微磁檢測技術(shù)在特種設(shè)備焊接中的應(yīng)用

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇微磁檢測技術(shù)在特種設(shè)備焊接中的應(yīng)用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

1前言

承壓類特種設(shè)備焊接接頭的質(zhì)量檢測，一般采用NB/T47013《承壓設(shè)備無損檢測》中規(guī)定的射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測等5種方法，這5種方法各有優(yōu)缺點。承壓類特種設(shè)備的各種監(jiān)察、檢驗規(guī)程也規(guī)定了相應(yīng)的設(shè)備應(yīng)采用何種檢測方法、何種比例等，這是保障安全的最基本的要求。21世紀，隨著計算機技術(shù)和人工智能飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)也得到了很大提升，無損檢測方法也加入了很多新型計算機技術(shù)，特別是現(xiàn)代數(shù)字信號處理和信號模式識別技術(shù)的加入使現(xiàn)代無損檢測技術(shù)飛速發(fā)展，不但檢測的準確性大大提升，而且檢測結(jié)果更加直觀，甚至可以量化到缺陷的大小、深度位置。對比早期的無損檢測，只能定性發(fā)現(xiàn)缺陷，現(xiàn)代無損檢測在結(jié)合損傷力學(xué)的知識之后不但能發(fā)現(xiàn)缺陷，更能對構(gòu)件的強度和使用壽命進行評估，這使得現(xiàn)在工件的安全性能得到大幅度保障。因此，對于開發(fā)出一種新型的焊縫無損檢測的方法非常有必要，特別是在當(dāng)代便攜式移動設(shè)備的普及，讓無損檢測的發(fā)展方向發(fā)生了很大改變。即利用簡單便捷的儀器實現(xiàn)對焊縫快速的檢測。而現(xiàn)在簡單常用的便攜儀器都是手機，所以開發(fā)出一種新型基于安卓系統(tǒng)的焊縫檢測系統(tǒng)非常有必要。目前，大部分的便攜儀器都使用安卓系統(tǒng)，基于安卓系統(tǒng)的焊縫無損檢測方法比較少，特別是基于弱磁技術(shù)的安卓系統(tǒng)焊縫檢測，對比射線檢的輻射性會導(dǎo)致工作量巨大，成本高昂。超聲雖能檢測出部分缺陷，對于表面難處理結(jié)構(gòu)復(fù)雜細小的焊縫很難檢測出來。磁粉檢測由于檢測的材料有所限制，所以磁粉檢測適用范圍相對較小。渦流檢測由于要接受缺陷反饋電流，信號接收設(shè)備較大不太適合簡單快速檢測。基于上述原因，本文作者采用便攜式微磁檢測儀對承壓類特種設(shè)備的焊接接頭質(zhì)量進行檢測研究。

2微磁檢測技術(shù)的優(yōu)勢

超聲檢測對于厚度較大的材料焊縫有非常好的效果，可以在短時間內(nèi)精準地檢測出焊縫大小、形狀和所微磁檢測技術(shù)在承壓類特種設(shè)備焊接接頭近表面缺陷檢測中的運用喻德耀（江西省檢驗檢測認證總院特種設(shè)備檢驗檢測研究院南昌檢測分院，江西南昌330000）摘要：焊接接頭是承壓設(shè)備中最薄弱的環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的好壞由各種因素共同決定，容易產(chǎn)生各種不同類型的缺陷。常規(guī)的檢測方法對于近表面不開口缺陷靈敏度較差，這類缺陷也是工程人員較為頭疼的問題之一。本文作者采用微磁檢測新技術(shù)對承壓設(shè)備焊接接頭進行檢測研究，結(jié)果表明，微磁檢測技術(shù)對于這類近表面缺陷具有較高的檢出率，是一種值得推廣使用的檢測新技術(shù)。在位置。但對于體積較小、質(zhì)地輕薄的新型材料，焊縫不能很好地進行檢測；射線檢測因為對焊縫結(jié)構(gòu)要求很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件不能很好地被檢測出來，并且不便于快速檢測；渦流檢測由于只能對一定厚度的焊接板進行檢測，所以對于焊接薄板的焊縫檢測方法還不完善，特別小型薄板材料的焊縫缺陷信號非常難以提取；磁粉檢測由于只能磁化鐵磁性材料，非鐵磁性材料就不能利用磁粉檢測對其進行檢測。滲透檢測在制造廠內(nèi)對于大型工件、批量化生產(chǎn)的小工件進行集體檢測具有較大的優(yōu)勢，但是，它對于探究缺陷的內(nèi)部形狀和深度卻無能為力。基于此，通過微磁檢測在其他工程檢測領(lǐng)域的實踐，其具有如下特點，能夠運用于焊縫檢測。（1）對檢測面的光潔度要求不高，比如，檢測面通常存在的鐵銹、油污等雜質(zhì)對檢測結(jié)果影響不大，這非常適用在役承壓設(shè)備的檢測。（2）利用地磁磁化所形成的磁場進行檢測，不需要專門磁化。（3）儀器設(shè)備小，攜帶方便。（4）操作簡單，易于入門。

3檢測原理

所有經(jīng)過磁化后的物體都會形成磁場，當(dāng)工件表面光滑工件內(nèi)部連續(xù)沒有缺陷時，磁通全部從工件上通過，但是，如果工件有缺陷會使得這部分磁導(dǎo)率發(fā)生變化磁阻增加，其表面磁場發(fā)生異常形成漏磁場。微磁檢測正是通過對這種異常的磁場信息進行捕捉，而達到檢測出缺陷的目的。當(dāng)材料內(nèi)部存在與磁場方向垂直的缺陷時，原來材料均勻統(tǒng)一的磁導(dǎo)率會發(fā)生變化，缺陷的磁導(dǎo)率往往較小，而其磁阻較大，此時，磁力線會先選擇通過磁阻較小部分，當(dāng)這部分磁力線飽和后，不能接受更多磁力線，這時磁力線會泄漏出材料表面。通過對泄漏出材料的這部分磁場信號的檢測，就是微磁檢測的基本原理。為了便于探究漏磁場的特性，可以采用將其分解為水平分量Bx和垂直分量By的方法，此時，微磁檢測缺陷的磁感應(yīng)強度就可以分為水平部分和垂直部分測量了。這樣就方便了對信號數(shù)據(jù)的提取。弱磁檢測的檢測原理是因為工件在加工制造或服役產(chǎn)生多種缺陷，而這些缺陷的存在會導(dǎo)致該部分的材料的磁導(dǎo)率發(fā)生變化。為更形象地分析磁感應(yīng)線的傳播原理，此時，假設(shè)磁感應(yīng)線產(chǎn)生了折射，折射面為工件表面。在理想狀態(tài)下，工件表面材質(zhì)勻質(zhì)無雜質(zhì)，磁場折射率是不變的，因此磁場強度相同。假設(shè)工件內(nèi)部存在缺陷時，缺陷部分的磁導(dǎo)率和磁阻發(fā)生變化和材料其他部分不同，在缺陷位置磁場會形成“折射”，材料同一部分不同磁導(dǎo)率會對這種“折射”現(xiàn)象產(chǎn)生干擾，干擾后的磁力線會發(fā)生路徑的偏折，進而其磁感應(yīng)強度也產(chǎn)生突變，這為微磁檢測方法檢測出這類缺陷提供了天然條件。當(dāng)工件中的磁通量穿過不同介質(zhì)時，它的量是不發(fā)生改變的。但當(dāng)兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同兩介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度不在相同，無論其磁導(dǎo)率差異是何種情況，缺陷位置的折射現(xiàn)象都會發(fā)生，對于高磁導(dǎo)率雜質(zhì)，磁感應(yīng)線不會被擠壓出工件，而是可以“借用”雜質(zhì)的傳導(dǎo)作用繼續(xù)在工件中傳輸過去；然而，對于低磁導(dǎo)率雜志，磁力線會被擠壓出工件，而從缺陷的上面通過。我們要檢測和分析缺陷，那我們只要對這部分信號進行分析就可以達到檢測的目的。

4試驗研究

在壓力容器制造監(jiān)督檢驗時，讓該廠的熟練焊工焊接一塊有人工缺陷的鋼板對接焊接接頭，材料為Q345R，長25cm，寬10cm，板厚5cm，對于缺陷的相應(yīng)部位，在鋼板的背面進行了相應(yīng)標記。用微型檢測儀對該焊板進行檢測，結(jié)果如下：開始檢測和結(jié)束檢測時都會發(fā)生信號有別于正常情況波動，這是因為焊縫的端頭會存在磁場聚磁效應(yīng)。對工件進行掃查時，在工件開始和結(jié)束兩端存在加速減速過程，這種速度也會導(dǎo)致磁場值異常，將這種由于端頭引起的電磁場信號異常變化現(xiàn)象稱為端頭效應(yīng)。讀取儀器中的磁通量值我們也可以看出在上下標準線、最大值上差異比較明顯。其原因是每次使用儀器測量一個部分缺陷時，系統(tǒng)把這次測量部分材料數(shù)據(jù)進行求平均值，通過平均值和這次數(shù)據(jù)最大值來計算上下標準線。對比第一次掃查結(jié)果和第二掃查結(jié)果可以看出雖然兩次掃查都有同一缺陷出現(xiàn)，但標準線卻不同其原因是系統(tǒng)計算上下標準線不是依靠材料性質(zhì)來定的，它是根據(jù)每次掃查部分和掃查速度共同決定的，哪怕兩次掃查掃查很多相部分、掃查到很多共同缺陷、掃查速度相同其上下標準線也必定不同。為了讓缺陷信號更好識別，本次研究用到了一種叫基于磁場梯度的方法，根據(jù)上述理論分析，把磁場強度這一矢量分解成了水平分量和垂直分量。本次研究采用的探頭檢測的信號正是其中垂直于工件焊縫表面Z軸方向上的磁場強度。從的掃查結(jié)果可以看出，焊縫表面的磁場信號起伏幅度較大，與工件中其他位置的磁信號截然不同。對于這種起伏不定的矢量信號，在數(shù)學(xué)中常用梯度法進行處理，即對焊縫表面的磁場信號波動量進行放大，讓波動量更直觀的在檢測人員的視覺感官中，磁場梯度可以表示為磁信號的微分。其中，B(x)表示檢測中磁感應(yīng)強度，x為檢測路徑，ΔB即為磁場強度沿著這一檢測路徑的梯度大小。當(dāng)工件是完整工件（無缺陷）時，磁場梯度變化及其微小，可以近似于一個定值。假設(shè)工件中存在缺陷時，根據(jù)式（5）可以得出該處的值將發(fā)生幅度較大的變化，這種幅度與無缺陷處相比是明顯的，此時，我們根據(jù)梯度變化特性就可以提取出工件中存在的缺陷。本次研究正是利用這一原理，對缺陷處信號進行處理。對于本系統(tǒng)缺陷判斷是通過掃查的信號線有沒有超過上下標準線來判斷，每次采集完數(shù)據(jù)信號后系統(tǒng)后臺都會分析出每次不同的標準線從而來進一步準確判斷缺陷出現(xiàn)標準線是每次初始數(shù)據(jù)不同而計算出來的所以每次的標準線都夠非常清晰看到3條焊縫的出現(xiàn)，出現(xiàn)的問題就是為什么3條焊縫缺陷在儀器上掃查時出現(xiàn)位置這么相近而在我們實驗工件上標記的位置（圖1右）相差又比較遠。原因是因為掃查的速度不同，手動掃查由于不能很好地均勻控制掃查速度會發(fā)生這種現(xiàn)象。而用常規(guī)超聲檢測也驗證了這些缺陷的參數(shù)信息。為了驗證微磁檢測技術(shù)的可靠性，我們在一塊焊縫中認為的設(shè)置了三個缺陷，分別在距離工件的頂端5cm處、10cm處、15cm處。運用該技術(shù)進行掃查發(fā)在工件的頂端往下分別在4.9cm處、10.1cm處和14.8cm處出現(xiàn)異常信號。整個時間過程方便快捷，在2分鐘內(nèi)對整條焊縫進行了初掃和精掃，其結(jié)果可以看出，位置的最大誤差為0.2mm，這在檢測系統(tǒng)中是完全可以接受的。為了形成對比，我們采用超聲波檢測對此工件進行了檢測，結(jié)果是用時10min檢測出兩個缺陷，分別在從上而下）4.3cm、9.2cm，其準確性和效率性都不如微磁方法。但試驗也突出了這套檢測系統(tǒng)的缺點，這套檢測系統(tǒng)不能很好地對于缺陷的大小和深度做出一個估算，僅僅只能判斷缺陷存在位置，這也是要改進的地方。并且缺陷深度對于裝置掃查有非常大的影響，特別是在近表面和表面之間差別很大。

5結(jié)語

綜合上述理論和試驗結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論：（1）微磁檢測技術(shù)能夠檢測出承壓設(shè)備焊接接頭中的缺陷。（2）對于近表面未開口缺陷具有較強的檢出率。（3）缺陷深度對于檢測結(jié)果具有較大的影響，深度越深，檢出率越低，深度越淺，檢測率越高。

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作者:喻德耀 單位:江西省檢驗檢測認證總院特種設(shè)備檢驗檢測研究院南昌檢測分院