1磁粉檢測及水電廠壓力管道概述

磁粉檢測技術(shù)廣泛用于焊接過后的質(zhì)量檢測,相比其他無損檢測,磁粉檢測對于工件表面的缺陷檢測能力較強,靈敏度較高,對缺陷位置及缺陷形狀可以做到直觀顯示,檢測范圍幾乎不受工件結(jié)構(gòu)及大小限制。

水電壓力管道是水電廠運行的關(guān)鍵系統(tǒng),漫灣水電廠管路由取水干管、支管及管路附件等組成。管網(wǎng)有兩種形式,分別是樹枝狀管網(wǎng)及環(huán)狀管網(wǎng),而水電站普遍采用樹枝狀管網(wǎng)。管網(wǎng)的主要功能為發(fā)電機冷卻、推力軸承及導軸承油冷卻、水冷式變壓器油冷卻、水冷式空壓機冷卻等。當壓力管道完成焊接并安裝后,部分管道靠緊墻壁,操作空間狹小:部分管道過高,磁輒、線圈無法卡住被測工件,操作難度大:管路不可拆卸檢測,故不能使用固定式磁粉檢測儀。

2管道和設(shè)備

2.1壓力管道焊接工藝

壓力管道結(jié)構(gòu)如圖1所示,管道形狀有三通、彎頭和直縫管。管道材質(zhì)為普通碳鋼(o235、20#等),Cr-Mo型低合金鋼及Mn型、Mn-Ni型低溫鋼。管道規(guī)格:DN500~600、DN200等,厚度6=5~10mm。母材牌號、焊條牌號、焊接牌號及焊接方法如表1所示。涉及焊接結(jié)構(gòu)為管與管對接,法蘭與管道對接。采用氬一電聯(lián)焊的焊接工藝:氬弧焊(GTAW)焊絲打底焊,手工電弧焊(sMAW)焊條填充焊。

2.2實驗設(shè)備

(1)磁粉檢測設(shè)備:磁輒磁粉探傷儀DA-400s。

(2)磁懸液:黑磁粉磁懸液12g/L。

3可檢測的缺陷

磁粉檢測可檢測的焊接缺陷有未融合、未焊透、咬邊、燒穿、焊瘤、疲勞裂紋等,檢測深度50μm左右時檢測結(jié)果能保持較高的靈敏度。

焊接操作造成的缺陷有未融合、未焊透、咬邊、燒穿、焊瘤(目測)、裂紋。焊后裂紋:熱影響區(qū)域是開裂敏感區(qū),焊接過程過后內(nèi)部殘余應力無法釋放,在該區(qū)域會形成微裂紋:疲勞裂紋:經(jīng)過一段時間的運行,內(nèi)部壓力一直作用于管道內(nèi)壁,應力超出疲勞強度或達到疲勞極限時,產(chǎn)生微裂紋,又經(jīng)過一段時間運行,微裂紋形核長大形成疲勞裂紋,導致管道失效。

4不同磁化方法對比及磁化工藝改進

4.1常用磁粉檢測方法

磁粉檢測的每一個步驟都很關(guān)鍵,均可以影響最后檢測結(jié)果。工件的幾何形狀和材質(zhì)特點決定了檢測工藝的磁化工藝。常用磁化方法如圖2所示。

磁化方法種類繁多,結(jié)合水電廠壓力管道實際結(jié)構(gòu)特點,選擇如下的幾種方法作為檢測手段:

(1)磁輒法:每次磁化只可以單向磁化而且檢測面積小。法蘭位置類似板材采用該方法磁化?？蓹z測管與法蘭連接處,如圖3所示,也可檢測管插接處,如圖4所示。

(2)線圈法:使用環(huán)繞在被檢測工件上的勵磁線圈進行檢測。被測工件有彎頭、三通等,其彎曲的幾何結(jié)構(gòu)造成纏繞線圈難度加大,磁化效果差。線圈法磁化電流選擇交流電,電流大小按公式(1)計算:

式中,I為磁化電流:N為線圈數(shù):L為工件長度:D為工件截面最大尺寸。

(3)復合磁化法:工件同時施加兩個或者兩個以上不同方向的磁場。

(4)旋轉(zhuǎn)磁化:將繞有激磁線圈的Ⅱ型磁鐵交叉裝設(shè),各通不同相位的交流電,產(chǎn)生圓形磁場或橢圓磁場,可檢測各個方向的缺陷。

4.2磁化工藝規(guī)范改進

造成檢測不精確的原因有:

(1)操作方面:線圈貼合不緊密,磁化時間不足,磁懸液噴灑不規(guī)范。提高檢測人員操作技能是避免誤檢的重要手段之一。

(2)材料原因:材料的磁特性因其成分和熱處理狀態(tài)不同而不同,磁探工件磁化時,通常的磁化狀態(tài)可以檢出與磁化方向垂直的小至寬5~10μm、深50~100μm、長500μm的不連續(xù)產(chǎn)生的漏磁場磁痕。對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼材料磁化時,如表面磁場強度達到2.5kA/m(約30oe)即可滿足要求,但有些合金鋼,特別是合金成分高、熱處理硬度大的,要滿足上述條件需要磁場強度H更大。影響磁化的因素有晶粒取向、晶粒大小、析出相、材料內(nèi)部應力狀態(tài)等。壓力管道材質(zhì)為低合金鋼和碳鋼,表1已給出材料牌號,工件表面有油漆覆蓋,檢測缺陷深度降低。在有外加磁場時同時向工件噴灑磁懸液的方法為連續(xù)法,采用連續(xù)法施加磁粉適用于結(jié)構(gòu)復雜的低碳鋼構(gòu)件。

(3)結(jié)構(gòu)原因:因?qū)嶋H安裝位置帶來的檢測盲區(qū)會造成磁輒無法卡住被測工件,線圈纏繞難度大?？臻g狹小,磁輒無法卡住,如圖5所示:磁懸液噴灑結(jié)果如圖6和圖7所示。

(4)參數(shù)選擇:檢測工藝可靠性和靈敏度的影響因素中,最重要的是磁化參數(shù)的選擇,參數(shù)的選擇和線圈安裝位置直接影響到磁場的分布情況和大小,從而直接影響漏磁場的大小,進而影響檢測結(jié)果。檢測參數(shù)有:磁化電流種類(選擇直流或交流)、磁化電流大小、交流電頻率/振幅、磁化安匝數(shù)、磁輒提升力、磁輒固定位置等。

5結(jié)論

結(jié)合影響磁粉檢測的因素,對比不同磁化方法和檢測工藝的優(yōu)缺點,選擇磁粉檢測工藝應該揚長避短、綜合考慮。最終得出最優(yōu)改進方案為:

(1)法蘭位置使用普通磁輒法進行小面積檢測。

(2)彎頭與法蘭焊接位置用復合磁化法進行檢測,使用標準試塊進行磁化驗證。

(3)彎曲位置使用線圈法進行磁化,管交接處使用線圈法纏繞,偏心放置。