姚 力，鞏德興，馬學(xué)榮，樂開白，左繼鋒

（中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心，綿陽 621000）

為滿足某些特定條件下承壓設(shè)備的狀態(tài)診斷、全面檢驗(yàn)、在線監(jiān)測、壽命評(píng)估、可靠性分析、安全評(píng)定等任務(wù)的需要，以渦流檢測、漏磁檢測、磁記憶檢測、微磁檢測等技術(shù)為代表的表面無損檢測新方法——電磁檢測新技術(shù)近年來在承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域得到了越來越多的研究與應(yīng)用［1］，正在逐步走向成熟。

1 承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測的需求

表面檢測在承壓類特種設(shè)備（以下簡稱承壓設(shè)備）定期檢驗(yàn)中使用廣泛、作用重要。對(duì)于Cr－Mo鋼、標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值≥540MPa鋼、盛裝介質(zhì)有明顯應(yīng)力腐蝕傾向等設(shè)備定期檢驗(yàn)時(shí)，均要求進(jìn)行表面無損檢測［2］。而相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定鐵磁性材料壓力容器的表面檢測應(yīng)優(yōu)先選用磁粉檢測［3］。磁粉滲透檢測具有缺陷檢出率較高、靈敏度高、缺陷顯示直觀、易識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在污染環(huán)境、效率低下、需去除涂層、成本較高、安全等諸多問題，因此急需研究應(yīng)用以渦流檢測、漏磁檢測、磁記憶檢測、微磁檢測等為代表的新型表面檢測技術(shù)來彌補(bǔ)傳統(tǒng)磁粉與滲透表面無損檢測方法的不足。

2 電磁檢測新技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)外漏磁檢測技術(shù)研究起步較早。合肥工業(yè)大學(xué)何輔云等人利用漏磁檢測技術(shù)對(duì)石油管道進(jìn)行高速檢測4］；沈陽工業(yè)大學(xué)魏兢、楊理踐等人對(duì)儲(chǔ)罐底板漏磁檢測技術(shù)與裝置進(jìn)行了系統(tǒng)性、應(yīng)用性的研究；華中理工大學(xué)與中國特檢院和天津石化公司合作研制成功了兩種儲(chǔ)罐底板漏磁檢測系統(tǒng)；2005年，中石油管道檢測技術(shù)有限公司、英國AT公司和清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)研制成功了一套用于油氣管道腐蝕缺陷的內(nèi)檢測器，實(shí)現(xiàn)了缺陷的量化檢測和管道安全評(píng)估；GB／T 12606—1990《鋼管漏磁探傷方法》、JB／T 10765—2007《無損檢測 常壓金屬儲(chǔ)罐漏磁檢測方法》等標(biāo)準(zhǔn)的相繼制定和頒布，加速推進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用［5－6］。

1993年以來，石家莊軍械工程學(xué)院開展電磁檢測研究，提出了材料缺陷微磁檢測理論，解決了微磁檢測中的一些關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)了裂紋微磁定量檢測和缺陷微磁成像，取得了一批具有先進(jìn)水平的研究成果［7］。

金屬磁記憶法（MMMT）通過漏磁場法向分量的測定，可探測出工件以應(yīng)力集中區(qū)為特征的危險(xiǎn)部位，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬部件的早期診斷［8］。其特點(diǎn)是不用對(duì)被測件磁化，簡化了檢測工序，擴(kuò)大了檢測范圍。不足之處是僅適用于鐵磁性材料，檢測結(jié)果受磁特性影響較大，目前還不能實(shí)現(xiàn)缺陷定量檢測［7－8］。中國特種設(shè)備檢測研究院李運(yùn)濤、解放軍后勤工程學(xué)院唐德東等人針對(duì)管道氣瓶等承壓設(shè)備進(jìn)行了金屬磁記憶方法的試驗(yàn)研究，得出了一些有意義的結(jié)論。

渦流檢測方法是目前應(yīng)用最為廣泛的電磁檢測方法之一，并由此衍生出多頻渦流、脈沖渦流、遠(yuǎn)場渦流等新興電磁檢測方法，在相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［9－15］。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)用對(duì)比試件

為保證儀器調(diào)試的穩(wěn)定性和檢測結(jié)果的可比性，檢測系統(tǒng)調(diào)試采用人工缺陷試件，缺陷與試件表面垂直，每條人工裂紋的長度、寬度和深度一致。微磁檢測采用圖1（a）所示隨儀器標(biāo)配的板型試件，材質(zhì)為碳鋼，規(guī)格為（長×寬×高）100mm×100mm×8mm，人工裂紋加工深度為5mm；渦流檢測采用圖1（b）所示隨儀器標(biāo)配的平板試件，材質(zhì)為16MnR，規(guī)格為128mm×50mm×7mm，裂紋深度分別為0.5，1.0，2.0mm。

自然裂紋試件如圖1（c）所示，經(jīng)鑒定驗(yàn)收并滿足特種設(shè)備磁粉／滲透無損檢測人員培訓(xùn)和考核要求的16個(gè)低碳鋼焊縫表面裂紋試件，以相對(duì)真實(shí)地模擬承壓設(shè)備檢驗(yàn)中最常見的表面裂紋缺陷。

3.2 試驗(yàn)儀器

微磁檢測采用軍械工程學(xué)院研制的JYY－1電磁檢測儀，見圖2（a）；渦流檢測采用北京中科希望與廈門渦流檢測技術(shù)研究所共同研制生產(chǎn)的TET－200焊縫裂紋探傷儀，見圖2（b）；磁記憶檢測采用俄羅斯生產(chǎn)的TSC－EM－4應(yīng)力集中磁檢測儀，見圖2（c）。

3.3 試驗(yàn)步驟

首先準(zhǔn)備試驗(yàn)試件，儀器和非金屬模擬涂層墊片；其次對(duì)試件圖1（c）進(jìn)行磁粉或滲透檢測（圖3和4），記錄缺陷情況；然后對(duì)無涂層試件分別進(jìn)行微磁、渦流、磁記憶檢測，分別記錄各種方法缺陷的檢出情況；再后對(duì)有涂層試件分別進(jìn)行微磁、渦流、磁記憶檢測，記錄各種方法缺陷的檢出情況；最后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。為防止外加磁場的殘余影響，對(duì)試件進(jìn)行磁粉檢測后需放置一段時(shí)間，達(dá)到與地磁場平衡。

4 不帶涂層檢測結(jié)果

通過對(duì)16個(gè)試件進(jìn)行不帶涂層條件下的小樣本電磁檢測，如圖5所示。測試結(jié)果如表1所示，結(jié)果表明：微磁檢測裂紋缺陷波形尖銳清晰，信噪比高，缺陷容易識(shí)別，對(duì)長度為5～25mm的表面裂紋類缺陷，在一定條件下其有效檢出率可達(dá)67.7%，誤檢率3.2%；渦流檢測裂紋缺陷波形尖銳清晰，信噪比高，缺陷容易識(shí)別，對(duì)同樣試件的表面裂紋類缺陷，其有效檢出率在一定條件下可達(dá)71%；磁記憶檢測裂紋缺陷波形多數(shù)情況下較清晰，但信噪比不高，缺陷較難識(shí)別，同樣試件的表面裂紋類缺陷，在一定條件下其有效檢出率可達(dá)62.5%，誤檢率為9.4%。

表1 不帶涂層的電磁檢測結(jié)果一覽表

對(duì)比幾種電磁檢測方法所得試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

（1）在所進(jìn)行的幾種電磁檢測方法中，磁記憶檢測信息最豐富，但與宏觀缺陷的對(duì)應(yīng)性有一定偏差，需要綜合分析，否則可能存在較高的誤檢率?？偟膩碚f，磁記憶信號(hào)強(qiáng)弱與缺陷宏觀尺寸大小并無直接的關(guān)系。這可能也是該方法迄今未確定和配置對(duì)比試塊的原因之一。

圖5 不帶涂層試件的磁檢測結(jié)果

圖6 不同涂層厚度的試件渦流檢測結(jié)果

（2）渦流檢測具有較高的檢出率，但該方法檢測結(jié)果的可靠性依賴于探頭與被測表面之間的距離、探頭與裂紋之間的夾角等因素，對(duì)操作人員的要求較高。配置的點(diǎn)式探頭雖然操作靈活，適用范圍較廣，可用于對(duì)焊縫的檢測，但一次掃查面積太小，效率很低，不適用大面積的掃查。因此應(yīng)選擇大截面的掃查器和設(shè)計(jì)探頭夾具，以保證探頭的平穩(wěn)掃查，減小人為因素的影響，確保檢測結(jié)果的可靠性。

（3）微磁檢測方法檢測結(jié)果的可靠性同樣取決于探頭與被測表面之間的距離、探頭與裂紋之間的夾角等因素，因此宜采用探頭夾具，以保證探頭掃查過程的穩(wěn)定，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 帶涂層檢測結(jié)果

對(duì)帶涂層條件下的16個(gè)試件進(jìn)行小樣本電磁檢測試驗(yàn)，結(jié)果表明：

（1）隨著涂層厚度的增加，對(duì)于同一處表面裂紋缺陷，缺陷信號(hào)幅度逐漸降低，信噪比逐漸降低，電磁渦流法檢出裂紋的能力有所降低，但對(duì)于一定尺寸的裂紋，一定厚度的涂層基本不影響電磁渦流法的缺陷檢測能力。對(duì)尺寸為50mm（長）×50mm（寬）的試件，其0.5mm（深）的人工裂紋，當(dāng)試件表面涂層厚度≤500μm時(shí)，缺陷信號(hào)明顯，仍然可以有效檢出。

（2）一定厚度的漆層對(duì)檢測結(jié)果影響不大，但隨著涂層厚度的增加，缺陷的波幅稍有降低。通過焊接試件進(jìn)行電磁渦流檢測，經(jīng)與磁粉檢測或滲透檢測結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于尺寸較大的表面裂紋（長度＞25mm），即使焊縫表面平均涂層厚度≤1000μm時(shí)，缺陷信號(hào)仍然比較明顯（如圖6所示），能夠有效檢出。

現(xiàn)有的電磁檢測設(shè)備其性能、工藝方法等還不能完全滿足承壓類特種設(shè)備以焊縫缺陷為主的高可靠性的檢測需要；因試驗(yàn)樣本和試驗(yàn)數(shù)量受限，所得出的試驗(yàn)結(jié)果的代表性不強(qiáng)，還不能得到不同電磁檢測方法針對(duì)典型缺陷檢出率的POD曲線。

6 結(jié)語

（1）在承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域，電磁檢測新技術(shù)雖然還遠(yuǎn)不能替代常規(guī)磁粉滲透檢測，但由于其技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用特點(diǎn)明顯，在可以預(yù)見的未來，電磁檢測新技術(shù)肯定會(huì)得到更多的工程實(shí)際應(yīng)用，并有助改善常規(guī)磁粉滲透損檢測的污染環(huán)境、效率低下、需去除涂層、成本較高、安全等諸多不足。

（2）在文章所述試驗(yàn)步驟和工藝條件下，幾種電磁檢測方法對(duì)表面裂紋均有一定的檢出率，能夠基本滿足承壓設(shè)備定期檢驗(yàn)中對(duì)典型表面裂紋類缺陷的檢測需要。

（3）在進(jìn)一步開展技術(shù)研究、儀器開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定、人員培訓(xùn)等工作的基礎(chǔ)上，電磁檢測新技術(shù)在承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域中才能夠得到廣泛的應(yīng)用。

［1］任吉林，林俊明.電磁無損檢測［M］.北京：科學(xué)出版社，2008：16－21.

［2］TSG R7001—2004 壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則［S］.

［3］TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［4］何輔云.鋼管三維漏磁檢測系統(tǒng)的再利用［J］.無損檢測，2000，22（2）：68－70.

［5］李家偉.無損檢測手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［6］美國無損檢測學(xué)會(huì)編.美國無損檢測手冊(cè)·電磁篇［M］.上海：世界圖書出版社，1994.

［7］張俊哲.無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用（第二版）［M］.北京：科學(xué)出版社，2010：38.

［8］任吉林，林俊明，池永濱，等.金屬磁記憶檢測技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：72－74.

［9］陳金貴.多頻／遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用［C］.遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇，昆山，2010，164－169.

［10］鄭中興.穿透保溫層和防腐層脈沖渦流壁厚檢測［J］.無損檢測，2008，32（1）：1－4.

［11］武新軍，黃琛，丁旭，等.鋼腐蝕脈沖渦流檢測系統(tǒng)的研制與應(yīng)用［J］.無損檢測，2010，32（2）：127－130.

［12］楊賓峰，羅飛路.脈沖渦流無損檢測技術(shù)應(yīng)用研究［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2004（8）：45－46.

［13］黃勇.在役鐵磁性材料換熱器管的遠(yuǎn)場渦流檢測［J］.無損檢測，2000，22（4）：.

［14］劉凱，楊緯書.帶防腐層焊縫疲勞裂紋的快速探傷［C］.中國第八屆無損檢測年會(huì).中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測分會(huì)，蘇州：2003.

［15］呂香慧，張宇，樓淼，等.帶涂層焊縫的電磁渦流檢測［J］.無損檢測，2010，32（6）：441－442.