CN102645485A - 锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法，其借助于一个开式线圈来完成；所述检测方法包括下述步骤：先在管座与锅炉联箱之间的角焊缝周围施加磁粉；然后检测角焊缝的纵向缺陷，其采用线圈磁化法；再检测焊缝的横向缺陷，其采用通电磁化法；所述线圈磁化法和通电磁化法形成双向垂直磁化，两者均为单方向磁化。本发明采用制作的开式线圈来完成管座角焊缝的磁粉检测，并根据角焊缝的特点，采用线圈法磁化和通电法磁化，形成双向垂直极化，能较好的对角焊缝的缺陷进行全面的检测。

Description

锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法

技术领域

本发明涉及一种小尺寸管座角焊缝缺陷的检测方法，尤其是一种锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法。

背景技术

作为一种重要的结构形式，接管在设备上的角接形式广泛应用于锅炉、压力容器、压力管道等特种设备。由于结构原因，角焊缝相对于对接焊缝应力集中情况严重，容易产生裂纹，导致设备非计划停运，因此在设备维修过程中通常会对角焊缝进行大批量磁粉检测。但角焊缝结构特殊，即使是对小尺寸管座角焊缝，采用常用的磁轭法磁化也需要多向多次磁化才能完成全部检测。尤其在锅炉联箱管座角焊缝磁粉检测时，一方面管座数量多，磁轭法磁化效率低；另一方面管座密集，不容易放置磁轭到恰当位置，影响磁化效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种检测效率高、便于操作的锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法，其关键技术在于：其借助于一个开式线圈来完成，所述开式线圈由两个对开的半圆形排线铰接而成，所述排线包括排线骨架以及嵌设于排线骨架内的导线；两个排线铰接的一端均设有上下两个支撑架，两个支撑架上配套设置有销轴，在该端两个排线之间设有弹簧和可控制两个排线彼此张合的操作手柄；两个排线的另一端为导线触点端，该端通过排线的开合形成闭合线圈； 

所述检测方法包括下述步骤：

1）在管座与锅炉联箱之间的角焊缝周围施加磁粉；

2）检测角焊缝的纵向缺陷：采用线圈磁化法，将所述开式线圈套设于管座上，将开式线圈的其中一个引线端置于与管座连接的锅炉联箱上，将所述锅炉联箱与励磁发电机电流输出端的一端相接，所述开式线圈的另一引线端与励磁发电机电流输出端另一端相接，电流只通过锅炉联箱和开式线圈，磁化方向平行管座轴； 

3）检测焊缝的横向缺陷：采用通电磁化法，将所述开式线圈套设于管座上，将其其中一个引线端置于管座上，将开式线圈的另一引线端接励磁发电机；测试时使开式线圈滑动到离管座角焊缝较远的距离，该距离通过灵敏度试片确定，确定原则是当线圈单向磁化时使开式线圈离开管座至灵敏度试片上不出现裂痕为止；所述线圈磁化法和通电磁化法形成双向垂直磁化，两者均为单方向磁化。 

所述排线骨架为具有一定强度和绝缘性能的硬质塑料。

所述纵向焊缝是指和管座角焊缝平行方向的焊缝，所述横向焊缝是指与管座角焊缝垂直方向的焊缝。

所述磁粉的施加方式为喷壶喷浇磁悬液。

本发明的原理如下：

当半径为R的环形线圈L通电电流I时，圆线圈上任意电流元                                                

在轴线P点产生的磁感应强度

为：

    式（1）

各电流元在P点的磁感应强度大小相等，方向各不相同，但各

与轴线成一相等的夹角，参见附图8。将分解为平行于轴线的分矢量dB_∥和垂直轴线的分量

。由于对称关系，任一直径两端的电流元在P点的磁感应强度的垂直轴线的分量

大小相等，方向相反，因此，载流环形线圈尚电流在P点的磁感应强度分量

互相抵消，而dB_∥得到加强。所以P点磁感应强度为圆形线圈上所有电流元的dB_∥的代数和，即（根据宋地哲.磁粉检测[M].北京.中国劳动社会保障出版社,2007:8-10）：

   式（2）          

对于半径为R，电流为I的载流直螺线管，每单位长度有线圈n匝，采用同样的方法进行求解，可得

   式（3）

对于通过电流为I的长直导体周围的磁感应线是一组以导体为中心的同心圆，任一点磁感应强度B为（根据宋地哲.磁粉检测[M].北京.中国劳动社会保障出版社,2007:8-10）：

   式（4）

因此可以通过线圈和对导体通电产生磁场对工件磁化用于铁磁性材料的磁粉检测。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1）发明采用制作的开式线圈来完成管座角焊缝的磁粉检测，并根据角焊缝的特点，采用线圈法磁化和通电法磁化，形成双向垂直极化，能较好的对角焊缝的缺陷进行全面的检测。

2）现有的磁化线圈，均为从管座端头套入管子进行磁化，而在役管座没有断开的端面，无法用现有的线圈套入进行管座磁化。而本发明的开式线圈可以开合，从而可方便的从侧面即可套入管座内，用于管座角焊缝的磁粉检测，弥补磁轭法检测管座角焊缝的种种不足。

3）本发明检测方法可用于小尺寸座角焊缝磁粉检测，具有检测效率高，便于操作、磁化效果好等特点，在管座的检测中拥有广阔的应用前景，解决了采用磁轭法检测时效率低，难以全面磁化的问题。

附图说明

图1是本发明的开式线圈的立体示意图；

图2是本发明开式线圈的主视图；

图3是本发明开式线圈导线触点端的示意图；

图4是本发明开式线圈的简化示意图；

图5是线圈磁化法的示意图；

图6是通电磁化法的示意图；

图7是排线内导线的排布设计原理示意图；

图8是线圈磁化法的简化原理示意图；

其中，1、支撑架；2、销轴；3、排线，3-1、排线骨架，3-2、导线；4、操作手柄；5、弹簧；6、代表开式线圈；7、锅炉联箱；8、管座；9、角焊缝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见附图1-4，这是本发明中使用的开式线圈，其结构为：由两个对开的半环形排线3铰接而成，所述排线包括排线骨架3-1以及嵌设于排线骨架3-1内的导线3-2；两个排线铰接的一端均设有上下两个支撑架1，两个支撑架1上配套设置有销轴2，在该端两个排线3之间设有弹簧5和可控制两个排线彼此张合的操作手柄4；两个排线3的另一端为导线触点端，该端通过排线3的开合形成闭合线圈。其中导线3-2的排布原理如图7所示，当将排线3闭合时，导线两端相同编号的线连接在一起，成为闭合线圈。本发明中的排线骨架3-1设计了成两个半环状，一端通过连接件铰接，可以打开闭合，并设置了弹簧5，在管座8上套设时可以利用弹簧5的弹性定位在管座上，另一侧设计成导线的触点，通过两者的开合可以紧密接触，形成闭合线圈，在排线上引出两个引线端，用于测试连接。另外，应在排线骨架3-1相铰接一端的外壁部分削成斜台，当斜台为45°时，两半环形的排线3开口端张开后的间距为半环直径D的

倍，可很容易套在直径不大于D的受热面管上，又不易碰伤导线的触点，还能控制排线3的开口角度不会太大。

本发明线圈磁化法的检测方法如下：

在检测前，需要施加磁粉，磁粉施加方式为喷壶喷浇磁悬液。

本文中的纵向、横向为相对角焊缝走向而言：纵向为和管座角焊缝平行的方向，横向为和管座角焊缝垂直的方向。

参见附图5，其是为检测角焊缝9的纵向缺陷：采用线圈磁化法，将所述开式线圈套设于管座8上，开式线圈6引出两个引线端，其中一个引线端（也叫活动触头）置于与管座8连接的锅炉联箱上，将所述锅炉联箱再与励磁发电机的一端相接，所述开式线圈的另一引线端与励磁发电机的另一端相接，此时电流只通过设备和线圈，磁化方向平行管座轴。

参见附图6，其为检测焊缝的横向缺陷：采用通电磁化法，将所述开式线圈套设于管座8上，将其活动触头置于管座8上，将开式线圈的另一端接励磁发电机；测试时使开式线圈滑动到离管座角焊缝9较远的距离，该距离通过灵敏度试片确定，确定原则是当线圈单向磁化时使开式线圈离开管座至灵敏度试片上不出现裂痕为止；所述线圈磁化法和通电磁化法形成双向垂直磁化，两者均为单方向磁化。 

为达到双向垂直磁化目的，在用线圈磁化时，将开式线圈活动触头置于管子连接的设备上，设备连接在磁化电源（即励磁发电机）一端，线圈另一根线直接连在磁化电源的另一端，此时电流通过设备和线圈流过，管子并无电流通过，磁化方式为线圈单方向磁化，磁化方向平行管轴方向，如图5所示；在对管子通电磁化时，可将线圈活动触头置于管子上，此时电流通过管座角焊缝，可产生垂直管轴方向的磁场，为避免线圈磁场对通电磁化方向的影响，可使线圈在管子上滑动到离管座较远的距离，该距离可通过灵敏度试片确定：用线圈单向磁化时使线圈离开管座到灵敏度试片上不出现磁痕为止，试片采用检测工艺JB/T4730.4要求的A₁-30/100试片。

本发明检测方法的有关规范和原理如下：

根据磁粉检测工艺标准要求的磁化规范（JB/T 4730-2005. 承压设备无损检测[S]）,计算用于检测管座角焊缝的线圈电流，并设计合适的开式线圈结构，并通过卡钳使线圈套在管子上对管座角焊缝进行磁化以检测角焊缝的纵向缺陷。然后使通过开式线圈的电流流过管子产生磁场磁化管座角焊缝以检测管座角焊缝的横向裂纹。工程中小尺寸管座较常见的外径为32mm～60mm，因此本发明主要针对32mm～60mm范围管座角焊缝进行磁化工艺设计。

1）  通电法磁化规范的计算

采用通电法磁化时，通常所需电流较大，蓄电池难以提供如此大功率，需采用220V交流电源，由于交流电的集肤效应，具有对表面缺陷检测灵敏度高、磁化变截面工件时磁场分布较均匀等特点，因此励磁电流选用交流。根据检测工艺标准要求（JB/T 4730-2005. 承压设备无损检测[S]），对截面最大尺寸为D的工件采用连续法交流电通电磁化时，磁化电流：

I=(8～15)D  式（5）

2）  线圈法磁化规范的计算

设计线圈直径D_l,被检管座外径为D，则填充系数Y（根据JB/T 4730-2005. 承压设备无损检测[S]）:

    式（6）

对于不同的填充系数，有不同的磁化规范：

  当

时，且管座相对于线圈偏心放置时：

  式(7)

  当

时：

  式(8)

  当

时：

  式（9）

以上各式中：

I—               施加在线圈上的磁化电流，A；

N—            线圈匝数；

L—             管子长度；

D—            管子直径。

线圈卡在管座上磁化时，通常是挂靠在管子上，采用偏心放置，因此不考虑中心放置时的磁化规范计算，对于在役设备检测时，管子长度很长，L/D值通常会较大，根据工艺标准（JB/T 4730-2005. 承压设备无损检测[S]），将L/D值定为15。

根据式（5）～式（9）得出下表格1中的数据，表1为不同磁化方法时的磁化规范

表1

根据表1数据可以看出，当线圈匝数为5时，对于Φ51mm以下的管座，用于线圈法磁化的电流值，可满足通电法要求的磁化规范，因此在检测时只需计算线圈磁化电流即可满足检测工艺要求。对于尺寸更大的管座，线圈法磁化时的电流值小于通电法要求的磁化电流，检测时需要根据通电法确定磁化规范。此时线圈磁化规范较高，易产生非相关显示，可将线圈顺管子远离管座，使用灵敏度试片进行测试直至磁化满足检测要求。由于线圈磁化电流和对管子通电磁化电流均为交流，故同时磁化时并不是复合磁化，而是在某一方向的单方向磁化。 

Claims (4)

1.一种锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法，其特征在于：其借助于一个开式线圈来完成，所述开式线圈由两个对开的半圆形排线（3）铰接而成，所述排线包括排线骨架（3-1）以及嵌设于排线骨架（3-1）内的导线（3-2）；两个排线铰接的一端均设有上下两个支撑架（1），两个支撑架（1）上配套设置有销轴（2），在该端两个排线（3）之间设有弹簧（5）和可控制两个排线彼此张合的操作手柄（4）；两个排线（3）的另一端为导线触点端，该端通过排线（3）的开合形成闭合线圈； 

所述检测方法包括下述步骤：

1）在管座（8）与锅炉联箱（7）之间的角焊缝（9）周围施加磁粉；

2）检测角焊缝（9）的纵向缺陷：采用线圈磁化法，将所述开式线圈套设于管座（8）上，将开式线圈的其中一个引线端置于与管座（8）连接的锅炉联箱（7）上，将所述锅炉联箱（7）与励磁发电机电流输出端的一端相接，所述开式线圈的另一引线端与励磁发电机电流输出端的另一端相接，电流只通过锅炉联箱和开式线圈，磁化方向平行管座轴； 

3）检测焊缝的横向缺陷：采用通电磁化法，将所述开式线圈套设于管座（8）上，将其其中一个引线端置于管座（8）上，将开式线圈的另一引线端接励磁发电机；测试时使开式线圈滑动到离管座角焊缝（9）较远的距离，该距离通过灵敏度试片确定，确定原则是当线圈单向磁化时使开式线圈离开管座至灵敏度试片上不出现裂痕为止；所述线圈磁化法和通电磁化法形成双向垂直磁化，两者均为单方向磁化。

2.根据权利要求1所述的锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法，其特征在于：所述排线骨架（3-1）为具有一定强度和绝缘性能的硬质塑料。

3.根据权利要求１所述的锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法，其特征在于：所述纵向焊缝是指和管座角焊缝（9）平行方向的焊缝，所述横向焊缝是指与管座角焊缝（9）垂直方向的焊缝。

4.根据权利要求1所述的锅炉联箱小尺寸管座角焊缝磁粉检测方法，其特征在于：所述磁粉的施加方式为喷壶喷浇磁悬液。

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