对带防腐层焊缝疲劳裂纹的快速探伤

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1、带防腐层焊缝疲劳裂纹的快速探伤刘凯(厦门涡流检测技术研究所厦门361003)沈功田(国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器检测研究中心北京100013)摘要：防腐层下钢结构件的焊缝裂纹探伤和裂纹深度测量一直是困扰业界的难题，采用交流电磁场技术的WELDSCOPE裂纹探伤仪已能解决，而且简便快捷，并可估算出裂纹的深度值。该项目属国家“十五”科技攻关计划专题（2001BA803B03-3）。关键词：焊缝；防腐层；缺陷评定；数字化仪1.前言在工业中广泛使用的压力容器、管道和结构件大都由钢铁制成，并存在许多焊缝，

2、在长期作用力下，焊缝最容易受到损伤，最常见缺陷是由疲劳产生的表面裂纹。表面疲劳裂纹危害性比内部的埋藏裂纹危害性更大，尖锐的裂纹尖端会引起应力集中，促使裂纹快速扩展造成严重事故。因此，焊缝上的裂纹查找以及开裂的深度测量，一直是困扰业界的难题。超声波可以用来检查焊缝，但探头必须直接与工件表面直接耦合，而且操作复杂。通常是采用磁粉或渗透的方法来查找表面开口裂纹，然后由电位法来测量裂纹深度。上述几种方法都需要对被检物事先进行清洁处理，除去表面防腐层、漆层或污垢，检测效率低，这对要求在短短的检修期内检查大量焊缝的

3、在役设备，是难于接受的。传统的涡流方法也能用来检测钢结构件，并无需清除表面较薄的污垢或漆层，然而这种方法只适用来检查母材上的裂纹，对焊缝上的裂纹却会因焊缝在高温溶合时产生的急烈的铁磁性变化而出现的杂乱无序的磁畴干扰而无法实施，当然高低不平焊冠和母材与焊接填充材料差异，也是造成检测困扰原因之一。目前已有多种无损检测方法用于焊缝裂纹探伤：磁粉（MP）、渗透（LP）、超声波（UT）、X射线（RT）和涡流（ET），它们各自的优点缺点比较如下：·磁粉法最直接与相关，容易使用。但不适宜工件表面有涂层或表面潮湿的情况

4、。·超声波法可以很好地发现工件表面下缺陷，但同样不许表面存在涂层，而且检测结果与操作者水准有关。·渗透法也适宜表面裂纹检查，然而也要求工件表面清洁和干燥，并且判伤与操作者水准相关。·X射线法很容易发现工件表面、近表面裂纹。与其它方法不同，要求有良好的防护措施，以避免产生人身伤害。·电磁感应法很适合探测表面裂纹，而且能穿透工件表面存在数毫米厚的涂层。它不但能在潮湿的条件下使用，甚至能在水下直接使用。常规涡流法受到多种干扰因素影响。判伤也与操作者水平有关。本文介绍一种采用交流电磁场技术和数字化技术的焊缝裂纹

5、探伤仪，能在带有较厚防腐层的金属表面上快速扫查焊缝或母材上存在的开口疲劳裂纹，而且可以较准确地测量出裂纹的深度值。12.检测原理用一交变磁场磁化钢铁试件的局部区域，当缺陷进入交变磁场内，会在表面产生泄漏磁场梯度异常区，采用磁敏元件检测这些磁场的畸变，就能获得缺陷信号，由于试件也是良导体，在交变磁场的感应下，试件也将产生感应电流，并同时生成附加的感生磁场与原有的泄漏磁场合成复合磁场。对铁磁性材料，交流电磁场的畸变，会因磁导率的增大而得到加强。由于交流电磁场检测法传感器与试件的耦合是以电磁波的方式传递，所以

6、它们之间无需像超声波法要借助耦合剂，可直接穿透非导体涂层、铁锈、甚至不太厚的不锈钢覆盖层。交流电磁场检测法就是用磁敏元件来收集泄漏复合磁场畸变，反映裂纹存在和深浅。合理地设计励磁器磁路和用高导磁率材料制作磁敏元件聚磁器，可以提高检测灵敏度。这是一种快速而又准确地发现焊缝裂纹的方法，能对焊缝裂纹作定性和半定量评估。励磁器励磁器磁敏元件裂纹磁敏元件试块试块图1交流电磁场检测法原理3.检测装置构成检测装置主要由探头和WELDSCOPE焊缝裂纹探伤仪构成。3.1检测探头探头是在被检导体表面将磁学物理量转换成信号

7、的磁敏传感器，它还包含了交流电磁场励磁器。把一个磁场加到一个通有电流的导体上，在导体的两侧就会产生一个电压，称为霍尔效应。图2所示为霍尔效应的原理图，图中一片状半导体材料置于磁场B之下。当有电流I流过，电子运动速度υ与I的方向相反，电子运动受到磁场的作用使运动轨迹横向偏移，按图中虚线方向前进。结果，半导体片的一侧电子密集出现负电荷，另一侧电子稀疏出现正电荷，两侧面之间形成电场EH称为霍尔电场。θ图2霍尔效应的原理图图3磁阻传感器的工作原理2在导体上施加磁场时，还会同时出现另一种物理现象：随着磁场的增减，

8、导体的阻值也产生变化。该现象称磁阻效应，利用这种效应制成的元件称为磁敏电阻。金属和半导体材料都有磁阻效应，但半导体材料磁阻效应显著，故目前生产的磁敏电阻都是用半导体材料制成，且易于集成。其工作原理是：无磁场时，元件电流密度矢量一般呈直线状，当磁场垂直加在元件表面时，由于霍尔效应，电流密度矢量与电场方向偏离了θ角（霍尔角），电流经过的路程就变长了，于是电阻值也就增加了。电阻增加的大小与元件的形状有关，即所谓形状效应，如图3所示。焊缝探伤探头可