磁粉检测在锅炉检验中的应用

(甘肃省特种设备检验检测研究院，兰州 730050)

0 引 言

磁粉检测在锅炉检测过程中具有较高的灵敏度，它可以检测出微米级宽度的缺陷，并且对单个部件检测速度快，工艺简单，成本低廉，污染少，通常我们把磁粉检测技术运用到锅炉检验中，去检测承压部件所产生的裂纹缺陷。在现行的标准中NB/T47013.4-2015《承压设备无损检测》：磁粉检测，已将质量控制项目纳入标准条文，由此可见其重要性。

1 磁粉检测应用现状

国内磁粉探伤设备：从固定式、移动式到便携式；从半自动、全自动到专用设备；从单向磁化到多向磁化，设备已系统化和商品化，三相全波直流探伤超低频退磁设备的性能已达到国外同类设备的水平。

国外磁粉探伤设备：成功的运用了电视光电探测器的荧光磁粉扫查系统和激光飞点扫描系统，实现了磁粉检测观察阶段的自动化，将数据信息在微机或其他电子装置中进行处理，鉴别可剔除的不连续性，可以自动标记和分选，大大降低劳动强度[1]。

2 磁粉检测的应用

2.1 磁粉检测在锅炉检验中的要求

根据标准TSG G7002-2015《锅炉定期检验规则》中的要求,电站锅炉运行超过5万小时，应对锅筒内表面环、纵焊缝以及热影响区进行表面无损检测抽查，抽查比例一般为20%，抽查部位应当尽量包括T字焊缝；对安全阀、集中下降管、侧给水管管座角焊缝进行100%表面无损检测；对汽水引入管、引出管等管座角焊缝进行表面无损检测抽查，抽查比例一般为10%[2]。

电站锅炉运行超过10万小时，除了基础检测内容外，应对水冷壁集箱封头焊缝与环形对接焊缝、省煤器集箱封头焊缝、孔桥部位、管座角焊缝等进行不少于20%的表面检测抽查。

2.2 磁化方法的分类

磁粉检测的能力取决于检测时磁场磁化方向和缺陷延伸的方向，两者之间有很大的关系，若缺陷延伸方向与磁场的磁化方向近似平行或者两者的夹角小于20°时，缺陷就难以被发现。另外，工件表面宽而浅的划伤、针孔状的缺陷、埋藏较深的内部缺陷也不容易被发现。

2.2.1 周向磁化

它属闭合磁场，给工件直接通电，或者使电流通过贯穿空心工件孔中的导体，使工件中产生与工件轴线相垂直的周向闭合磁场。磁感应线垂直工件轴线，不产生磁极,用于发现与工件轴平行的纵向缺陷。例如轴向通电法、中心导体法、触头法等。

(1)轴向通电法：磁粉探伤机的磁化夹头夹住工件的两头，通电磁化后，在工件表面和内部产生一个闭合的周向磁场，用于检测与工件轴线相平行的纵向缺陷，适用于特种设备轴类机加工件、管子、铸钢件和锻钢件的磁粉检测(可对工件全长进行磁化)，这种检测方法在检测时要做好打火烧伤工件的措施，经常用的方法是在磁化夹头上安装接触垫，如铜编织垫或者铅垫。

(2)中心导体法：适用于空心件内外表面与电流平行的纵向不连续性和端面的径向不连续性的磁粉检测，在空心工件中穿入导体棒，置于孔的中心，电流流过导体棒，形成周向磁场。

(3)触头法：它是两个支杆触头接触工件表面，通电磁化后，在工件上面产生周向磁场，用于发现与两触头连线平行的缺陷，如平板对接焊缝、T形焊缝、管板焊缝、角焊缝以及大型铸件、锻件和板材的局部的磁粉检测，注意的是触头尖端的材料可以用铅、钢或者铝，不能用铜，因为铜沉淀于被检工件表面会影响材料的性能。

2.2.2 纵向磁化

纵向磁化属开路磁场，磁感应线平行于工件的轴，产生磁极，最容易发现与两磁极连线相垂直的缺陷。例如磁轭法、交叉磁轭法。

(1)磁轭法:用单磁轭法检测时一次只能磁化较小的区域，因此检测的区域较小。大面积检测时，就需要分块累积，但是检测效率很低。目前为止它是锅炉检验中使用最为广泛的磁粉检测方法之一。

(2)交叉磁轭法：在工件中产生大小和方向随时间成圆形、椭圆形或螺旋形轨迹变化的磁场，用于发现工件上多个方向的缺陷。交叉磁轭可一次检测出工件表面任何方向的缺陷，并且检测效率和灵敏度都很高，但是交叉磁轭的磁极必须与工件接触良好，磁极绝对不能悬空，否则会导致检测失效，这种检测方法在锅炉检测中不适用。

3 磁粉检测的工艺

3.1 磁粉检测的工艺步骤

(1)表面准备：至金属光泽，打磨后表面粗糙度RS不得大于25 μm。

(2)检测灵敏度：检验前用A1型标准试片校验系统灵敏度。磁粉检测时一般应选用A1：30/100型中等灵敏度等级标准试片。当检测焊缝坡口等狭小部位，由于尺寸关系，A1型标准试片使用不方便，一般可选用C：15/50型标准试片。为了更准确地推断出被检工件表面的磁化状态，当用户需要或技术文件有规定时，可选用D型和M1型标准试片[3]。

(3)磁化规范：磁极间距应控制在75～200 mm之间，磁极间距不能太小，太小的话磁通密度过大会产生过度背景，有可能会掩盖相关显示，当然也不能太大，在磁通量一定的情况下，工件表面磁场强度会随着两极间距的增大而减小[4]。其有效宽度为两极连线两侧各1/4极距范围内，每次磁化的区域至少应有不少于10%的重叠部分。

(4)施加磁悬液：按标准要求的浓度配置水磁悬液每天工作前测定浓度。

(5)磁痕评定：按NB/T47013.4-2015进行焊接接头和其他部件的质量分级评级。

(6)磁痕记录：缺陷磁痕的观察应在磁痕形成后立即进行，采用文字描述、草图、照片等方式记录。

(7)后处理：将被测工件表面擦拭干净，必要时干燥处理。有些设备因为适用性能的要求还需要做退磁处理。

3.2 磁粉检测的方法

3.2.1 按磁痕观察方式分：非荧光磁粉和荧光磁粉

(1)非荧光法对环境因素具有很好的适应能力，在压容器制造、质量把控、安装及质量检测等方面普遍应用。黑色磁粉和红褐色磁粉是非荧光法最常用的两种磁粉，黑色磁粉水磁悬浮液可以通过成品磁膏进行现场配制，黑色磁粉具有经济合理，方便应用等特点，更因满足市场对检测灵敏度的需求，而被广大检测人员所青睐。

(2)荧光磁粉因具有较高的检测灵敏度，根据NB/T47013-2015《承压设备无损检测》相关要求，近年来该技术常运用到国内特种设备的检测中，如采用荧光法检测高强度钢及裂纹敏感材料制造的特种承压设备[5]。

3.2.2 按磁粉施加方式分：湿法用磁粉和干法用磁粉

湿法检测的相对干法检测具有较高的灵敏度，连续法非荧光磁粉检测是湿法检测最常用的一种手段。干法检测对于大型铸锻设备的毛坯与大型结构工件的检测具有较高的检测效率和灵敏度，干法还可用于较高温度下的焊缝层间检测，磁粉颜色的选择应具有较高辨识度，比如蓝色或者红色，当测试温度达到300～400 ℃，可以采用定制的的高温磁粉进行测试。

4 系统控制外在因素，提高磁粉检测质量

对磁粉检测结果有影响的每个因素进行系统的控制，从而提高磁粉检测的可靠性，提升检测质量是有必要的。聘用专业技术人才，采选正规厂家的设备与材料、把控磁粉检测各阶段的试验数据(悬浮液浓度比例测试、水磁悬液润湿性能试验)、调控检测环境等因素均可以减小偶然误差，避免系统误差，从而提高磁粉检测精度。

5 修复超标缺陷磁痕

检测发现超标磁痕要选择适当的方法进行处理，主要分为两种情况，第一，适合打磨的情况，应该打磨到圆滑至肉眼不可见，然后通过磁粉检测缺陷，如果还有缺陷，继续打磨，一直打磨到符合标准为止。第二，过薄或者打磨过深不符合打磨标准的情况，这种情况要在超标磁痕处进行补焊，直至符合标准要求，特殊情况时可以用射线或者超声检测进行完善。

6 结束语

锅炉的磁粉检测的方式受现场的制约，所以技术人员在检测过程中需要当场操作，在选择设备器材时应具备便于携带、便于适合现场应用的特点。在常用的检测方法中使用适合的检测方法能更好的检测锅炉的不同部位。