金属磁记忆无损检测的研究

张崴

摘  要：金属磁记忆检测技术是一种新的无损检测手段，对金属构件的早期失效和寿命评估有重要意义。在阐述金属磁记忆检测原理的基础上，对金属磁记忆检测的方法、主要特点和作用进行了综述和分析，并通过几个应用实例初步证实了磁记忆检测的有效性。

关键词：磁记忆检测;无损检测;应力集中;锅炉检修

中图分类号：TG115.28            文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.022

金属磁记忆检测技术是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法，也是一项集无损检测、断裂力学、金属学等学科于一体的无损评价技术。它能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷、早期失效和损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，同时，它也是迄今为止对金属部件进行早期诊断唯一可行的无损检测方法。

1  磁记忆检测原理

铁磁材料具有磁弹性效应和磁机械效应（在应力作用下），因内部产生位错运动而造成滑移，从而产生应力集中。残余应力的存在会使结构中的自由能增加，体系中自发进行的过程是降低体系自由能的过程，因此，对铁磁构件来说，为了降低体系的自由能，其应力集中区在地球磁场的作用下，必会产生磁畴的自发转动，形成磁极，以磁能的形式抵消部分应力集中带来的弹性能。其结果必定会在金属表面形成特定的漏磁场，从而产生磁记忆。通过测量该漏磁场的分布特征，可以得到构件应力集中部位及其大小分布，从而检测到造成应力集中区和缺陷的位置。

2  磁记忆检测方法

金属磁记忆检测方法是一种新型无损检测方法，它可以记录在工作载荷作用下设备和金属结构局部应力集中区产生的漏磁场。

工作损伤出现的过程是应力集中变形区金属性质变化的过程，反映着设备实际状态下金属磁化强度的变化。在这里，金属磁记忆能显现出受最大工作载荷作用的局部区域。传统的无损检测方法只能查找出那些已经出现的缺陷，而磁记忆可以对设备进行早期诊断——虽然这时应力集中部位还未形成宏观缺陷。金属磁记忆的主要任务是确定受检对象以应力集中区为特征的最危险的部件和部位，然后用其他常规无损检测方法来确定是否存在实际缺陷。

3  磁记忆检测的主要特点和作用

3.1  特点

磁记忆诊断技术与现有的漏磁检测方法相比，其主要特点是：①能实现对大型承压设备的快速检测;②不需要专门的磁化设备就能对铁制工件进行可靠的检测;③不需对被测工件的表面进行清理或其他预处理;④能够实现对锅炉、压力容器、压力管道等特种设备的在役检测。

金属磁记忆是现阶段唯一能以很高的精度确定设备滋生缺陷部位的无损检测方法。经验表明，在滋生金属损伤区域，有稳定的磁场强度法向分量HP的符号变化线。这一诊断参数是构成利用金属磁记忆效应一系列检测设备的方法和指导性文件的基础。

3.2  优点

金属磁记忆检测技术作为一种新型的检测手段，与传统无损检测方法相比，其优点主要有：①可准确、可靠地探测出被检对象上以应力集中区为特征的危险部件和部位;②不需要专

门的磁化设备，而是利用地磁场这一天然磁场源对工件进行磁化，检测的重复性和可靠性好;③不需要对被检工件表面进行预处理，对工件表面的检测可在线进行，检测效率高;④能评价工件运行状态下的应力分布;⑤检测仪器体积小，自带电源和记录装置，操作方便。

3.3  金属磁记忆的作用

金属磁记忆的作用有：①评价在役工件的应力分布，确定出现应力集中的区域;②在工件形成裂纹前，确定最大的应力集中区;③与传统无损检测方法相结合，确定生成的裂纹和其他缺陷的尺寸;④查清造成应力集中和损坏的原因;⑤决定是否要更换零件，进行寿命评估，确定准确的维修工作量。

4  应用实例

国家特检中心在检验中利用磁记忆检测发现有100根应力集中的穿墙管，割管后发现20根有裂纹，为企业节约了很大一笔费用;利用磁记忆发现了气轮机叶片根部裂纹和电站锅炉集箱小管座裂纹。

目前，在锅检系统已经有好几个单位使用了金属磁记忆检测仪，并在电站锅炉、球罐、超高压水晶釜检验中得到了应用，取得了较好的效果。下面举几个应用的实例。

4.1  检测压力容器焊缝

（a）

（b）

图1  某电厂液氢储罐No.13（a）和No.16（b）

沿环形焊缝部位HP场的分布情况

图1是某电厂液氢储罐焊缝的检测结果。图中显示了检测部位上HP场的分布情况，且标出了最大应力集中区。其特点是每个通道HP场符号交替和跳跃式变换有dH/dx最大值。在查明的应力集中区，建议做超声检测和金相分析。

4.2  检测紧固件

图2是某钢厂沿双头螺栓螺纹部位HP场的分布情况，在以HP场多次符号交替变换为特征的最大应力集中区带最大梯度dH/dx值的部位有横向裂纹。

图2  某钢厂双头螺栓螺纹部位的检测结果

4.3  检测水冷壁管件

图3是某电厂No.2机组HG/670-137-YM16型锅炉右水冷壁No.66和No.115管件的检测结果，在HP场磁曲线分布图上标出了焊缝和直管段上由工作载荷造成的应力集中区。

右水冷壁No.66和No.115管件有最大应力集中区，建议本次锅炉检修时予以更换，并对切下的部分做金相和化学分析。

5  结束语

总之，金属磁记忆检测技术可以发现铁磁性金属构件以应力集中为特征的危险区域，在失效的早期诊断和寿命预测研究中极具潜力。虽然目前该项技术的发展时间相对较短，很多问题还有待进一步研究，但相信假以时日，金属磁记忆检测方法将凭借其优势得到广泛的应用，给社会带来巨大的效益。

（a）

（b）

图3  某电厂No.2机组HG/670-137-YM16型锅炉右水

冷壁No.66（a）和No.115（b）管件检测结果

参考文献

[1]许亚星.磁记忆技术在焊缝检测中的应用研究[D].兰州：兰州理工大学，2014（04）.

[2]徐林，高三杰，刘卫，等.无损检测技术的原理及应用[J].科技视界，2014（05）.

〔编辑：王霞〕

Study on Metal Magnetic Memory Non-destructive Detection

Zhang Wei

Abstract： The metal magnetic memory testing technique is a new non-destructive testing methods， has important significance for early failure and life assessment of metal components. Based on expounding the metal magnetic memory testing principle， method， metal magnetic memory testing the features and functions are summarized and analyzed， and through some examples of the application of preliminary confirmed the effectiveness of magnetic memory testing.

Key words： magnetic memory testing; nondestructive testing; stress concentration; boiler maintenance