CN102095793A

CN102095793A - 一种管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法

Info

Publication number: CN102095793A
Application number: CN 201110000186
Authority: CN
Inventors: 许林滔; 原可义; 郭黎群; 马刚
Original assignee: TAIZHOU SUPERVISION AND INSPECTION CENTER OF SPECIAL EQUIPMENT
Current assignee: TAIZHOU SUPERVISION AND INSPECTION CENTER OF SPECIAL EQUIPMENT
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2031-01-04
Also published as: CN102095793B

Abstract

本发明提供了一种管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，属于机械技术领域。它解决了现有的检测方法的定量精度较低、劳动量和费用较高的问题。本管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)预处理：采用表面清洁处理方法从待检测的工件表面除去所有污垢；所述的工件是磁性工件。(2)检测：利用磁粉探伤仪磁化所述的工件，使用传感器对所述的工件表面的磁场的连续性进行测量和记录；(3)计算结果：通过数值拟合获得漏磁场突变值与缺陷特征值的经验公式，并且将上述测量和记录的数据代入经验公式，可计算出缺陷深度。本方法检测成本低，其绝对误差小于0.3mm，相对误差小于10％，结果可靠，精确度高。

Description

一种管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法

技术领域

本发明涉及一种数据检测分析方法，特别是一种管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法。

背景技术

焊接技术作为一种基本的工艺方法，广泛地应用于石油化工、航空、航天、舰船、桥梁、车辆、锅炉、冶金、能源、建筑及国防等各个领域和部门中。随着科技的发展，焊接工艺得到了成功和迅速的发展，尽管如此，在焊接接头产生的过程中，焊缝中仍然不可避免地会出现熔合不良、裂纹、气孔、夹渣、未熔合和未焊透等缺陷。而其中，未焊透缺陷的存在，对焊接结构来说最直接的危害是降低焊接接头的机械性能，而它引起的应力集中往往比强度降低的危害性大得多。

压力管道是许多特种设备或者系统的核心设施，一旦发生质量安全事故.可能引起燃烧、爆炸或中毒等恶性事故，为保障其安全运行，采用适当的方法对其进行定期的检测是十分有必要的。目前压力管道的连接多采用焊接方式，对接焊缝处往往是管道的薄弱环节，容易产生各种缺陷和损伤，而对接焊缝处的未焊透缺陷则是最重要也是危害最大的一种缺陷。对于直径较小的对接管道，由于现场工艺条件的限制，大多数对接焊缝处都存在未焊透缺陷。为准确评价压力管道的预期寿命和安全性，必须对未焊透缺陷的深度做出准确测量，在此基础上才能进一步的进行应力校核以及断裂力学估算等，进而对管道的安全性给出评价。

在管道对接焊缝的检测中，目前常用的检测方法是超声法和射线法。由于实际检测条件的限制，超声检测的TOFD方法和相控阵方法等不能在管道检测中的得到有效的应用，目前使用较多是手工探伤。由于对接焊缝轮廓的复杂，手工超声波探伤的回波信号十分复杂，辨识困难，对检测人员的技术水平和经验要求很高。因此在实际应用中更倾向于使用射线透照法，根据现有标准，目前的射线透照工艺能够满足对管道对接焊缝的定性检测要求；应用对比试块以及其它处理方法，也能够对未焊透深度进行粗略的定量。但射线透照法目前的定量精度还比较低。而且射线法的劳动量和费用也比较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种利用漏磁技术对管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，其特征在于：包括下述步骤：

(1)预处理：采用表面清洁处理方法从待检测的工件表面除去所有污垢；所述的工件是磁性工件。

(2)检测：利用磁粉探伤仪磁化所述的工件，使用传感器对所述的工件表面的磁场的连续性进行测量和记录；

(3)计算结果：通过数值拟合获得漏磁场突变值与缺陷特征值的经验公式，并将上述测量和记录的数据代入经验公式，计算出缺陷深度。

本技术方案中先将需要检测的铁磁性工件在磁场中被磁化，由于缺陷与工件本身的磁导率和电导率差异，破坏了磁路的连续性，导致工件表面处的漏磁场发生突变；使用传感器对缺陷引起的漏磁场突变进行测量和记录；并建立漏磁场突变值与缺陷特征值的对应关系，从而实现对缺陷特征值的量化。

在上述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法中，所述的步骤1中的表面清洁处理方法为先用水或清洗剂清洗表面污垢，再对焊缝余高进行修磨。采用水冲洗或者市场上常用的去除的清洗剂对工件表面进行清洁处理，将杂质去除，以提高检测的数值精确度。

在上述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法中，所述的步骤2中的磁粉探伤仪为便携式直流磁粉探伤仪。便携式直流磁粉探伤仪具有磁化功能，能对待侧工件进行磁化，用于表面和近表面缺陷的检测，是控制器与固态电子器件为一体的高性能的轻便仪器。

在上述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法中，所述的步骤2中的传感器为用于测量漏磁场强度的特拉斯计。

在上述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法中，所述的步骤3中的经验公式为通过数据拟合获得，具体操作为：通过对被测工件的某一条母线进行励磁，测量得一组磁通数值，再对数值进行拟合以获得漏磁场突变值与缺陷特征值的经验公式。

与现有技术相比，本方法具有以下突出优点：1、本方法利用便携式直流磁粉探伤仪对带有缺陷的铁磁性工件进行磁化，由于缺陷的存在破坏了磁路的连续性，导致工件外表面处的漏磁场；使用传感器对缺陷引起的漏磁场进行测量和记录，分析总结漏磁场变化规律；通过数值拟合获得漏磁场突变值与缺陷特征值的经验公式，从而实现对缺陷特征值的量化。再次测量和记录漏磁场突变值，把记录的数据代入经验公式，可计算出缺陷深度。该方法具有操作简单，快速便捷，可以实现现场检测的特点；2、通过应用上述方法对手工焊接的管道对接焊缝进行了检测实验，实验结果证明，在实验条件下，未焊透深度的定量绝对误差小于0.3mm，相对误差小于10％，检测结果可靠，精确度高。3、检测成本低；4、绿色环保。

附图说明

图1是管对接焊缝漏磁检测原理示意图。

图2是无焊缝时励磁磁轭间的漏磁场分布示意图。

具体实施方式

图中，1、焊缝区；2、未焊透区；A、励磁点一；B、励磁点二；C、测点一；D、测点二。

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明在对管道工件对接焊缝根部进行缺陷定量漏磁检测时，首先需要先用水或清洗剂清洗管道工件的表面污垢，并对焊缝余高进行修磨；其次再利用磁粉探伤仪磁化管道工件，使用传感器对管道工件表面的磁场的连续性进行测量和记录；最后通过数值拟合获得漏磁场突变值与缺陷特征值的经验公式，并且将上述测量和记录的数据代入经验公式，计算出缺陷深度。

本发明中漏磁检测的原理是：带有缺陷的铁磁性工件在磁场中被磁化，由于缺陷与工件本身的磁导率和电导率差异，破坏了磁路的连续性，导致工件表面处的漏磁场发生突变；使用传感器对缺陷引起的漏磁场突变进行测量和记录；并建立漏磁场突变值与缺陷特征值的对应关系，从而实现对缺陷特征值的量化。由上述漏磁检测的原理可知，漏磁检测定量的关键是建立正确的对应关系，也就是漏磁场突变值与缺陷特征值的量化关系，以此为基础才能进行漏磁的定量检测。

本实施例针对管道对接焊缝的特点，使用水冲洗管道的表面污垢，再采用市场上销售的便携式直流磁粉探伤仪对管道进行磁化，然后通过特拉斯计测量漏磁场强度，建立如图1所示的漏磁场模型。

图1所示，在检测过程中，沿被测管道的某一条母线励磁。考虑焊缝轮廓在周向上的不均匀性，漏磁测量仅在该条母线上进行，对漏磁场的分析也限制在周向宽度Δs内，Δs足够小，以保证焊缝在该范围内均匀。

设在实验所用的励磁条件下，管壁材料中产生的磁感应强度为B₁，无焊缝时管壁处漏磁场强度为B₃，则管道无焊缝时，励磁场产生的总磁通可表示为，

φ₁＝B₁·t·Δs+B₃·k₁·Δs (1)

其中t为测量点处的管壁厚度，Δs为测量点处的小量周向宽度，B₁·t·Δs即为管壁内产生的磁通；k₁为管壁漏磁场系数，表示整个漏磁场折算到测量点处的厚度系数，B₃为测量点处的漏磁场强度，B₃·k₁·Δs即为无缺陷和焊缝时的漏磁通。

如图1所示，测点二为焊缝中线处，则该点的总磁通可以表示为，

φ₂＝B₂·(t+h-x)·Δs+B₄·k₂·h·Δs (2)

其中，B₂为焊缝融合区的磁感应强度，h为测量点处的余高，x为测量点对应径向上的未焊透深度，则B₂·(t+h-x)·Δs为焊缝融合区内的磁场强度；B₄为焊缝外测量点处的漏磁场强度，k₂为管壁焊缝漏磁场系数，表示整个焊缝处漏磁场折算到测量点处的厚度系数，考虑提离效应，在式(2)第二项中引入余高，则B₄·k₂·h·Δs表示焊缝测量点处的磁通。

根据磁通量守恒原理，联立式(1)和式(2)，有，

B₁·t·Δs+B₃·k₁·Δs＝B₂·(t+h-x)·Δs+B₄·k₂·h·Δs (3)

(3)式成立的精确条件是励磁条件完全相同，即如果B₃的测量点在两个励磁点A、B的磁轭的中点处，则B₄的测量点也要在两个励磁A、B的磁轭的中点处，这就要求在同一母线上的不同位置(有焊缝处和无焊缝处)分别励磁两次，才能完成一次测量。

结合经验以及实际检验结果可得出下图所示的无焊缝时励磁磁轭间的漏磁场分布示意图，如图2所示。

考虑无焊缝时漏磁场的强度存在上图所示的特点，即在励磁中点左右±15mm范围内漏磁场的变化趋于直线，且变化率不超过0.1mT。故采用如下的测量方法。

测量在一次励磁中完成，如图1所示，在测点一C处测得的B₃代替无焊缝时磁轭中点处的漏磁场强度，在测点二D处测得B₄即为焊缝处的漏磁场强度，再根据公式(3)，即可计算出测量点对应径向上的未焊透深度x。

为便于实验和数据处理，对公式(3)中的目标量未焊透深度x做显式处理，即，

x＝t+h-M·t-B₃·N+B₄·h·L (4)

其中，

M = \frac{B_{1}}{B_{2}},

N = \frac{k_{2}}{B_{2}},

L = \frac{k_{2}}{B_{2}} .

在式(4)中，x为目标量，t，h，B₃，B₄的含义如前所述，均可测量得到。M，N，L为待定系数，可以通过数值拟合得到。

实验中使用参数相同的两个管对接焊缝试样，其中一个用来进行数据拟合，求取待定系数M，N，L；另一个用来验证拟合公式的测量精度。所使用管材的基本参数为，直径160mm，壁厚各测量点不同，为5～7mm。测量结果如表1和表2所示。由表1数据拟合得到，M＝0.7859，N＝1.1386，L＝0.1749。

表1160mm管径对接焊缝漏磁检测数据1(用于数据拟合)

表2160mm管径对接焊缝漏磁检测数据1(用于检验误差)

由表1和表2中的数据可以看出，当焊缝余高高度小或等于未焊透深度时，计算公式(4)对未焊透深度计算误差小于10％；但是当焊缝余高大于未焊透深度时，计算公式(4)会出现较大的误差。这说明公式(2)中选用线性量对余高进行修正，在余高小于未焊透时误差较小，是可以接受的，但在余高大于未焊透时，则会引起比较大的误差。

为就解决压力管道对接焊缝未焊透缺陷的定量检测问题，本文使用漏磁检测方法进行了探索。推导了利用漏磁方法测定对接焊缝未焊透深度的简化公式；结合该公式提出了可行的测量方法和数据处理方法；通过实验验证了该检测方法在余高小于焊缝未焊透深度时可以取得小于10％的估算精度。对于焊缝余高高于未焊透深度时，该方法测得的误差较大，需要对余高进行进一步的修正。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了焊缝区1、未焊透区2、励磁点一A、励磁点二B、测点一C、测点二D等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，其特征在于：包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，其特征在于，所述的步骤1中的表面清洁处理方法为先用水或清洗剂清洗表面污垢，再对焊缝余高进行修磨。

3.根据权利要求1所述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，其特征在于，所述的步骤2中的磁粉探伤仪为便携式直流磁粉探伤仪。

4.根据权利要求1所述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，其特征在于，所述的步骤2中的传感器为用于测量漏磁场强度的特拉斯计。

5.根据权利要求1所述的管道对接焊缝根部缺陷定量漏磁检测方法，其特征在于，所述的步骤3中的经验公式为通过数据拟合获得，具体操作为：通过对被测工件的某一条母线进行励磁，测量得一组磁通数值，再对数值进行拟合以获得漏磁场突变值与缺陷特征值的经验公式。