金属磁记忆法在焊缝质量检测中的应用

金属磁记忆方法在焊缝质量

检测中的应用

袁琪，焦民．徐允谦

(北京有色金属研究总院金属磁记忆研发培训中心，北京100088) 摘要：介绍金属磁记忆方法用于焊缝检测的特点。焊接件实际应力-应变状态的快速检测显示了金属磁记忆方法的优越性，同时给出了应用的典型案例。

关键词：磁性检测；磁记忆材料；焊缝；缺陷；应力集中

中图分类号：TGll5.28 文献标识码：A 文章编号：1000-6656(2002)12-0539-02 APPLICATION OF METAL MAGNETIC MEMORY TESTINGTO WELD QUALITY EVALUATION

YUAN Qi, JIAO Min, XU Yun-qian

(Developing and Training Center of MMM, Beijing General Research Institute for Non-Ferrous Metals, Beijing 100088, China)

Abstract: The characters of the application of metal magnetic memory(MMM) to the inspection of welded jointswere described. The advantages of MMM were shown in nondestructive testing of welded joints for their stress-strain state and flaw. Typical application examples were also given.

Keywords:Magnetic testing; Magnetic memory metal; Weld; Defect; Stress concentration

1 焊缝质量的金属磁记忆评价

对焊缝质量的评价，大多采用射线、超声等常规方法来检测气泡、夹杂物和未熔合等焊接工艺缺陷，随着人们对焊缝质量要求的不断提高，金属焊接后，焊缝残余应力集中的大小对设备和工件的使用寿命影响已引起了人们的足够重视。

在一般金属加工中，焊接比较容易产生残余应力集中。焊接时焊接部位急速加热到很高温度，热应力造成局部塑性变形导致残余应力集中[1]。焊接造成的残余应力集中从原理上讲比较简单，但在实际工作中，残余应力集中产生的状况与焊接件的材料、外形尺寸和焊接工艺有关，是一个十分复杂的问题。目前，人们的共识是，焊接中焊缝残余应力集中的不均匀程度，即大小和分布状态，对于材料的脆性破坏、疲劳裂纹的萌生、应力腐蚀开裂及其它各种损坏都会产生严重后果[2]。

能否在工程中找到一种快速而又准确地发现焊缝残余应力集中的方法，是人们迫切关心的问题。俄罗斯学者杜波夫教授等做了大量的研究工作，率先提出了金属磁记忆检测学说，并开发出相应的成套仪表，这一技术在检测铁磁性工件制造和运行时产生的残余应力集中方面有着广阔的应用前景[3]。

众所周知，工件焊接后的磁畴结构是金属冷却时通过居里点(768oC)在地球磁场中形成的，且伴随焊接后冷却的结晶化。一旦存在焊接缺陷，则形成异常的磁畴结构，并以漏磁场的形式外延到焊缝表面，实验研究确定了焊接缺陷对漏磁场磁化强度的影响。因此，用于焊缝质量评价的金属磁记忆检测方法是漏磁检测的一种特殊形式[4]。

2 焊缝的应力集中检测仪评估

图1是用TSC-1M-4应力集中磁指示仪四通道传感器检测管道对接焊缝的示意图。TSC-1M-4是电脑式仪表，用来检测焊缝的漏磁场Hp。图l扫描小车上的三个传感器朝向焊缝，传感器间距离根据焊缝的尺寸加以调整，使中间传感器2对准焊缝中线，两侧传感器1，3位于焊缝的左、右热影响区。传感器4单独朝上，用来补偿地球磁场本底。

图1用应力集中指不仪四通道传感器检测管道对接焊接头

1～3．在焊缝表面记录Hp场的扫描装置的铁磁探测式传感器4．用以消除外磁场Hp的铁磁探测式传感器5．测长仪驱动轮

在金属表面(或接近金属表面)移动传感器时，仪表同时记录检测长度。检测焊缝漏磁场Hp，法向分量出现零值或与之交叉时，磁测仪表发出声音信号，表示该位置有应力集中，而零值线正是焊

缝金屑中存在应力集中区的主要诊断标志之一。

焊缝质量用漏磁场Hp沿焊缝表面及热影响区的分布特性加以评估[5]。漏磁场短程多次跳变和过零值是我们要查找的应力集中区。而相邻检测点间的漏磁场变化值｜△Hp｜称为漏磁场的梯度值，

其物理意义是由漏磁场梯度值Kin反映的应力集中强度系数

式中△ιk——传感器取样长度，mm

从式(1)中找出其最大值，表示这段焊缝的最大应力-应变区。接着求出整段焊缝上漏

磁场变化梯度的平均值Kav,即‘式中区间上两相邻检测点之间磁场Hp的变化 n---应力集中区的数目

通常把焊缝质量分为两类，即合格(Kinmax≤NKav)和不合格(Kinmax≥NKav)。N值表征焊缝金属的强度性能，它由焊接工艺、钢的牌号以及焊接接头规格种类决定，其取值范围为1～5。

为了查明焊缝横向上的应力一应变状态，要对比两个热影响区传感器的梯度值，补充求出Kmax=，其中为两个检测传感器(测量通道)间在等于焊缝宽度的基准距离△ιδ上磁

场(Hp,和Hp2)的最大变化。

3 实际工件检测案例

图2和图3是平板试件对接焊缝的质量检测结果。纵坐标轴是漏磁场强度，横坐标轴是仪表自动记录的长度标尺，图2是二氧化碳介质中的手工氩弧焊缝，三条曲线分别是焊缝中部、左、右热影响区的漏磁场分布。图3是半自动焊缝检测结果。

图2 lOOmmX50mmX2.5mm平板试件两道对接手工氩弧焊缝(焊接时平板试件处于自由状态)

图3200mmX50mmx8mm平板试样的对接焊接头C02气体保护的半自动焊焊缝第二道中未熔区段(测量Hp时的垂直状态)

从图2能看到漏磁场Hp分布较均匀，用圆标出1，2，3三个漏磁场过零改变符号区域，代表Hp场强度不大的应力集中区。这样，可以说是焊缝质量合格，不太大的应力集中区应当是由焊缝两侧板材的不均匀变形造成的。

图3案例是焊缝热影响区残余焊接应力场很大且不均匀的情况，把焊缝分出有应力集中线和有内部焊缝缺陷的区段1与2，这里漏磁场跳变、梯度值大，即Kin值较大。焊缝内部的具体缺陷也

可用其它检测方法(如超声波和X射线)来作补充检验[6].。

4结束语

金属磁记忆方法能快速普查焊缝，查找焊缝的异常应力-应变区，从而大大减轻无损检测的工作量，做到有的放矢。

金属磁记忆方法能用漏磁场参数对焊缝质量进行定性和综合评估，用漏磁场梯度和应力集中强度系数来查找焊缝缺陷[7].。

金属磁记忆方法是无损检测技术的进一步发展、完善和有益的补充，并具有极广阔的应用前景。参考文献：

[1] Makarov IL Criterion of an estimation of technologicalimperfections in welded structures[J]. SvarochnoyeProisvodstvo, 1975, (12) :9-- 11.

[2] 盖伊著，徐记南译．物理冶金学[M]．北京：机械工业出版社，1981．

[3] 米谷茂著，朱荆璞，邵会孟译．残余应力的产生和对策[M]．北京：机械工业出版社，1983．

[4] Doubov AA. The express-technique of welded jointsexamination with use of metal magnetic memory[J].Svarochnoye Proisvodstvo, 1996, (11) :33--36.

[5] GD 51-1-98. The Technique of Operative ComputerDiagnostics of Local Sites of Gas Pipelines with Useof Metal Magnetic Memory[Z]. Moscow: Energodi-agnostika Co Ltd, 1998.

[6] 闫家魁，张友人，等译．管路、设备和结构的金属磁记忆诊断新技术[z]．北京：中国机械工程学会国外科技发展研究会，1999．

[7] 任吉林，林俊明，等．金属磁记忆检测技术[M]．北京：中国电力出版社，2000．