金屬磁記憶技術(shù)及其在氫鼓包檢測上的應(yīng)用

劉海云，蔡鵬武，周 陽，趙 誠，劉 亢

(浙江省特種設(shè)備檢驗研究院，浙江 杭州 310000)

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金屬磁記憶技術(shù)及其在氫鼓包檢測上的應(yīng)用

劉海云，蔡鵬武，周 陽，趙 誠，劉 亢

(浙江省特種設(shè)備檢驗研究院，浙江 杭州 310000)

分析了氫鼓包現(xiàn)象在承壓設(shè)備上的發(fā)展過程及危害，介紹了目前針對氫鼓包缺陷的常規(guī)檢測手段以及磁記憶新方法的應(yīng)用。并以某規(guī)格容器內(nèi)壁的氫鼓包為對象，進行磁記憶檢測，通過分析采集到的磁參量、以及磁場曲線的波形特征，驗證磁記憶技術(shù)在氫鼓包缺陷檢測上的實用性、可靠性。結(jié)果表明，金屬磁記憶方法可有效的檢測氫鼓包缺陷。

承壓設(shè)備；氫鼓包；磁記憶檢測

氫鼓包是壓力容器氫腐蝕的主要表現(xiàn)形式，只有在臨氫條件下才能產(chǎn)生氫鼓包。氫在原子狀態(tài)下侵入鋼材，擴散到金屬內(nèi)部的空穴內(nèi)，聚集而成氫分子。分子狀態(tài)的氫在一般溫度下難于逸出鋼材表面，以至于在鋼材內(nèi)部形成幾十萬大氣壓的壓力，進而導致鋼材破裂，這種氫的腐蝕形態(tài)稱為氫鼓包。氫鼓包及其周圍區(qū)域存在明顯的殘余應(yīng)力，金屬磁記憶技術(shù)對應(yīng)力集中的檢測有其獨特的優(yōu)勢，通過金屬磁記憶技術(shù)，可檢測壓力容器內(nèi)壁應(yīng)力集中區(qū)域，通過其它無損檢測手段，對應(yīng)力集中區(qū)域進一步檢測復查，即可有效得檢測出氫鼓包。

1 氫鼓包檢測現(xiàn)狀

壓力容器是化工原料生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，如何確保設(shè)備的安全運行，關(guān)系著企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。其內(nèi)表面是氫鼓包腐蝕的多發(fā)地帶，它降低了壓力容器的強度，導致壓力容器的承載應(yīng)力分布不均。依據(jù)《壓力容器定期檢驗規(guī)則》，在壓力容器安全狀況評定時，不能定為3級，經(jīng)查明原因，并判定不再繼續(xù)發(fā)展的可定為4級監(jiān)控使用；無法查明原因或氫鼓包仍或繼續(xù)發(fā)展的定為5級叛廢[1]。

當前檢測手段主要是宏觀檢測，通過肉眼、電筒來實現(xiàn)，并利用測量工具檢查其尺寸大小，或通過手觸摸的方式感受其存在；而后通過打磨、補焊或堆焊、挖補、更換筒節(jié)板塊等方法，修復氫鼓包區(qū)域。

圖1 容器內(nèi)壁氫鼓包

圖1劃圈區(qū)域，是在檢測過程中發(fā)現(xiàn)的氫鼓包缺陷。對于大而明顯的氫鼓包，通過肉眼可以清楚看出；對于尺寸較小、凸起高度不明顯的鼓包難以直接觀察，通常做法是通過手電筒緊貼容器內(nèi)壁傾斜照射(如圖2[2]所示)，并借助量具以實現(xiàn)檢測。但這給容器檢驗人員帶來極大的不便，檢測結(jié)果也難以包含氫鼓包缺陷的全部信息。常規(guī)無損檢測方法，如超聲、射線、磁粉等手段對氫鼓包的檢測效果甚微。

圖2 手電筒照射下的氫鼓包缺陷

對氫鼓包缺陷危害性的評價，并不僅限于其宏觀的缺陷形式。氫鼓包是否破裂、鼓包區(qū)域應(yīng)力集中情況等，都會影響壓力容器安全狀況評定。磁記憶方法作為新興的檢測技術(shù)，可兼顧鐵磁構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力集中、宏觀缺陷，在氫鼓包的檢測評定上有其獨到之處。

2 金屬磁記憶技術(shù)原理及檢測方法

2.1 磁記憶技術(shù)原理

鐵磁材料構(gòu)件存在磁致伸縮效應(yīng)，即當改變構(gòu)件的磁化狀態(tài)時會導致構(gòu)件幾何尺寸的微量變化；反之，若對構(gòu)件施以機械應(yīng)力改變其幾何尺寸和體積，會使構(gòu)件中磁化狀態(tài)發(fā)生改變，此為磁致伸縮逆效應(yīng)或機械磁效應(yīng)[3]。

金屬構(gòu)件在工作過程中受到應(yīng)力作用后產(chǎn)生形狀和體積的改變，必然會引起磁化狀態(tài)發(fā)生變化。磁機械效應(yīng)使得鐵磁性金屬工件在應(yīng)力作用區(qū)表面的磁場增強，增強后的磁場“記憶”了部件應(yīng)力集中的位置，這就是磁記憶效應(yīng)。

金屬構(gòu)件內(nèi)部宏觀缺陷、表面裂紋尖端，具有應(yīng)力集中現(xiàn)象，利用磁記憶檢測儀對鐵磁構(gòu)件表面法向磁場HP(y)的檢測便可以有效地發(fā)現(xiàn)構(gòu)件中的應(yīng)力集中部位。

2.2 氫鼓包金屬磁記憶檢測方法

實驗用TSC-1M-4型應(yīng)力集中磁檢測儀，該儀器是應(yīng)用金屬磁記憶法來測量、記錄和處理設(shè)備與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力形變狀況的診斷數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

評估方法如下：

(2)已經(jīng)產(chǎn)生嚴重塑性變形的應(yīng)該進行處理。

(3)對常規(guī)無損檢測方法發(fā)現(xiàn)氫鼓包缺陷的部位，但磁記憶檢測未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中，表明結(jié)構(gòu)強度未受影響，氫鼓包不會擴散，不用做去應(yīng)力處理；依據(jù)行業(yè)標準進行消缺處理。

(4)依據(jù)《壓力容器定期檢驗規(guī)則》，對存在氫鼓包的壓力容器進行安全等級評定，并出具檢驗報告。

3 氫鼓包磁記憶檢測數(shù)據(jù)分析

圖3 磁記憶診斷圖-1

圖4 磁記憶診斷圖-2

圖5 磁記憶診斷圖-3

4 結(jié) 語

金屬磁記憶方法作為一項新興的無損檢測技術(shù)，理論基礎(chǔ)仍不完善，但其在應(yīng)力集中檢測上的獨到之處，已得到業(yè)內(nèi)的廣泛認可。隨著磁記憶理論的不斷完善，弱磁檢測技術(shù)發(fā)展成熟，相關(guān)標準、法規(guī)的制定，磁記憶檢測技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于水電檢測、石油化工、航空航天、輕工、冶金、建筑等諸多領(lǐng)域，在特種設(shè)備以及重要金屬部件的質(zhì)檢、安全性評價等方面的應(yīng)用更為廣泛，在產(chǎn)生經(jīng)濟效益的同時，為我國工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展保駕護航。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSG R7001-2013 壓力容器定期檢驗規(guī)則[S].

[2] 朱寧濤.在用球罐氫鼓包檢測[J].探討研究,2011(2):151-153.

[3] 任吉林,林俊明,任文堅,等.金屬磁記憶檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].無損檢測,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