金属磁记忆技术及其在氢鼓包检测上的应用

刘海云，蔡鹏武，周 阳，赵 诚，刘 亢

(浙江省特种设备检验研究院，浙江 杭州 310000)



金属磁记忆技术及其在氢鼓包检测上的应用

刘海云，蔡鹏武，周 阳，赵 诚，刘 亢

(浙江省特种设备检验研究院，浙江 杭州 310000)

分析了氢鼓包现象在承压设备上的发展过程及危害，介绍了目前针对氢鼓包缺陷的常规检测手段以及磁记忆新方法的应用。并以某规格容器内壁的氢鼓包为对象，进行磁记忆检测，通过分析采集到的磁参量、以及磁场曲线的波形特征，验证磁记忆技术在氢鼓包缺陷检测上的实用性、可靠性。结果表明，金属磁记忆方法可有效的检测氢鼓包缺陷。

承压设备；氢鼓包；磁记忆检测

氢鼓包是压力容器氢腐蚀的主要表现形式，只有在临氢条件下才能产生氢鼓包。氢在原子状态下侵入钢材，扩散到金属内部的空穴内，聚集而成氢分子。分子状态的氢在一般温度下难于逸出钢材表面，以至于在钢材内部形成几十万大气压的压力，进而导致钢材破裂，这种氢的腐蚀形态称为氢鼓包。氢鼓包及其周围区域存在明显的残余应力，金属磁记忆技术对应力集中的检测有其独特的优势，通过金属磁记忆技术，可检测压力容器内壁应力集中区域，通过其它无损检测手段，对应力集中区域进一步检测复查，即可有效得检测出氢鼓包。

1 氢鼓包检测现状

压力容器是化工原料生产关键设备，如何确保设备的安全运行，关系着企业的生产和发展。其内表面是氢鼓包腐蚀的多发地带，它降低了压力容器的强度，导致压力容器的承载应力分布不均。依据《压力容器定期检验规则》，在压力容器安全状况评定时，不能定为3级，经查明原因，并判定不再继续发展的可定为4级监控使用；无法查明原因或氢鼓包仍或继续发展的定为5级叛废[1]。

当前检测手段主要是宏观检测，通过肉眼、电筒来实现，并利用测量工具检查其尺寸大小，或通过手触摸的方式感受其存在；而后通过打磨、补焊或堆焊、挖补、更换筒节板块等方法，修复氢鼓包区域。

图1 容器内壁氢鼓包

图1划圈区域，是在检测过程中发现的氢鼓包缺陷。对于大而明显的氢鼓包，通过肉眼可以清楚看出；对于尺寸较小、凸起高度不明显的鼓包难以直接观察，通常做法是通过手电筒紧贴容器内壁倾斜照射(如图2[2]所示)，并借助量具以实现检测。但这给容器检验人员带来极大的不便，检测结果也难以包含氢鼓包缺陷的全部信息。常规无损检测方法，如超声、射线、磁粉等手段对氢鼓包的检测效果甚微。

图2 手电筒照射下的氢鼓包缺陷

对氢鼓包缺陷危害性的评价，并不仅限于其宏观的缺陷形式。氢鼓包是否破裂、鼓包区域应力集中情况等，都会影响压力容器安全状况评定。磁记忆方法作为新兴的检测技术，可兼顾铁磁构件内的应力集中、宏观缺陷，在氢鼓包的检测评定上有其独到之处。

2 金属磁记忆技术原理及检测方法

2.1 磁记忆技术原理

铁磁材料构件存在磁致伸缩效应，即当改变构件的磁化状态时会导致构件几何尺寸的微量变化；反之，若对构件施以机械应力改变其几何尺寸和体积，会使构件中磁化状态发生改变，此为磁致伸缩逆效应或机械磁效应[3]。

金属构件在工作过程中受到应力作用后产生形状和体积的改变，必然会引起磁化状态发生变化。磁机械效应使得铁磁性金属工件在应力作用区表面的磁场增强，增强后的磁场“记忆”了部件应力集中的位置，这就是磁记忆效应。

金属构件内部宏观缺陷、表面裂纹尖端，具有应力集中现象，利用磁记忆检测仪对铁磁构件表面法向磁场HP(y)的检测便可以有效地发现构件中的应力集中部位。

2.2 氢鼓包金属磁记忆检测方法

实验用TSC-1M-4型应力集中磁检测仪，该仪器是应用金属磁记忆法来测量、记录和处理设备与结构的应力形变状况的诊断数据的系统。

评估方法如下：

(2)已经产生严重塑性变形的应该进行处理。

(3)对常规无损检测方法发现氢鼓包缺陷的部位，但磁记忆检测未发现应力集中，表明结构强度未受影响，氢鼓包不会扩散，不用做去应力处理；依据行业标准进行消缺处理。

(4)依据《压力容器定期检验规则》，对存在氢鼓包的压力容器进行安全等级评定，并出具检验报告。

3 氢鼓包磁记忆检测数据分析

图3 磁记忆诊断图-1

图4 磁记忆诊断图-2

图5 磁记忆诊断图-3

4 结 语

金属磁记忆方法作为一项新兴的无损检测技术，理论基础仍不完善，但其在应力集中检测上的独到之处，已得到业内的广泛认可。随着磁记忆理论的不断完善，弱磁检测技术发展成熟，相关标准、法规的制定，磁记忆检测技术必将广泛应用于水电检测、石油化工、航空航天、轻工、冶金、建筑等诸多领域，在特种设备以及重要金属部件的质检、安全性评价等方面的应用更为广泛，在产生经济效益的同时，为我国工业的稳定发展保驾护航。

[1] 国家质量监督检验检疫总局.TSG R7001-2013 压力容器定期检验规则[S].

[2] 朱宁涛.在用球罐氢鼓包检测[J].探讨研究,2011(2):151-153.

[3] 任吉林,林俊明,任文坚,等.金属磁记忆检测技术研究现状与发展前景[J].无损检测,2012,34(4):3-10.

Metal Magnetic Memory Technology and Application of Hydrogen Drum Kits Detection

LIUHai-yun,CAIPeng-wu,ZHOUYang,ZHAOCheng,LIUKang

(Zhejiang Province Special Equipment Inspection and Research Institute, Zhejiang Hangzhou 310000, China)

The development of hydrogen drum kits phenomenon and hazards on the pressure equipment was analyzed, the current application of the conventional magnetic memory testing methods and new methods for hydrogen drum kits defects was described. Taking a hydrogen tank size inner wall drum kit as the object, the magnetic memory was tested by analyzing the collected magnetic parameters and waveform characteristics of magnetic field curve, the practicability and reliability of the magnetic memory technology in the detection of hydrogen drum kits defects were verified. The results showed that metal magnetic memory method can effectively detect the hydrogen drum kit detects.

pressure equipment；hydrogen drum kits；magnetic memory testing

TH

A

1001-9677(2016)022-0123-03