范益民

（安徽盈創(chuàng)石化檢安公司，安慶 246002）

某公司檢修人員在對某石化煉油裝置中使用的常壓爐爐管，鋼管與彎頭的組焊過程中，發(fā)現(xiàn)鋼管端頭處有多處明顯的線型顯示缺陷，經(jīng)確定為裂紋。該鋼管規(guī)格為φ219mm×12mm，長12m，材料為9.5Mo鋼。制造方法為穿孔法與高速擠壓法，兩端切頭。由于此類高溫高壓鋼管在制造廠時進行了產(chǎn)品檢測（質保書標明為漏磁法），而不應有裂紋出現(xiàn)，所以對該批鋼管進行質量復查。經(jīng)磋商，決定采用磁軛法磁粉檢測與超聲檢測分組同時進行，檢測范圍為100%爐管母材。

1 磁軛法工作原理

磁軛法是用固定式電磁軛兩磁極夾住工件進行整體磁化，或用便攜式電磁軛兩磁極接觸工件表面進行局部磁化，從而發(fā)現(xiàn)與兩磁極連線垂直的缺陷。工件是閉合磁路的一部分，用磁極對工件感應磁化，所以磁軛法也稱為極間法，屬于閉路磁化，如圖1所示［1］。

圖1 電磁軛整體磁化和局部磁化

磁軛法有整體磁化和局部磁化兩種。前者是用固定式電磁軛進行整體磁化，它只在磁極截面大于工件截面時，才能獲得較好的探傷效果，否則工件得不到足夠的磁化。應盡量避免工件與電磁軛之間的空氣隙，因空氣隙會降低磁化效果。需要注意的是，當磁極間距大于1 m 時，工件便不能得到必要的磁化；形狀復雜而且較長的工件，不宜采用整體磁化。

局部磁化是用便攜式電磁軛的兩磁極與工件接觸，使工件局部磁化，兩磁極間的磁力線大體上平行兩磁極的連線，有利于發(fā)現(xiàn)與兩磁極連線垂直的缺陷。

便攜式電磁軛一般做成帶可變角度的磁極，磁極間距L一般控制在75～200mm 為宜，最短不得小于75mm。因為磁極附近25mm 范圍內(nèi)，磁通密度過大有可能掩蓋相關顯示。在磁路上總磁通量一定的情況下，工件表面的磁場強度隨著兩極間距L的增大而減小，所以磁極間距也不能太大。JB／T 4730.4—2005《承壓設備無損檢測》規(guī)定：“磁軛的磁極間距應控制在75～200mm 之間，檢測的有效區(qū)域為兩極連線兩側各50mm 的范圍內(nèi)，磁化區(qū)域每次應有不少于15 mm 的重疊［2］。歐洲標準EN1290《焊縫磁粉探傷》也規(guī)定便攜式電磁軛磁化的有效磁化區(qū)如圖2 的陰影部分所示，面積約為（L—50）×（L／2）mm2。

圖2 便攜式磁軛磁化的有效磁化區(qū)（陰影部分）

交流電具有趨膚效應，因此對表面缺陷有較高的靈敏度。又因交流電方向在不斷地變化，使交流電磁軛產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，這種方向變化可攪動磁粉，有助于磁粉遷移，從而提高磁粉檢測的靈敏度。而直流電磁軛產(chǎn)生的磁場能達到工件表面較深處，有利于發(fā)現(xiàn)較深層的缺陷。因此在同樣的磁通量時，探測深度越大，磁通密度就越低，尤其在厚鋼板中這種現(xiàn)象更明顯，如圖3所示。盡管直流電磁軛的提升力滿足標準要求（大于177 N），但測量出的工件表面的磁場強度和在A 型試片上的磁痕顯示往往都達不到要求，為此建議對厚度大于6mm 的工件不要使用直流電磁軛探傷。ASME（美國機械工程師學會）規(guī)范第V 卷也特別強調(diào)“除了厚度不大于6mm 的材料之外，在相等的提升力條件下，對表面缺陷的探測使用交流電磁軛優(yōu)于直流和永久磁軛?！?/p>

圖3 直流電磁軛在鋼板中的磁通分布

承壓設備的表面和近表面缺陷的危害程度較內(nèi)部缺陷要大得多，所以對鍋爐、壓力容器的焊縫進行磁粉檢測，一般采用交流電磁軛。但對于薄壁（小于6mm）的壓力管道來說，利用直流電磁軛既可發(fā)現(xiàn)較深層的缺陷，表面及近表面缺陷也能檢測出來，這樣也彌補了交流電磁軛的不足，所以對于小于6mm 的薄壁壓力管道應采用直流電磁軛。

磁軛法的優(yōu)點主要是非電接觸，改變磁軛方位，可檢測任何方向的缺陷。另外，便攜式磁軛可帶到現(xiàn)場檢測，靈活方便；也可用于檢測帶漆層的工件（當漆層厚度允許時）；檢測靈敏度較高。

磁軛法的缺點是對幾何形狀復雜的工件檢測較困難，且磁軛必須放到有利于缺陷檢出的方向；用便攜式磁軛一次磁化只能檢測較小的區(qū)域，大面積檢測時，要求分塊分區(qū)檢測，很費時；磁軛磁化時應與工件接觸良好，否則受空氣間隙的影響較大。

磁軛法主要應用于承壓設備平板及管道對接焊縫、T 型焊縫、管板焊縫、角焊縫以及大型鑄件、鍛件和板材的局部磁粉檢測。整體磁化適用于零件橫截面小于磁極橫截面的縱長零件的磁粉檢測。

2 試驗

2.1 采用磁軛法的原因

考慮到磁軛法檢測時的磁極與鋼管接觸面較小，容易產(chǎn)生間隙，影響電磁軛提升力，故多次用A型試片進行靈敏度檢驗，均達到磁粉檢測要求。受現(xiàn)有探傷設備、工件規(guī)格和工期的限制，無法采用與爐管相適應的磁粉檢測方法，如電纜法、中心導體法，通電法等。另外，便攜式可變角磁軛磁粉探傷機使用靈活、簡便。

2.2 具體操作方法

設備采用CJF－2型可變角磁軛磁粉探傷機，其前磁軛可以任意調(diào)節(jié)角度。檢測方法采用濕磁粉法，用DP型黑色特制磁膏（該磁膏含有效的防腐劑與表面活性劑，粘度適中），以500mm 磁膏＋500mL水溶液的比例均勻攪拌后使用。表面處理方法為檢測部位100%砂盤打磨。接通交流電壓后，用A1－30／100型靈敏度試片進行校驗，以保證檢測的靈敏度。執(zhí)行標準參照JB／T 4730—2005。

2.3 磁化方法

此類爐管其缺陷一般以軸向分布為主。據(jù)有關資料顯示，此類爐管的軸向缺陷與橫向缺陷的比例最少是10∶1，所以磁粉檢測應以縱向分段磁化為主。考慮到其他不同取向的缺陷如橫向缺陷等，所以還必須進行管件周向分段磁化。

縱向檢查：先用粉筆或石筆將鋼管大致分為6段，而后把磁探機磁極部分的AB 兩個面緊貼母材表面，磁軛間距調(diào)整為130mm，分6次磁化。每次通電磁化前，必須保證一次靈敏度試片的校驗。根據(jù)計算，鋼管外徑周長為688 mm，分6 段每段為114.6mm，由于磁軛間距為130mm，故剛好磁化區(qū)域每次有15.4mm 的重疊。將配制好的磁懸液用噴壺采用噴澆的方法先把表面潤濕一遍，再通電磁化，邊磁化邊噴澆磁懸液，磁懸液停施1s后才能停止磁化。磁懸液的施加必須在磁探機正前方，以免破壞磁痕。注意因磁極與工件表面接觸面小，容易產(chǎn)生漏磁場而引起非相關顯示或掩蓋缺陷顯示，所以應盡量減少間隙。

橫向檢查：主要是針對管材的橫向缺陷，將磁粉探傷機變角部分的AB兩面緊貼管件母材做360°旋轉檢查，磁軛間距為150mm，磁化區(qū)域每次至少有15mm 的重疊，每根鋼管至少有兩次以上的靈敏度校驗。

在檢查過程中，注意每次檢測結束后，還必須用靈敏度試片校驗一次，才能保證此次探傷結果的正確性。

3 結論

在磁粉檢測中，分別發(fā)現(xiàn)了多處缺陷，其中最長一處為1 200 mm 的斷續(xù)線性顯示，最短一處為長20mm 的橫向裂紋。超聲檢測采用了徑向、軸向檢查相結合的方法，選用了K1斜探頭加楔塊在對比試塊上磨成曲面后進行探傷，在徑向檢查時，由二次波發(fā)現(xiàn)了多處軸向表面與近表面缺陷。但在磁粉檢測中，發(fā)現(xiàn)了超聲檢測沒有檢出的兩處軸向表面缺陷，位于管材的端頭部位，分別長20，25mm。由于該部位表面狀況較差使超聲檢測耦合效果減低而引起漏檢，說明了磁粉檢測的必要性和使用磁軛法與超聲檢測結果比較的正確性。后經(jīng)雙方現(xiàn)場打磨，裂紋磨深最大為1.9 mm，最小為0.5mm，其中深度較深、裂紋集中的部分均位于爐管的端頭部位，如圖4所示。

圖4 爐管端頭部位裂紋形貌

4 結語

（1）在爐管與回彎頭對焊時發(fā)現(xiàn)爐管端頭表面裂紋，故應重視焊接熱影響可能導致微裂紋或潛在裂紋的擴展。

（2）磁粉檢測與超聲檢測靈敏度雖然均達到檢測要求，但所需工作量大，操作繁瑣。磁粉檢測與超聲檢測相配合的檢查方法對常壓爐爐管檢測較適宜，同時需要重視母材的表面打磨狀況。

［1］全國特種設備無損檢測人員資格考核委員會，磁粉檢測［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2010.

［2］蔣危平，方京.超聲檢測學［M］.武漢：測繪和科技大學出版社，1991.