基于金属磁记忆法的球罐支柱角焊缝缺陷检测方法.pdf

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1、314化工机械2015年基于金属磁记忆法的球罐支柱角焊缝缺陷检测方法蔡刚毅4虞雪芬项智陈长杨建华(浙江省特种设备检验研究院)摘要使用金属磁记忆方法对在用球罐支柱角焊缝进行检测，发现大部分支柱角焊缝存在应力集中指示区，且普遍分布于1。、2。检测部位，其中，2。支柱的应力集中最为明显。对支柱角焊缝进行常规检验，发现24、94、108支柱存在超标裂纹，表明金属磁记忆法可用于常规检验之前以确定重点检测部位，使检测更具针对性，提高检验效率。采用有限元软件对承受工作压力、风压和雪压的球罐进行应力计算，发现最大yonmises等效应力

2、出现在2’球罐支柱角焊缝处，而该处应力满足球罐结构强度要求，经验证，检验发现的超标裂纹可能是由焊接所致。关键词球罐金属磁记忆法支柱角焊缝常规检测中图分类号TQ053．2文献标识码A文章编号0254_6094(2015)03_0314-04球罐是储存各种气体和液化气体的常用压力容器之一，广泛应用于石油、化工、冶金及城市燃气供应等领域。球罐由球壳和支座两部分组成，球壳由许多块球瓣组焊而成，球瓣的拼接方式一般有足球式分瓣和橙皮式分瓣两种；常见的支座形式主要有支柱式，一般球罐采用赤道正切支柱式支座。球罐在使用过程中，内部易受介质

3、的影响，外部易受大气环境的影响，某些情况下可产生应力腐蚀开裂。球罐支柱的角焊缝是应力集中最大的部位，一般是应力检测的重点部位。常规检测方法因支柱角焊缝的特殊结构形式可能会消耗大量检验时间或发生漏检，因此笔者采用金属磁记忆法和常规检验方法对支柱角焊缝处的应力状况进行检测，并利用有限元分析软件对球罐进行应力计算。1金属磁记忆检测技术金属磁记忆检测的原理是磁致伸缩效应及其逆效应。工件在运行时受工作载荷和地球磁场的共同作用会发生磁畴组织定向且不可逆的重新取向(即伸缩致磁)，但工作载荷去除后所产生的磁会被工件记忆下来，形成磁场。在

4、应力集中的部位，磁场强度的法向分量会发生符号变化，并存在过零值点，即出现磁场强度H。=0的点。利用金属磁记忆检测设备可以发现磁场强度H。=0的点，从而确定应力集中区。金属磁记忆检测技术是由俄罗斯学者DubovAA于20世纪90年代后期首次提出的¨。。任吉林和林俊明于2000年首先向中国无损检测界介绍了金属磁记忆检测技术的检测原理和磁记忆仪器的构成原理旧1；黎连修利用磁致伸缩方程分析了磁记忆现象产生的条件和规律，对磁记忆原理做了十分详细的补充"。；刘昌奎等利用金属磁记忆检测技术定量评估了18CrNi4A材料的疲劳损伤，使金

5、属磁记忆检测技术由定性评估阶段发展到定量评估阶段H’5o。通过大量学者的试验研究，金属磁记忆的原理已得到初步完善，并已发展成较成熟的一种无损检测技术∞“0

6、。2金属磁记忆检测现对某在用的4000m3C5球罐的支柱角焊缝进行金属磁记忆检测，球罐的主要参数如下：}蔡刚毅，男，1987年4月生，助理工程师。浙江省杭州市，310020。第42卷第3期化工机械315设计压力0．6MPa设计温度50℃公称壁厚30mm主体材料Q345R(球罐、支柱)支座形式赤道正切内径19700mm操作压力0。167MPa容积4000m3实际操作温度

7、常温实际工作介质C5热处理焊后整体热处理将支柱角焊缝分成3段(1’检测部位、2。检测部位、3。检测部位)进行检测(图1)。以铭牌所在支柱为1’柱，逆时针方向按顺序对球罐支柱编号(图2)。I◆位图1支拄角焊缝右视图与正视图图2球罐支柱编号笔者所采用的仪器为TSC-1M-4应力集中磁检测仪，利用该仪器测量被检测对象表面磁场强度日。的分布，不需要对被检对象进行专门磁化，不要求对被检测表面做任何准备工作，在检测过程中确定金属的应力集中和缺陷部位。仪器技术参数有：磁场强度风的测量范围为一2000～2000A／m；最大采样间距为12

8、8m，最小采样间距为lm；最大扫描速度为0．5m／s。测量所用传感器有4个通道，根据扫描面积大小，使用其中两个通道。检测结果见表1，若表中的磁参数值大于3．000，则表示该段支柱角焊缝存在应力集中指示区。从表1可以发现：2’、3’、5’、64、9。、114和124这6根支柱均有应力集中现象，其中24支柱应力集中情况最严重。表l各支柱角焊缝金属磁记忆检测磁参数316化工机械2015年现对24支柱磁记忆检测数据进行分析，图3为2。支柱3个检测部位的数据分析和检测信号图。由图3和表1分析得出：2’支柱的2’检测部位有很明显的应

9、力集中现象，1’检测部位有较明显的应力集中现象，3。检测部位应力变化较平稳，不划定应力集中指示区。9075604530150一15一100i80≤60奏40曩20誊。一20一105E90·75≤60i45型30鹱15窭0踅一I5—30测试距离L．／mma．1‘榆测部位测试距离L．／mmb．2‘检测部位测试距离L．／m