电站在役设备焊缝的磁粉探伤

刘波+乐磊+赵伟+杨越+任俊波

【摘 要】本文介绍电站在役检查的目的，在役设备焊缝磁粉探伤方法，根据作者在磁粉探伤的现场检查和质量监督、见证活动中发现的问题，提出了磁粉探伤时应注意的几个问题，并简述了磁粉探伤的质量控制。

【关键词】电站在役设备；焊缝；磁粉探伤

0 前言

电站在役检查的目的是对电站投入运行的设备、系统的质量状况进行连续性的检测和监督，以便对设备中可能存在的缺陷，制造与安装阶段形成的缺陷，在投入运行后由于疲劳和腐蚀致缺陷扩展以及可能新生的缺陷进行监督、控制和评价，以确保电站安全、可靠、经济的运行。

在役检查依据编制的检查计划和大纲，对有代表性的设备、部件进行包括超声、射线、涡流、渗透、磁粉、目视和泄漏等检测。其中磁粉探伤在铁磁性材料设备的无损检测中应用普遍并受到重视，因为磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小，间隙极窄（微米级），目视检测难以发现的不连续性，而大多数失效是从表面损坏开始的，基于先裂后破的断裂理论，开裂一般经验都表明是从应力最大的表面开始的。

1 磁粉探伤的原理及特点

磁粉探伤是利用铁磁性材料被磁化后，由于不连续的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场（即磁感应线离开和进入工件表面时形成的磁场）吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。磁粉探伤可检出铁磁性材料中裂纹、发纹、白点、折叠、夹杂物、冷隔等缺陷，具有高的检测灵敏度，且能直观的显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度，检查缺陷的重复性好。但磁粉探伤不能检测非铁磁性材料，只能检测表面和近表面缺陷，不易发现与工件表面夹角小于20°的分层缺陷，受几何形状影响，易产生非相关显示，用通电法和触头法磁化时，易产生电弧烧伤工件。

2 磁粉探伤方法及在役设备焊缝的磁粉探伤

磁粉探伤磁化方法有多种，一般根据被检工件几何形状，尺寸大小，表面状态、欲发现缺陷的部位和方向，选择合适的磁化方法，如周向磁化的常用方法有通电法、中心导体法、偏置芯棒法、触头法、感应电流法、环型件绕电缆法等，纵向磁化的方法有线圈法、永久磁铁法、磁轭法，多向磁化有交叉磁轭法、交叉线圈法等。

针对电站在役检查磁粉探伤的对象是现场容器和管道的对接焊缝、角焊缝外表面，磁粉探伤方法选用有便携式磁轭法、交叉磁轭法，检验采用非荧光湿法连续法。

2.1 便携式磁扼法

便携式磁扼法是使用便携式电磁扼两磁极接触工件表面进行局部磁化，用于发现与两磁极连线垂直的缺陷。

磁扼法的有效磁化范围一般是以两极间连线为长轴（L），从两极连线中心处向两侧各1/4L为短轴的椭圆形所包围的面积。如果两磁极间距太小，由于磁极附近磁通密度过大会产生非相关显示，磁极间距太大会造成磁场强度不够。所以磁极间距通常选用75mm-200mm。要求使用磁扼最大间距时，交流电磁扼至少应有44N的提升力，直流电磁扼至少应有177N的提升力。

交流电磁扼，由于趋肤效应，检测表面缺陷的灵敏度高。直流电磁扼较交流电磁扼对近表面缺陷有更高的检出能力。由于直流电磁扼产生的磁通均匀地分布在被磁化的工件截面上，工件越厚，单位截面上的磁通越小，工件表面的磁场强度也越小，使探伤灵敏度降低，直流电磁扼不适用于厚工件的检测。检测厚工件的表面缺陷应采用交流电磁扼。

磁扼法的优点是：（1）非电接触，不会烧伤工件；（2）改变磁扼方位，可发现任何方向的缺陷；（3）便携式磁扼可带到现场探伤，使用方便；（4）检测灵敏度较高。

磁扼法的缺点是：（1）几何形状复杂的工件检验较困难；（2）磁扼必须放到有利于缺陷检出的方向，操作不当可能造成漏检；（3）使用便携式磁扼一次磁化只能检测较小的区域，对于大面积检测时，要求分块累积，较费时。

2.2 交叉磁轭法

使两个互相垂直的交叉磁轭分别通过相位差一定、幅值相等的正弦交变电流时，二者磁场相互迭加，在工件表面就会产生磁场大小和方向不断随时间周期性变化的旋转磁场。由于工件上的磁化方向不断地变化、旋转，所以只要一次磁化即可检测出各个方向的缺陷，探伤效率高，灵敏度高，操作简单，适于长的对接焊缝探伤。

对于对接的纵、环焊缝，此两种方法操作方便、灵敏高。对于接管角焊缝，活动关节磁轭能较好的检测与容器筒体垂直的接管角焊缝探伤，对于成一定角度的接管角焊缝探伤，则存在一定的困难。

3 磁粉探伤中应注意的几个问题

尽管磁粉探伤灵敏度高，但如果操作不当也会造成漏检，不但发挥不出磁粉探伤的优势，反而会因漏检而给设备的安全运行带来隐患。根据本人在磁粉探伤的现场检查和质量监督、见证活动中发现的问题，认为磁粉探伤时应注意以下几个问题：

3.1 焊缝标识和参考标识点的核对

检测开始前要认真核对受检焊缝标识和参考标识点，正确定位受检区域，防止漏检。其原因之一是部分受检焊缝与母材等高用肉眼难以分清焊缝。

3.2 检测面的清理

检测时一定要对焊缝及两侧适当宽度进行认真清理、抛光或打磨，彻底去除覆盖物，露出金属光泽为合格，否则会掩盖缺陷，影响缺陷显示，造成漏检。

3.3 操作方法应正确

（1）在磁轭法探伤时容易发生磁化区域重叠区不够的误操作，这种误操作容易造成漏检。正确的操作方法应保证磁化区域每次应有不少于15mm的重叠。

（2）在交叉磁轭法探伤时，采用不正确的步进式分段探伤操作，正确的操作方法应采用连续移动式探伤。从交叉磁轭法探伤的磁场分布情况不难看出，在磁极所在面不同部位的磁场强度大小和方向差别极大。很显然，处在不同部位的缺陷检出灵敏度也必然有高有低。因此，若采用步进式分段探伤，对不同部位某些方向的缺陷将会造成漏检。如果采用连续移动式探伤，使任何方向的缺陷在大小和方向变化着的磁场作用下就很容易形成磁痕从而被检出。

另外，对磁悬液的喷洒也应科学、合理。磁轭法探伤时，必须先确认整个检测面被磁悬液湿润后，再施加磁悬液，为的是避免已经形成的缺陷磁痕被流动的磁悬液破坏掉，应先停止喷洒磁悬液，然后在停止磁化。当采用旋转磁场磁粉探伤仪进行检测时，是边移动磁化边喷洒磁悬液，就更应该避免由于磁悬液的流动破坏已经形成的缺陷磁痕。这就需要掌握磁悬液的喷洒，应在保证有效磁化场被全部润湿的情况下，与交叉磁轭的移动速度良好地配合，才能把微细的缺陷磁痕显现出来，对这种配合的要求是在移动的有效磁化场范围内，有可供缺陷漏磁场吸引的磁粉，同时又不允许因磁悬液的流动而破坏已经形成了的缺陷磁痕，如配合不好，即使有缺陷磁痕形成，也会遭到破坏，因此，使用交叉磁轭最难掌握的环节是喷液需要根据交叉磁轭的移动速度和被检部位的空间位置等情况来调整喷洒手法。旋转磁化探伤时最好选用能形成雾状磁悬液的喷壶，但是压力不要太高。由于交叉磁轭的磁化过程是动态的，因此要特别注意应用该方法的喷洒磁悬液的原则，即施加磁场的时机应尽可能在磁悬液停止流动之前及磁粉沉淀之前。故在检查环缝时，磁悬液应喷洒在行走方向的前上方；在检查纵缝时，磁悬液应喷洒在行走方向的正前方。为了提高磁粉的附着力，可在水磁悬液中加入少量的水溶性胶水，用以保护已经形成的缺陷磁痕，经试验证明效果很好。目前，复合磁化技术在国内、外的应用已非常广泛，而采用交叉磁轭形成的旋转磁场进行磁粉探伤，虽然国内应用很广，但在国外应用并不多，估计其主要原因就是用交叉磁轭检测时，其操作手法必须十分严格，否则就容易造成漏检。

当采用交叉磁轭进行检测时，试验系统灵敏度的注意事项。既然试验的是系统灵敏度，就应该按照既定的工艺条件（尤其是移动速度）把试片贴在焊缝的热影响区进行试验。操作时要避免磁极把试片损伤。有人是在静止的状态下把试片贴在四个磁极的中心位置试验灵敏度，这是不规范的，因为静止状态不包含由于交叉磁轭的移动对检测灵敏度的影响。

3.4 正确分析磁痕显示

正确的磁痕分析可以避免误判。如果把相关显示误判为非相关显示或伪显示，则会产生漏检，造成重大的质量隐患。相反，如果把非相关显示和伪显示误判为相关显示，则会把合格的受检对象拒收或报废，造成不必要的经济损失。

能够形成磁痕显示的原因很多，由缺陷产生的漏磁场形成的磁痕显示称为相关显示，由工件截面突变和材料磁导效率差异等产生的漏磁场形成的磁痕显示称为非相关显示；由非漏磁场形成的磁痕显示称为伪显示。虽然都是磁痕显示，但其区别是：只有相关显示影响工件的使用性能，伪显示不是由漏磁场吸附磁粉形成的，而相关显示与非相关显示是由漏磁场吸附磁粉形成的。因此，磁粉探伤人员应结合受检对象的材料、形状、加工焊接工艺和设备运行情况，认真分析各种磁痕显示的特征、产生原因，必要时用其它无损检测方法进行验证，确保分析结果的准确性和可靠性。

3.5 对相邻缺陷叠加的处理

在实际表面检测过程中，大量数据表明，间距≤2mm的两条或两条以上缺陷在同一直线时，极有可能在浅表层是相连的。对这种显示若不考虑其间距，则有可能作为合格来处理，从而导致危险缺陷漏检。因此在进行此类缺陷显示评判时，应认真考虑缺陷可能被掩盖的真实情况。国内外各类标准均对缺陷间距作出相关规定。如JB/T 4730-2005标准规定间距≤2mm，ASME标准规定间距≤1.6mm（约1/16in），JIS标准规定间距≤2mm。由于两条或两条以上缺陷显示完全在同一直线上的几率很小，实际上即使是一个大缺陷的多处独立显示也不可能完全处于同一直线上，所以在实际应用时，同一直线的概念就有一个宽度问题。一般来说在一直线两侧各2mm范围内且两缺陷之间夹角不大于30°时，均可认为在同一直线上。大量工程实际数据亦表明，若两条或两条以上缺陷落在直线两侧各2mm的范围内且相距≤2mm，极有可能是一条缺陷的多处独立显示。即使是独立缺陷，由于相互靠得很近，在受到应力作用时，其相互作用也很大，有可能发展成为一体。因此，对这样的缺陷显示有必要从严处理。

4 磁粉探伤质量控制

为了保证磁粉探伤的质量和可靠性，必须对影响检查结果的诸因素逐个地加以控制。如检测人员要经过培训、资格鉴定和授权；设备的精度和材料的性能符合要求；从磁粉探伤的预处理到后处理的检测工艺全过程都必须按标准规范和程序要求严格执行；检测环境也应满足要求。即必须从人、机、料、法、环五个方面进行控制，从而保证磁粉探伤灵敏度的三个变量（工艺变量、设备变量和应用变量）得到控制。

5 结束语

鉴于磁粉探伤在在役检查中的重要作用，应认真研究并消除影响磁粉探伤灵敏度和可靠性的因素，保证电站在役检查的质量，确保电站的安全、可靠运行。

【参考文献】

[1]中华人民共和国行业标准JB/T 4730-2005《承压设备无损检测》第4部分：磁粉检测[S].国家发展和改革委员会发布.

[责任编辑：汤静]