前言

      在对在用压力容器（下称容器）进行定期检验时，常借助无损检测手段检查焊缝是否有裂纹缺陷。在射线、超声、磁粉、渗透等常规检测方法中，磁粉法因具有工艺简单、检查速度快及对裂纹缺陷检出灵敏度高等优点而广为应用。由于容器的结构、使用介质特性和使用现场环境条件会影响磁粉检测结果的可靠性，本文就如何选择合理的检测工艺和操作方法，使检测取得成效等方面进行分析与探讨。

 

1  在用压力容器焊缝磁粉检测特点

1.1 大型的焊接构件

      与一般工件区别的是，容器属较大型的焊接构件，其体积、重量都很大，有较多的对接、角接和搭接焊缝，磁粉检测时只能进行局部磁化，要求选用的检测设备与器材能适应局部磁化的同时，又具备较高的检测效率。

 

1.2 承压类特种设备

      容器属重要的承压类特种设备，有的是在高温高压的介质环境下使用，一旦发生爆破事故，将对国家财产和人民的生命安全带来重大损失，因此不允许焊缝存在裂纹之类的危害性缺陷，要求采用的检测工艺和操作方法具有较高检测效率的同时，又必须具有较高的综合检测灵敏度；以确保检出危害性缺陷，保证其运行安全。

 

1.3 恶劣的现场检测条件

      因为是在用的设备检验，磁粉检测必须在设备的使用现场进行。被检焊缝的表面结构复杂且不可移动和转动，被检测焊缝部位大多数处于立面和仰面，有的要处于高空或阴暗的环境下操作。要求检测设备器材必须轻便耐用，检测工艺和操作方法能适应在恶劣的现场。

 

2 工艺准备

2.1 磁化设备及检测方法的选择

      根据上述容器磁粉检测的特点，对接焊缝的检测应选用旋转磁场交叉磁轭在焊缝上连续行走复合磁化、湿法检测；对于角接焊缝及小型容器焊缝检测，应选择带活络关节的单向磁轭作互相垂直的磁化、湿法检测。

 

2.2  磁粉材料的选用

2.2.1 对一般介质的容器焊缝磁粉检测，通常选用磁膏配制的水基磁悬液，磁粉颜色须与被检表面有较大反差。用磁膏配制水基磁悬液时必须注意：先把磁膏与少量的水混合研磨成糊状，再按规定加入规定量的水剂，这样配置的磁悬液浓度比较均匀，悬液中磁粉不结团，检测灵敏度较高。

2.2.2 在对盛装油性介质的容器磁粉检测，如果被检内表面焊缝的油膜难以处理干净、或者作水断试验不合格时，则必须选用油基磁悬液，即使用高闪点、低浓度的无臭味煤油载液配制的油基磁悬液，亦可选用50 %煤油 + 50 %变压器油配制。用磁膏配制油基磁悬液时也同样注意先把磁膏与少量的油混合研磨成糊状，再按规定加入规定量的油剂。

2.2.3 对比较光滑的被检表面或是位于仰立部位焊缝的检测，宜用粘性较大的油载液（比如用30 %煤油 + 70 %机油）来配制磁悬液，以防止磁化检测时，磁悬液流淌速度太快造成磁粉无法在缺陷表面聚积而发生漏检。

 

2.3检测现场准备

      在目前容器磁粉检测多数为手工操作的情况下，恶劣的现场环境条件将直接影响检测人员的技术发挥，这样只有通过充分的准备工作，从而提供必要的现场安全操作条件，以保证检测过程不受干扰，确保检测安全。

 

2.4  被检表面准备

      被检表面状态对缺陷检出灵敏度影响很大，清洁的工件表面是检测取得成效的前提。从诸多容器发生破坏事故的教训表明，使用中产生的危险性缺陷大多位于与介质接触的内表面，因此容器内部的介质污迹、锈蚀和氧化皮必须清理干净并经检测人员检查合格。

      外表面焊缝上薄的漆层（指厚度在500 μm 以下的防腐漆层）可进行清洗而无须打磨，文献[ 1 ]通过实验验证了容器带漆进行磁轭法检测影响较小；在美国 ASME《锅炉及压力容器规范》第 V卷中，提出磁粉检测采用涂覆方法来提高表面对比度 [ 2 ] 。薄漆层能提供磁痕观察的对比度，尤其是薄的白色或银灰色漆层，对于使用黑色磁粉配置的磁悬液检测更容易发现缺陷。不必要的打磨漆层不仅耗费大量的人力和物力，而且对防腐层造成永久性的损害，容器每次检验进行表面打磨会使壁厚减薄，反而对容器安全使用寿命带来不利影响。

 

3 检测仪器和磁粉综合灵敏度校验

      由于容器内外表面需检测的焊缝部位分别处于平、横、立、仰的全位置状态，检测前须用A₁－30/100型标准试片校验仪器及磁粉的系统灵敏度，试片应贴于操作条件最为恶劣、对检测灵敏度影响最不利的仰立部位（如球形容器内上极板焊缝，卧式容器内表面顶端焊缝）来校核综合性能灵敏度，才能保证不会发生缺陷漏检。

 

4 检测操作与质量控制

      任何检测操作方法都是在以工件得到有效磁化的同时，获得较好的磁痕显示为目的。用磁轭法检测要达到这个目的，必须对磁极与被捡表面的接触间隙、磁轭在工件上的行走速度、磁粉施加时机及被检表面可见光照度等要点进行全过程的质量控制。

 

4.1磁极与被探表面接触间隙的控制

      压力容器的形状通常制造制作成球形或圆筒形结构。如采用外侧装置有固定行走滚轮的旋转磁场交叉磁轭检测卧式容器环焊缝，由于几何形状的影响，在同一焊缝部位在容器内外检测时其磁化效果可能不一样。

      在外表面检测时（如图1左边所示），交叉磁轭面对是凸的曲面，行走滚轮失去支撑作用，磁极与工件完全接触或间隙较小，磁路中磁阻较小，被捡表面得到有效的磁化，检测灵敏度高。

      在内表面检测时，交叉磁轭面对是凹面（如图1右边所示），如果不对滚轮位置的调整，由于外侧滚轮的支撑，磁极与工件之间存在缝隙L0，磁路中因缝隙产生漏磁场使磁阻增大，导致被捡表面的磁通量减小，另一方面将扩大磁极周围的检测盲区，检测灵敏度降低。以图1为例，计算不同宽度的缝隙对磁场强度的影响。   

 

      设图左边外表面检测时，磁轭与被捡表面完全接触，形成环型回路长度为 L ，磁极截面积为S，线圈总匝数为N ，各匝中电流强度为 I，磁导率为μ，根据磁路定律得回路中的磁通量

      式中： R—为总磁阻

 

      图右边在内表面检测时，磁轭与被捡表面存在接触缝隙L0，它的存在使总磁阻R增加了L0 / S0，这时工件磁通量为

      式中： L0 — 缝隙宽度

                S0 — 缝隙截面积

 

      以图一的检测为例，设图中L = 440 mm，N = 1000匝， I = 5 A ，μ= 600， 计算磁极与被捡表面存在的缝隙分别为 0、1 mm、2mm 时，磁场强度H各为多少？

当缝隙较窄的情况下，缝隙内的磁感应强度近似等于铁心内的磁感应强度（B = B0 = H），并设S0 = S ，则可用磁感应通量Φ表示H，由公式（2）得

      当交叉磁轭的一对磁极与被检测工件表面完全接触时缝隙 L0 = 0，这时磁极回路中的磁感应强度H0（Φ）为

      当交叉磁轭的一对磁极与被检测工件表面接触缝隙均为1 mm 时，L0 = 1+1=2，磁极回路中的磁感应强度H1为

      当两个磁极与工件接触缝隙扩大到2 mm 时L0 = 2 + 2 = 4，磁极回路中的磁感应强度H2为

      通过计算表明，磁极与工件之间缝隙为1 mm 时，磁场强度仅是没有缝隙时的26 %，缝隙为2 mm时是15 %，磁场强度随着缝隙的增大而急速下降，导致被检测工件表面磁化达不到规范要求，可能发生漏检。因此，检测人员在不规则的工件表面磁化时，注意通过调整磁极方位的操作使接触间隙最小，是控制磁化质量的重要手段。特别是圆筒形结构的容器，在内部面对碟型封头拼缝与环缝的丁字焊缝处检测时，磁极与工件接触缝隙更大，必要时应拆除滚轮分段磁化操作、或采用单向磁轭磁化来保证检测灵敏度。

 

4.2  控制磁轭行走速度

      检测操作时必须控制磁轭行走速度，保证磁化时间在规定的范围之内，行走速度参照速度公式（3）计算选定：

      式中  V — 磁轭行走速度

              S — 磁轭有效检测宽度

              T — 规定的磁化时间

 

       如某型号的交叉磁轭两磁极内侧在行走方向上的跨越宽度为100mm，其实际有效检测宽度为S = 80mm，查得JB/T 4730 标准规定连续法的通电磁化时间为T = 1 ~ 3S ，则磁轭行走检测速度V据公式（4）得

      由计算结果可得正常的检测对接焊缝的速度在每分钟1米左右为合适。

      以上计算未包括喷洒磁悬液的时间，鉴于在用容器现场检测的复杂性，磁轭的行走速度应与检测方法、磁悬液的润湿性能、被检部位的表面状态和检测所处部位的不同而异，最好通过贴标准试片进行测试确定。若磁轭行走速度过快，工件得不到有效磁化，则很有可能发生漏检。

 

4.3  使用马蹄磁轭法检测操作质量控制

4.3.1 板对接焊缝检测

      使用马蹄磁轭法检测板对接焊缝时，取磁极间距L≥75mm，应将焊缝分段标记，在每一个检测区段内将磁极连线与焊缝中心线成45度角（β角≈90⁰）作两次互为垂直的磁化检测，且保证磁极间距L≥75mm，每个检测区段之间距离b≤L/2（至少有15mm 以上的重叠），β角≈90⁰，如图2所示。

 

4.3.2 筒体与接管角焊缝检测

      使用马蹄磁轭法检测筒体与接管角焊缝时，将活络磁极跨在管道与容器筒体之间检测角焊缝的纵向缺陷，须保证磁极间距L₁≥75mm，两次磁化检测部位的重叠区域b₁≤L₁/2；再将磁轭沿着焊缝长度方向磁化检测焊缝的横向缺陷，须保证磁极间距L₂＞75mm，两次磁化检测部位的重叠区域b₂≤L₂－50，磁极放置位置、磁极间距和磁化重叠的要求如图3所示。

 

4.3.2 管与接管角焊缝检测

      使用马蹄磁轭法检测管与接管角焊缝时，将活络磁极跨在管道与容器筒体之间检测角焊缝的纵向缺陷，须保证磁极间距L₁≥75mm，两次磁化检测部位的重叠区域b₁≤L₁/2；再将磁轭沿着焊缝长度方向磁化检测焊缝的横向缺陷，两次磁化检测部位的重叠区域b₂≤L₂－50，磁极放置位置、磁极间距和磁化重叠的要求如图4所示。

 

4.4  施加磁悬液操作质量控制

4.4.1 保证磁悬液润湿效果

      对于湿法检测，保证受检部位被磁悬液完全润湿是缺陷检出的前提。检测中如发现磁悬液不是始终地覆盖被检部位，而是分离成斑块状或者收敛成沟渠状流淌时，则为磁悬液未润湿表面，应立即停止检测，对被检表面重新处理。若使用的是水基磁悬液，须在被检表面上进行“水断试验”合格后方可继续检测。

4.4.2 优化磁悬液的喷洒点

      检测立式容器纵缝或卧式容器环缝时，磁轭磁化的方向应自上而下，磁悬液的喷洒点为磁化区域的正前方，如图5所示。

      检测立式容器环缝或卧式容器纵缝时，磁轭磁化的方向应自左至右，磁悬液的喷洒点为磁化区域的前上方，如图6所示。让磁悬液自然流淌于整个被检区域，喷洒方向与磁轭行走检测方向相同。

 

4.5  环境光照度的控制

      检测现场被检表面可见光照度应达到有关标准要求，均匀而明亮的照明是检测操作取得成效的基础，磁粉检测全过程必须在充足的自然光或白光下进行。

5 磁痕的判别

      对磁痕显示的判别是一项细致的技术操作，检测人员须随身携带如放大镜、角向砂轮或短锯片等工具，通常通过以下操作方法对显示磁痕进行判别。

5.1 改变磁极位置、重复检测法

      在产生磁痕迹像的部位用改变磁极方位、重复磁化检测操作等方法进行复验，判别是否为因操作不当或者其他原因引起的伪磁痕显示。

5.2 改变被检表面状态法

      用砂轮、短锯片或锉刀将显示磁痕的被检部位稍加修磨，改变被检部位的表面状态后重复磁化检测，判别是否为因表面外形结构引起的非相关磁痕显示，改变被检表面状态的方法非常有效。如果通过改变了工件表面状态仍有磁痕显示，应作为缺陷磁痕处理。