球形儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于石油化工等領(lǐng)域，是十分常見的壓力容器。通常情況下，球罐因承受高壓和某些介質(zhì)腐蝕容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，傳統(tǒng)的無損檢測手段，僅能對球罐存在的宏觀缺陷進(jìn)行檢測而無法監(jiān)控應(yīng)力集中部位；金屬磁記憶檢測技術(shù)具有識(shí)別構(gòu)件的應(yīng)力集中區(qū)域、可檢測宏觀缺陷及微觀缺陷的特點(diǎn)。通過對球罐實(shí)施現(xiàn)場磁記憶檢測，結(jié)合常規(guī)射線探傷，可有效判定球罐存在的應(yīng)力集中部位，同時(shí)可檢測出內(nèi)部存在的宏觀缺陷，為國內(nèi)金屬磁記憶檢測應(yīng)用提供了參考。
關(guān)鍵詞：球形儲(chǔ)罐；無損檢測；應(yīng)力；金屬磁記憶檢測
球形儲(chǔ)罐是石油、化工、化肥和制氫等行業(yè)常用的大型壓力容器之一，由多塊球瓣板焊接制成。在實(shí)際的使用過程中，球罐內(nèi)部往往承載較大應(yīng)力并承受介質(zhì)的腐蝕，外部則遭受大氣的腐蝕。通常情況下，若球罐內(nèi)部承載高含硫介質(zhì)長期運(yùn)行后，內(nèi)部易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。目前針對球罐結(jié)構(gòu)完整性檢測方法主要是磁粉、超聲波和聲發(fā)射，但是這些檢測方法需要消耗大量的檢驗(yàn)時(shí)間，僅能檢測動(dòng)態(tài)活性缺陷，對于即將產(chǎn)生缺陷的應(yīng)力集中區(qū)域則無法實(shí)施有效關(guān)注。
金屬磁記憶檢測是一種可以檢測金屬部件應(yīng)力集中區(qū)域以及早期或現(xiàn)有損傷缺陷的檢測技術(shù)[1]。該技術(shù)檢測效率較高，針對部件疲勞損傷檢測方面顯示出良好的應(yīng)用前景[2]。利用金屬磁記憶檢測技術(shù)，對寧波市某化工區(qū)球形儲(chǔ)罐進(jìn)行金屬磁記憶現(xiàn)場檢測，結(jié)合常規(guī)射線檢測進(jìn)行驗(yàn)證，檢測效果良好。
1 磁記憶檢測技術(shù)
1997年，俄國科學(xué)家Dubov A A首次提出了金屬磁記憶概念[3]。此技術(shù)是以地磁場為信號(hào)發(fā)射源，可對鐵磁性材料工件的應(yīng)力集中及結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷的區(qū)域進(jìn)行檢測；另外，鐵磁性工件因受應(yīng)力及地磁場的共同作用，會(huì)在應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生具有記憶效應(yīng)的漏磁場[4]。通過對鐵磁性工件存在的漏磁場信號(hào)進(jìn)行采集分析，不但可以檢測出工件存在的宏觀缺陷，同時(shí)還可以檢測出常規(guī)探傷手段無法檢測的微觀缺陷及即將產(chǎn)生缺陷的應(yīng)力集中區(qū)域，因此磁記憶檢測技術(shù)具有較好的超前預(yù)警能力[5]。與傳統(tǒng)的宏觀無損檢測技術(shù)相比，金屬磁記憶檢測技術(shù)操作較易上手，且主要測量的是工件存在早期隱患，因此是一種具有較好完整性評(píng)估能力的檢測方法[6]。
作為一種新興的無損檢測方法，磁記憶檢測技術(shù)一直受到了國內(nèi)外檢測界的關(guān)注；然而，由于該項(xiàng)技術(shù)起源于實(shí)際工程應(yīng)用，發(fā)展至今僅僅十余年，因此磁記憶檢測理論研究方面在早期階段存在一定不足。2000年，南昌航空大學(xué)任吉林教授在國內(nèi)首先引入了金屬磁記憶檢測技術(shù)及儀器[7]。仲維暢等提出了應(yīng)力磁效應(yīng)的電磁感應(yīng)理論，解釋了金屬磁記憶中的磁機(jī)械效應(yīng)[8]。黎連修等利用磁致伸縮方程分析了磁記憶現(xiàn)象產(chǎn)生的條件和規(guī)律，對磁記憶檢測原理做了較為詳細(xì)的補(bǔ)充[9]。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，金屬磁記憶檢測技術(shù)理論應(yīng)用體系逐漸成熟，現(xiàn)在金屬磁性記憶檢測技術(shù)已成為一種切實(shí)可行的檢測手段[10-12]。
2 檢測設(shè)備簡介
采用俄羅斯某公司出產(chǎn)的TSC-2M-8磁記憶檢測儀，用于鐵磁性構(gòu)件焊縫的100%快速檢測和不同鐵磁性金屬構(gòu)件的壽命評(píng)估。該設(shè)備為8通道磁探測式儀器，可根據(jù)儀器在檢測對象表面測得的漏磁場強(qiáng)度值和變化特性，按照檢測規(guī)范確定被檢工件的應(yīng)力集中區(qū)、金屬結(jié)構(gòu)的變化及存在的缺陷。儀器實(shí)物如圖1所示，具體儀器參數(shù)見表1。
圖1 TSC-2M-8磁記憶檢測儀
表1 儀器參數(shù)
3 磁記憶檢測的應(yīng)用
3.1 待檢球罐工況
待檢對象為寧波市某化工區(qū)一臺(tái)球形儲(chǔ)罐，球罐的參數(shù)見表2。
表2 球罐參數(shù)
3.2 現(xiàn)場磁記憶檢測
利用TSC-2M-8磁記憶檢測儀對球罐外壁焊縫實(shí)施100%的金屬磁記憶檢測，采集球罐焊縫位置的剩余磁場強(qiáng)度Hp，在對球罐下級(jí)板焊縫進(jìn)行檢測的過程中，發(fā)現(xiàn)存在2處應(yīng)力集中區(qū)域信號(hào)顯示。
1號(hào)檢測位置磁記憶信號(hào)圖見圖2。現(xiàn)對1號(hào)檢測異常信號(hào)處進(jìn)行分析，通過觀察信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)磁記憶檢測探頭在掃查球罐某條環(huán)焊縫的過程中，經(jīng)過步長350～400 mm的距離位置，產(chǎn)生了一處異常明顯的波峰，即說明此處應(yīng)存在應(yīng)力集中區(qū)域。其余位置信號(hào)相對平穩(wěn)，不記為應(yīng)力集中區(qū)域信號(hào)；同時(shí)，此次采集分析信號(hào)過程中，僅測量分析HP-1～HP-3通道信號(hào)，同時(shí)，分析特征值微分dH/dx，結(jié)合極坐標(biāo)可以進(jìn)一步判斷出探頭在環(huán)焊縫350～400 mm步長的掃查區(qū)域中存在異常。
圖2 1號(hào)檢測位置磁記憶信號(hào)示意
2號(hào)檢測位置磁性記憶信號(hào)圖見圖3。對2號(hào)檢測異常信號(hào)處進(jìn)行分析，觀察信號(hào)波形，可知，磁記憶檢測探頭在掃查球罐下級(jí)板某條縱焊縫的過程中，由于操作探頭不慎抖動(dòng)，在步長約850 mm產(chǎn)生了一處異常波動(dòng)峰值，而位于 1 300 mm的位置處檢測顯示存在一個(gè)明顯的信號(hào)突變，結(jié)合極坐標(biāo)條件下的磁記憶信號(hào)圖示進(jìn)行觀察，確定該條焊縫存在明顯應(yīng)力集中區(qū)域；此條被檢焊縫可能存在總體受力不均的情況。
圖3 2號(hào)檢測位置磁記憶信號(hào)示意
為更好地判定2號(hào)檢測異常信號(hào)處的實(shí)際狀況，對該條焊縫重新進(jìn)行一次磁記憶掃查，見圖4。
圖4 2號(hào)檢測位置復(fù)測后磁記憶信號(hào)示意
由圖4可以看出，在探頭位于1 300 mm的位置存在一處較為明顯的信號(hào)突變，即此處應(yīng)存在應(yīng)力集中區(qū)域；同時(shí)，結(jié)合觀察極坐標(biāo)條件下的磁記憶信號(hào)可進(jìn)一步判斷出該條被檢焊縫內(nèi)部存在應(yīng)力分布不均現(xiàn)象，可為后續(xù)監(jiān)控、熱處理和修復(fù)等提供建議。
3.3 射線探傷復(fù)驗(yàn)
采用射線探傷手段對1號(hào)及2號(hào)檢測異常信號(hào)位置進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，1號(hào)及2號(hào)檢測異常信號(hào)位置處底片顯示存在內(nèi)部氣孔缺陷,依據(jù)NB/T 47013—2015《現(xiàn)行承壓特種設(shè)備無損檢測技術(shù)規(guī)范》判斷，氣孔數(shù)量在允許范圍內(nèi)，暫可不做消除缺陷處理。
4 結(jié) 論
(1)金屬磁記憶檢測可以有效地判定球罐焊縫中可能存在的宏觀缺陷，同時(shí)可以檢測出焊縫內(nèi)部應(yīng)力集中的部位。
(2)通過結(jié)合常規(guī)探傷手段，可以在磁記憶檢測存在異常的應(yīng)力集中部位檢測出氣孔缺陷，說明利用金屬磁記憶檢測法檢測出來的應(yīng)力集中區(qū)域應(yīng)作為常規(guī)探傷的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。
(3)通過分析金屬磁記憶檢測信號(hào)可判斷出被檢工件部位的整體受力情況，可在設(shè)備后續(xù)管理工作中，對部件進(jìn)一步處理等提供指導(dǎo)。
(4)金屬磁記憶檢測目前在實(shí)際應(yīng)用中主要作為一種先導(dǎo)檢測手段，對于缺陷的定性和定量檢測還必須依靠其他檢測手段輔助完成。
作者：賴 圣1，孫 杰2，李運(yùn)濤3 (1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院；2.廣東省特種設(shè)備檢測研究院；3.中國特種設(shè)備檢測研究院)。
