奧氏體不銹鋼砝碼焊接的磁記憶檢測(cè) 引言 磁記憶檢測(cè)方法是種通過檢測(cè)鐵磁性構(gòu)件本身內(nèi)稟性磁場(chǎng)，確定構(gòu)件的或潛在危險(xiǎn)區(qū)域的無損檢測(cè)技術(shù)，具有早期診斷、不需專門的磁化裝置、檢測(cè)部位表面不需行預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。碳鋼屬于鐵磁性材料，鐵磁性構(gòu)件運(yùn)行時(shí)受工作載荷作用，應(yīng)力集中部位的磁疇取向會(huì)發(fā)生變化，在地磁環(huán)境中表現(xiàn)為局部磁場(chǎng)異常，并在工作載荷消除后仍然保留，為的成功檢測(cè)提供了可能，現(xiàn)已有多項(xiàng)研究表明磁記憶方法對(duì)于檢測(cè)鐵磁性構(gòu)件的損傷和早期是行之有效的。奧氏體不銹鋼屬于弱磁性材料，而金屬磁記憶的基本檢測(cè)原理是依賴于應(yīng)力集中引起的磁場(chǎng)度變化，核心問題在于磁特性的改變，按其原理,金屬磁記憶方法不適用于奧氏體不銹鋼。近年來，些學(xué)者對(duì)奧氏體不銹鋼的磁特性轉(zhuǎn)變問題做了量工作，研究結(jié)果表明，冷加工產(chǎn)生的塑性變形會(huì)誘發(fā)亞穩(wěn)態(tài)不銹鋼中馬氏體相的產(chǎn)生，馬氏體相具有烈的鐵磁性;焊接和其他加熱工藝會(huì)造成晶界貧鉻，促馬氏體相變產(chǎn)生，使不銹鋼設(shè)備焊縫區(qū)域的馬氏體含量普遍偏高。這些研究結(jié)果表明，可以將磁記憶檢測(cè)技術(shù)引入奧氏體不銹鋼構(gòu)件的檢測(cè)。俄羅斯動(dòng)力診斷公司生產(chǎn)的應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀，其原理是磁記憶檢測(cè)方法。本文采用應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀，對(duì)20余件奧氏體不銹鋼焊接模擬試件--檢測(cè)，以及對(duì)奧氏體不銹鋼在用壓力容器滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的行復(fù)檢,結(jié)果表明，處不同程度地存在定信號(hào)，為磁記憶技術(shù)在檢測(cè)奧氏體不銹鋼等弱磁性材料工程應(yīng)用提供了實(shí)際映證。
2金屬磁記憶基本原理 2.1金屬磁記憶的物理基礎(chǔ) 金屬磁記憶檢測(cè)的物理基礎(chǔ)是自發(fā)磁化現(xiàn)象、磁機(jī)械效應(yīng)、磁致伸縮，磁彈性效應(yīng)和金屬疲勞。其中如:自發(fā)磁化現(xiàn)象，原先不顯磁性的某些鐵磁性材料工件經(jīng)切削加工后，工件本身和刀具被烈磁化，而某些本來并無磁性的機(jī)器部件在行- -段時(shí)間之后卻顯出了磁性，稱前者為“加工磁化"，后者為運(yùn)行磁化，磁記憶效應(yīng)即為運(yùn)行磁化現(xiàn)象;磁機(jī)械效應(yīng)，在地磁場(chǎng)作用的條件下，處的磁導(dǎo)率減小，工件表面的漏磁場(chǎng)增，鐵磁材料的這- -特性稱為磁機(jī)械效應(yīng)。 2.2焊接結(jié)構(gòu)的磁記憶檢測(cè) 焊接是金屬構(gòu)件制造、安裝、修理和改造的重要環(huán)， , 焊接質(zhì)量的優(yōu)劣是金屬構(gòu)件能否安全正常使用的重要前提焊接過程中，,焊縫金屬經(jīng)歷了快速熔化和快速冷卻的過程，必然產(chǎn)生非平衡的特殊組織和應(yīng)力集中區(qū)，焊縫中應(yīng)力集中區(qū)的形成會(huì)聚集相當(dāng)高的應(yīng)力能。為了使鐵磁構(gòu)件內(nèi)的總的自由能趨于最小，在材料內(nèi)部主要以增加磁彈性能的形式來抵消應(yīng)力能的增加，從而在鐵磁構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生高于地球磁場(chǎng)度的畸變磁場(chǎng)。金屬力學(xué)性能的研究表明，即使在金屬材料的彈性變形區(qū),*沒有能量損耗的*彈性體是不存在的。由于金屬內(nèi)部存在著多種內(nèi)耗效應(yīng)(如彈粘性內(nèi)耗、位錯(cuò)內(nèi)耗等)，勢(shì)必造成動(dòng)態(tài)載荷消除后，加載時(shí)在金屬內(nèi)部形成的應(yīng)力集中區(qū)會(huì)得以保留，特別是在動(dòng)載荷、變形和高溫情況下尤為突出。保留下來的應(yīng)力集中區(qū)形成類似漏磁場(chǎng)分布形式。對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)而言，焊接的存在必然會(huì)使其應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)改變，而應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)的改變又會(huì)使材料表面漏磁場(chǎng)的信號(hào)改變，因此,可以通過提取漏磁場(chǎng)信號(hào)的特征量對(duì)焊接行描述。利用MMM監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可以檢測(cè)到已經(jīng)形成的宏觀，還可以檢測(cè)到焊縫中的微觀，以及以高應(yīng)力集中水平為特征的損傷萌芽狀態(tài)，這就顯示出MM檢測(cè)技術(shù)在焊接檢驗(yàn)中具有其他無損檢測(cè)方法所不具備的*優(yōu)勢(shì)。
3檢測(cè)對(duì)象與檢測(cè)設(shè)備 3.1 檢測(cè)對(duì)象基本情況 金屬磁記憶方法是依據(jù)對(duì)鐵磁性構(gòu)件表面漏磁場(chǎng)分布的檢測(cè)定位磁的不均勻性。根據(jù)現(xiàn)有的研究，磁不均勻性可能與應(yīng)力集中區(qū)、、組織不均勻、塑性變形歷史、微觀結(jié)構(gòu)及相變過程等有關(guān)。本文以奧氏體不銹鋼焊接試件和在用壓力容器為檢測(cè)對(duì)象，所涉及的檢測(cè)對(duì)象處在地球磁場(chǎng)中自然環(huán)境，無外加磁化場(chǎng)。 3.2 檢測(cè)儀器 TSC- 1M - 4型應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀是俄羅斯動(dòng)力診斷公司生產(chǎn)的款磁記憶診斷儀，可手持在現(xiàn)場(chǎng)操作,自帶屏幕和存儲(chǔ)器，可隨時(shí)觀察檢測(cè)結(jié)果和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并可將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，利用專用軟件行分析和打印輸出主要技術(shù)參數(shù)。通道Hp值量程為土2000A/m,最掃描步長為128mm，最小掃描步長為1mm，最掃描速度(步長為1mm時(shí))為0. 25m/s。
4檢測(cè)結(jié)果 采用TSC-1M-4型應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀，對(duì)20余件奧氏體不銹鋼焊接模擬試件---檢測(cè)，以及 對(duì)奧氏體不銹鋼在用壓力容器滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的行復(fù)檢，結(jié)果表明，處不同程度地存在定信號(hào)，
5分析與討論 本次實(shí)驗(yàn)先后對(duì)20余個(gè)奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭行了采樣，并在數(shù)臺(tái)在用奧氏體不銹鋼制壓力容器_上步映證。通過滲透檢測(cè)對(duì)比，TSC-1M-4型應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀對(duì)奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭焊接有的檢出率。 對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)而言，焊接的存在必然會(huì)使其應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)改變。由于焊接的產(chǎn)生，造成局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生位錯(cuò)，位錯(cuò)增殖對(duì)不銹鋼具有如下影響:先,位錯(cuò)增殖在材料內(nèi)產(chǎn)生很高的應(yīng)力能,使材料的自由能增,促成了馬氏體相變過程中的形核，而發(fā)生馬氏體相的轉(zhuǎn)變，從材料磁性變化分析，由于奧氏體相為順磁性，而馬氏體相是鐵磁性，隨著材料微觀組織的變化，奧氏體不銹鋼便具有了鐵磁性特征;其次，由于位錯(cuò)增殖增加了材料的應(yīng)力能，會(huì)在材料中形成應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力集中又-步促成了馬氏體相變的轉(zhuǎn)化，為使材料內(nèi)的總自由能趨于最小，具有鐵磁性的馬氏體相在磁機(jī)械效應(yīng)的作用下，引起內(nèi)部磁疇在地球磁場(chǎng)中作疇壁的位移，甚至是不可逆的重新取向排列，主要由磁彈性能的形式來抵消應(yīng)力能的增加，從而使奧氏體不銹鋼內(nèi)部產(chǎn)生高于地球磁場(chǎng)度的磁場(chǎng)度。圖3是相關(guān)資料對(duì)奧氏體不銹鋼不同應(yīng)變狀態(tài)下位錯(cuò)分布的金相分析圖譜。 另.方面，焊接是個(gè)局部加熱，且受熱極不均勻的過程，會(huì)造成局部晶界貧鉻，促馬氏體相變產(chǎn)生，使奧氏體不銹鋼設(shè)備焊縫區(qū)域的馬氏體含量普遍偏高。因此，奧氏體不銹鋼材料在焊接過程中，其內(nèi)部微觀組織變化和應(yīng)力集中共同作用的結(jié)果使材料表面磁場(chǎng)度發(fā)生了變化,從而使利用磁記憶檢測(cè)技術(shù)來有效檢測(cè)奧氏體不銹鋼材料焊接是可行的。但是，從上述圖譜不難發(fā)現(xiàn)，奧氏體不銹鋼材料焊接處的表面磁場(chǎng)度的變化是非常弱的,說明其焊接處馬氏體微觀組織的比例還是十分有限的。而且往往在咬邊、表面打磨等部位的表面磁場(chǎng)度的變化也是很明顯的，尤其是打磨部位，其磁場(chǎng)度梯度甚至比焊接處更，如圖1中4-98#試樣， 給的準(zhǔn)確判斷造成了-定干擾。同時(shí)，從在用壓力容器焊縫檢測(cè)來看，如圖2，其結(jié)果要好于模擬試樣，磁場(chǎng)度有過現(xiàn)象，磁場(chǎng)度梯度值也比較高，重復(fù)性良好，與滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)也有很好的對(duì)應(yīng)。但同樣是磁記憶檢測(cè)采集到的信號(hào)往往多于其它表面檢測(cè)的結(jié)果。表明磁記憶檢測(cè)結(jié)果的應(yīng)用尚需綜合分析。采用磁記憶檢測(cè)行初步分析，綜合應(yīng)用其它檢測(cè)手段判斷小和危害，不失為良好組合。
6結(jié)論 1)磁記憶技術(shù)在檢測(cè)奧氏體不銹鋼等弱磁性材料工程中應(yīng)用是可行的; 2)磁 記憶技術(shù)在檢測(cè)奧氏體不銹鋼等弱磁性材料時(shí)，由于背景信號(hào)弱，容易受咬邊、表面打磨等部位干擾; 3)磁記憶技術(shù)檢測(cè)的是地磁場(chǎng)在部位產(chǎn)生的剩磁場(chǎng)的弱，與宏觀尺寸無對(duì)應(yīng)關(guān)系，但對(duì)于在用設(shè)備，由于始終處于個(gè)不斷變化的受力過程，因此，不論是其制造遺留, 還是使用過程中新生，磁記憶檢測(cè)技術(shù)都是有效的;. 4)磁記憶檢測(cè)技術(shù)與其它檢測(cè)手段綜合應(yīng)用判斷小和危害，為設(shè)備安全分析與壽命控制提供了良好途徑。 
|
