金属磁记忆方法在压力容器检验中的应用

2022-12-17马斌徐海亮程康

新型工业化 2022年7期

马斌，徐海亮，程康

淄博市特种设备检验研究院，山东淄博，255000

0 引言

金属磁记忆检测方法作为新无损检测技术，其实际检测基本原理为通过对铁磁自身构件内在磁场检测，明晰构件缺陷或潜在的危险区域，具备早期诊断、无需专项的磁化装置等优点，在实际应用中发挥较为凸显的潜力。压力容器多承载气体或液体，此类容器一经出现裂缝或磨损，处于内部较大压力作用下会增加安全事故的风险。按照我国规定和要求，需定期做好压力容器检验工作，金属磁记忆检测方法优势较多，用于压力容器检验中可及时确定相应的应力集中部位，显著提升压力容器整体检验水平。

1 压力容器的检验内容及方法

压力容器检验内容主要包含两大模块内容，即水压、外部减压，实际检测过程中需对各类内容加以重视，主要涵盖制造商资质、外观状况，设备是否与要求相吻合，压力容器焊缝安全问题。一般外部检验应每年定期开展一次，且处于整个压力容器正式投产之前做好检验工作，其停用后重新启动使用也需及时做好检验。内部检验常规为每两年一次，水压减压每六年检验一次，水压检验主要内容和方法是通过特定水压，对压力容器严密性做好检测。压力容器正式检验过程中需强调容器层面，检测的目的是保证压力容器运行可靠性、安全性，符合其运行正常基本要求。正式检测过程中，检测人员需具备较强的专业素养，对焊接工艺展开合理评定，要求人员始终以相关要求开展操作和检验，并对每个岗位人员从业资质展开审核，促使压力容器检验有序实施。

2 金属磁记忆检测技术原理和特征分析

2.1 金属磁记忆检测技术原理

铁磁材料处于应力作用下拥有磁机械、磁弹性效应，金属处于实际应力作用下，内部形成位错运动，形成相应的滑移。错位运动受相应阻碍时，会发生汇集的应力，即便将外力予以去除，仍具有存留的应力，残留应力的存在导致结构内自由可显著增加，结合实际相关规范和要求分析，体系内自发进行的过程是降低整个体系自由能的过程，所以对铁磁整个构件而言，为从本质层面降低整个体系的自由能，实际应力集中区处于地球磁场作用下，产生磁范围内的自发转动，形成相应的磁极，充分依托磁能形式将部分集中应力引发的弹性能抵消。其结果处于金属表面产生特定的漏磁场，进而产生磁记忆，检测该漏磁场分布基本特征，可精准获取构件应力集中部位及大小分布，检测造成应力集中的区域和存在缺陷的主要部位[1]。

2.2 金属磁记忆检测特征和作用

金属磁记忆检测诊断金属与现下漏磁检测方法相较，其具有多方面显著的特征，体现在以下几方面：①可实现大型承压设备短周期内检测，动态化检测实际构件内存在缺陷，以及未来发展可能产生缺陷的区域，为构件中缺陷检测提供精准的定位方法。②无需专项的磁化设备便可完成铁制工件，第一时间完成可靠性检测工作。③无需对被测工件实际表面进行及时清理或其他预处理工作。④可第一时间对压力容器、压力管道等设备完成检测。

金属磁记忆作为现下精准确定各类缺陷的无损检测方法，其自身检测结果精准度较高，从多个实践经验中进行汇总，滋生金属损伤区域内存在稳定的磁场强度法向分量Hp的符合实际变化线，正是该诊断参数为金属磁记忆效应一系列设备实际检测方法和设备提供可行性较高的导向。金属磁记忆检测技术作为一类新兴的检测方法，相较于传统无损检测方法，从本质层面补充传统无损检测方法的不足，自身具备多方面优势，体现在以下几方面：

（1）精准、可靠探测被检主体目标上应力较为集中的部件和区域，是现下多个无损检测方法中，实现早期诊断的唯一方法。

（2）其无需选用专项的磁化设备，应用地磁场该天然磁场源对实际工件进行磁化，检测实际重复性和可靠性较佳。

（3）无需对整个被检测的工件表面开展预处理工作，对工件表面检测工作可动态化在线实施，整个检测实际效率较高。

（4）检测仪器自身体积较小，自动携带相应的电源和记录装置，可正确、客观评析整个工件处于运行状态下应力分布状况；金属磁记忆的作用较多，主要包含评价处于应用状态的构件应力分布，明确产生应力较为集中的区域；工件产生裂纹之前，确定最大应力实际集中区域；可明晰产生应力集中和损坏的重要原因，判定是否需更换实际零件，做好实际寿命评估工作，精准确定整个维修的工作量。

3 金属磁记忆方法在压力容器检验中的应用

3.1 常见缺陷的磁记忆信号

3.1.1 表面缺陷

压力容器中较为常见的表面缺陷是开口裂纹，形成该缺陷的因素较多，不管为何种原因，压力容器均存在应力集中现象，相较于压力容器的其他缺陷，表面开口裂纹选取磁记忆检测方法后实际信号辨识难度较大。伴随压力容器实际应用周期延长，表面裂纹会逐步扩增和发展，部分应力被释放，但处于裂纹边缘区域内会产生新应力集中现象，如此循环裂纹逐步增大，选取磁记忆检测技术后，裂纹中心区域内磁记忆信号较小，部分区域内甚至没有磁记忆信号的存在，其最为主要的是由于应力重新分布。应力较为集中产生磁记忆信号和磁场，处于裂纹部位产生漏磁场共同构成表面裂纹部位的磁场，针对表面开口裂纹而言，实际磁记忆信号可划分为两大模块，一部分处于静态作用下，压力容器不受载荷状况下形成的磁记忆信号，另一部分是受外界载荷作用下产生磁记忆信号，两者间存在差异性。处于压力容器承受载荷作用下，应力便会造成应急磁化现象，最终检测获取的磁记忆信号从本质层面分析是载荷作用下磁化场和应力较为集中状况下磁场重复性叠加[2]。

部分压力容器表面会存在凹坑现象，此类缺陷是前期制造或安装中产生，此类表面缺陷不具备扩展性，选取磁记忆检测技术可获取相应的信号图。凹槽区域内存在应力集中较小，所以表面磁场信号多以漏磁场为主，若忽视磁场或强磁场实际激励作用，实际可检测的磁场信号较为薄弱，对凹槽实际部位、尺寸可积极通过磁场畸形变化区域内做好精准判断。

3.1.2 埋藏缺陷

面状缺陷和体积缺陷共同构成埋藏缺陷种类，不同种类其特征等存在较大差异性，埋藏缺陷选用磁记忆检测技术进行检测后，其实际由两部分构成，具体实践是环境磁场和应力集中引发的磁记忆信号，处于环境磁场方面，缺陷存在产生结构缺乏连续性，实际磁场为漏磁场。其中面状缺陷处于整个构件实际应力较为集中的区域内，受应力等因素的影响，此类缺陷逐步扩展和延伸，其发展至一定程度产生不利影响；体积型缺陷内应力集中较小，检测完成后磁记忆信号较为薄弱，最终处于工作表面的信号几乎没有。埋藏缺陷展开评析时，主要是以磁记忆信号绝对数值和峰值进行确定，判定其是否存在高危性。产生埋藏类缺陷的因素较多，且形成过程中环境磁场、焊接磁场、环境温度等均对缺陷磁记忆信号最终形成的曲线、幅值存在较大的干扰，促使此类缺陷产生的磁记忆信号不一。

3.1.3 在役缺陷的动态磁信号

压力容器正式工作过程中，其多处于受压状态，缺陷处于载荷下产生相应的变化，特别是针对水压试验过程中，有时会产生缺陷发展现象，其在役缺陷的动态磁信号中包含以下两种类别：一方面，表面缺陷。初期制造质量和焊缝成形质量不佳等因素，焊瘤作为常见的质量缺陷，具体检验过程中不加以处理。为获取表面缺陷处于水压中是否发展并导致缺陷的产生，选取某报废的储罐展开水压试验，正式施加压力过程中精准测量焊瘤区域内磁记忆和声发射信号，该焊瘤区域内处于正式加压之前仍保存磁记忆异常的信号因子。动态化分析和比较整个加压过程中磁记忆基本规律和声发射监测结果，磁记忆信号实际幅数值与载荷成正相关。焊瘤区域内焊接成形不佳，促使焊接实际残余应力的产生，该区域内出现磁记忆异常信号，产生大量的小裂纹，表明残余应力和应力集中存在是引发裂纹的关键因素。对于传统检验中不进行综合性考量的表面缺陷，若存在磁记忆异常的信号，及时进行处理。另一方面，埋藏缺陷。深层次了解埋藏缺陷主要是处于受压状况下磁记忆信号特征、变化规律，作为磁记忆实际检测方法用于压力容器不停机检测的基础。选取合理的研究主体目标，积极分析磁记忆信号曲线伴随载荷实际变化的基本规律，对其展开合理分析，发现缺陷部位产生可辨识的突发性磁记忆信号时最小载荷远不超过实际工作压力，缺陷发生突变状况下磁记忆实际信号峰值和最大梯度伴随载荷实际变化曲线可划分为三个阶段。缺陷部位的磁记忆信号即便并未处于施加载荷状况下精准标识，由于加工和检测中磁污染，促使缺陷的磁记忆信号被遮盖，载荷不断增大，磁记忆信号发生变化[3]。

4 检测实际应用案例分析

某钢厂卧式液氨储罐，初期设计实际压力为2.0MPa，最高实际工作压力为1.45MPa，正式工作过程中温度不超过50℃，介质为液氨，其内部直径为1000mm，实际总长度为5260mm，整体容积为4.2m3，对其中一条横向缝进行抽查，以此为主体目标展开检测。针对检测结果分析，并无显著的应力集中现象，但该容器检测使用两月后发生泄漏，通过停机更换介质后，选取金属磁记忆检测方法探伤发现长度为4mm的横向裂纹，进一步的砂轮修磨检查，精准发现处于盖面层下方存在一个通孔，该裂纹主要是由该通孔造成。由于裂纹发展延伸至孔边被止住，从本质层面消除其尖端的应力，伴随应力实际梯度变小，磁场区域内梯度变小。

另一个分厂地下油库内一台立式空气存储罐，其实际初期设计压力为3.0MPa，最高工作压力为1.8MPa，内部直径为800mm，容积为2.0m3，其实际应用年限为18年，材质不明晰，但自身具备磁性。针对该容器上一条纵缝隙由下向上抽查其中1300mm。整个纵缝实际部位长度为600mm，应力集中现象较为严重，去除表面油漆选取磁记忆方法检测后，发现长度为5mm的纵向裂纹，通过轮砂修磨处理后选取专业的测量仪器进行测量，发现该部位裂纹深度为0.05mm。

5 压力容器应用中减少缺陷的预防措施

压力容器所处的环境较为复杂，随着使用时间的增加，难免会出现管道裂纹等质量缺陷，如果出现一定要进行全方位的处理，如果处理不当或者不到位，难免会留下安全隐患。同时我们还要加强以下几项预防措施的应用。

5.1 对设备的使用原料和制造过程进行严格的控制

压力容器是工业生产制造过程当中经常所使用的设备之一，在进行生产运行之前，一定要对所需要加工的原材料进行严格的审核，并判定所采用的原材料是否达到国家规定标准。一旦发现所使用的原材料无法达到国家规定的要求标准，一定要进行严肃处理，以此能够保障压力容器的质量达到要求标准。同时压力容器在具体的生产运行过程当中一定要做好生产规划，对于每个环节进行严格的把控，保证各项生产工序都能够科学合理，同时对于每一个生产环节，我们一定要进行严格的规定审核，保证生产流程更为科学合理。此外，我们还要不断地提升工艺流程技术，对于所需要执行的细节标准进行全面提升，使得整个的工艺流程能够达到规范化的要求标准，这样才能够进一步降低裂纹问题的出现。对于整个的运行安全性能够做到全面的提升[4]。

5.2 加强每道工序的质量检验

在日常的管理过程当中压力容器是经常遇见的，但是压力容器往往要在较复杂的环境下进行工作，所以说存在着较高的危险系数。所以说在运行过程当中，我们需要对相关的危险元素给予足够的重视，如果在工作当中产生一定的忽视，那么极易产生非常严重的后果。所以说为了能够全面提升压力容器的质量，一定要对压力容器当中的各项压力管道进行全方位检验，在进行检验过程当中，原材料的检测也是非常重要的一项。在源头就能够全面提升整个运行质量，对于相关的问题能够及时发现，从而进行有效的解决。所以说我们的检验过程中一定要保证原材料达到使用要求标准，同时还要对压力容器内部各个原件进行质量检查，采取更为科学合理的检验措施，能够对整个的检验质量做出全面提升，只有这样才能够保证容器的安全稳定运行[5]。

5.3 全面提升操作人员的技术水平能力

相关的部门一定要加强操作技术能力的培养，定期开展技术交流会，为每一个员工提供一个展示技能的机会，从而能够更好地发现技术当中存在的不足，然后通过不断的交流学习，能够更好地降低质量缺陷现象的产生，最终能够达到高效稳定的生产目的。然而在实际运行操作过程中，相关操作人员没有表现出足够的专业技术水平能力，对于主要的操作流程不能够进行规范化的处理，经常会产生技术上的疏忽，对于整个安全稳定运行会产生直接的影响，因此一定要对录取人员的条件进行全面考核，通过竞争上岗，能够保证相应的操作人员具备良好的技术水平能力和职业操守。