓度的水磁悬液，在同等检测条件下，对磁粉检测试块的模拟裂纹缺陷进行检测，获得的裂纹磁痕显示如图5所示。

图5 灵敏度对比试验磁痕显示

通过灵敏度[5]对比试验可以发现，利用冬季用玻璃水配制的非荧光磁粉磁悬液的最佳质量浓度为15～20 g·L-1。

当磁悬液质量浓度为15～20 g·L-1时，背景显示与裂纹磁痕显示对比强烈，磁粉在裂纹表面迅速聚集，裂纹磁痕轮廓清晰，裂纹形貌细节显示清楚。

当磁悬液质量浓度小于15 g·L-1时，裂纹磁痕颜色较淡，细小的裂纹没有显示出来，造成了缺陷漏检。

当磁悬液质量浓度大于20 g·L-1时，背景显示颜色太深，引起许多非相关显示和伪显示，导致裂纹缺陷识别困难。可见质量浓度过低或过高均不利于磁粉检测。

2 案例

2020年12月，新疆某化工厂计划对10多条管线进行定期检验，要求对管道焊缝进行磁粉检测，此时室外温度已低于-25 ℃。采用冬季用玻璃水为载体配制水磁悬液，对这些焊缝实施检测，成功发现9条缺陷，应用效果良好。部分缺陷外观如图6所示。

图6 某管道焊缝检出缺陷解剖结果

3 结语

通过载体性能试验，发现以冬季用玻璃水作为载体配置的水磁悬液，其相关性能指标均合格，且具有不易燃、黏度小、经济性好、无毒无害、低温下不冻凝等优点，即可以利用冬季用玻璃水配置水磁悬液。

(1) 实践证明，以冬季用玻璃水为载体配制的磁悬液，能满足冬季-25 ℃以上环境温度的磁粉检测。

(2) 以冬季用玻璃水为载体的磁悬液质量浓度为15～20 g·L-1时，可以获得最佳检测结果。

(3) 以玻璃水为载体的磁悬液使用温度为-40 ℃左右。