奧氏體不銹鋼砝碼焊接的磁記憶檢測

引言

磁記憶檢測方法是種通過檢測鐵磁性構件本身內(nèi)稟性磁場，確定構件的或潛在危險區(qū)域的無損檢測技術，具有早期診斷、不需專門的磁化裝置、檢測部位表面不需行預處理等優(yōu)點。碳鋼屬于鐵磁性材料，鐵磁性構件運行時受工作載荷作用，應力集中部位的磁疇取向會發(fā)生變化，在地磁環(huán)境中表現(xiàn)為局部磁場異常，并在工作載荷消除后仍然保留，為的成功檢測提供了可能，現(xiàn)已有多項研究表明磁記憶方法對于檢測鐵磁性構件的損傷和早期是行之有效的。奧氏體不銹鋼屬于弱磁性材料，而金屬磁記憶的基本檢測原理是依賴于應力集中引起的磁場度變化，核心問題在于磁特性的改變，按其原理,金屬磁記憶方法不適用于奧氏體不銹鋼。近年來，些學者對奧氏體不銹鋼的磁特性轉(zhuǎn)變問題做了量工作，研究結果表明，冷加工產(chǎn)生的塑性變形會誘發(fā)亞穩(wěn)態(tài)不銹鋼中馬氏體相的產(chǎn)生，馬氏體相具有烈的鐵磁性;焊接和其他加熱工藝會造成晶界貧鉻，促馬氏體相變產(chǎn)生，使不銹鋼設備焊縫區(qū)域的馬氏體含量普遍偏高。這些研究結果表明，可以將磁記憶檢測技術引入奧氏體不銹鋼構件的檢測。俄羅斯動力診斷公司生產(chǎn)的應力集中磁檢測儀，其原理是磁記憶檢測方法。本文采用應力集中磁檢測儀，對20余件奧氏體不銹鋼焊接模擬試件--檢測，以及對奧氏體不銹鋼在用壓力容器滲透檢測發(fā)現(xiàn)的行復檢,結果表明，處不同程度地存在定信號，為磁記憶技術在檢測奧氏體不銹鋼等弱磁性材料工程應用提供了實際映證。

2金屬磁記憶基本原理

2.1金屬磁記憶的物理基礎

金屬磁記憶檢測的物理基礎是自發(fā)磁化現(xiàn)象、磁機械效應、磁致伸縮，磁彈性效應和金屬疲勞。其中如:自發(fā)磁化現(xiàn)象，原先不顯磁性的某些鐵磁性材料工件經(jīng)切削加工后，工件本身和刀具被烈磁化，而某些本來并無磁性的機器部件在行- -段時間之后卻顯出了磁性，稱前者為“加工磁化"，后者為運行磁化，磁記憶效應即為運行磁化現(xiàn)象;磁機械效應，在地磁場作用的條件下，處的磁導率減小，工件表面的漏磁場增，鐵磁材料的這- -特性稱為磁機械效應。

2.2焊接結構的磁記憶檢測

焊接是金屬構件制造、安裝、修理和改造的重要環(huán)， , 焊接質(zhì)量的優(yōu)劣是金屬構件能否安全正常使用的重要前提焊接過程中，,焊縫金屬經(jīng)歷了快速熔化和快速冷卻的過程，必然產(chǎn)生非平衡的特殊組織和應力集中區(qū)，焊縫中應力集中區(qū)的形成會聚集相當高的應力能。為了使鐵磁構件內(nèi)的總的自由能趨于最小，在材料內(nèi)部主要以增加磁彈性能的形式來抵消應力能的增加，從而在鐵磁構件內(nèi)部產(chǎn)生高于地球磁場度的畸變磁場。金屬力學性能的研究表明，即使在金屬材料的彈性變形區(qū),*沒有能量損耗的*彈性體是不存在的。由于金屬內(nèi)部存在著多種內(nèi)耗效應(如彈粘性內(nèi)耗、位錯內(nèi)耗等)，勢必造成動態(tài)載荷消除后，加載時在金屬內(nèi)部形成的應力集中區(qū)會得以保留，特別是在動載荷、變形和高溫情況下尤為突出。保留下來的應力集中區(qū)形成類似漏磁場分布形式。對于焊接結構而言，焊接的存在必然會使其應力-應變狀態(tài)改變，而應力-應變狀態(tài)的改變又會使材料表面漏磁場的信號改變，因此,可以通過提取漏磁場信號的特征量對焊接行描述。利用MMM監(jiān)測技術不僅可以檢測到已經(jīng)形成的宏觀，還可以檢測到焊縫中的微觀，以及以高應力集中水平為特征的損傷萌芽狀態(tài)，這就顯示出MM檢測技術在焊接檢驗中具有其他無損檢測方法所不具備的*優(yōu)勢。

3檢測對象與檢測設備

3.1 檢測對象基本情況

金屬磁記憶方法是依據(jù)對鐵磁性構件表面漏磁場分布的檢測定位磁的不均勻性。根據(jù)現(xiàn)有的研究，磁不均勻性可能與應力集中區(qū)、、組織不均勻、塑性變形歷史、微觀結構及相變過程等有關。本文以奧氏體不銹鋼焊接試件和在用壓力容器為檢測對象，所涉及的檢測對象處在地球磁場中自然環(huán)境，無外加磁化場。

3.2 檢測儀器

TSC- 1M - 4型應力集中磁檢測儀是俄羅斯動力診斷公司生產(chǎn)的款磁記憶診斷儀，可手持在現(xiàn)場操作,自帶屏幕和存儲器，可隨時觀察檢測結果和存儲數(shù)據(jù)，并可將數(shù)據(jù)傳入計算機，利用專用軟件行分析和打印輸出主要技術參數(shù)。通道Hp值量程為土2000A/m,最掃描步長為128mm，最小掃描步長為1mm，最掃描速度(步長為1mm時)為0. 25m/s。

4檢測結果

采用TSC-1M-4型應力集中磁檢測儀，對20余件奧氏體不銹鋼焊接模擬試件---檢測，以及

對奧氏體不銹鋼在用壓力容器滲透檢測發(fā)現(xiàn)的行復檢，結果表明，處不同程度地存在定信號，

5分析與討論

本次實驗先后對20余個奧氏體不銹鋼對接焊接接頭行了采樣，并在數(shù)臺在用奧氏體不銹鋼制壓力容器_上步映證。通過滲透檢測對比，TSC-1M-4型應力集中磁檢測儀對奧氏體不銹鋼對接焊接接頭焊接有的檢出率。

對于焊接結構而言，焊接的存在必然會使其應力-應變狀態(tài)改變。由于焊接的產(chǎn)生，造成局部應力集中而產(chǎn)生位錯，位錯增殖對不銹鋼具有如下影響:先,位錯增殖在材料內(nèi)產(chǎn)生很高的應力能,使材料的自由能增,促成了馬氏體相變過程中的形核，而發(fā)生馬氏體相的轉(zhuǎn)變，從材料磁性變化分析，由于奧氏體相為順磁性，而馬氏體相是鐵磁性，隨著材料微觀組織的變化，奧氏體不銹鋼便具有了鐵磁性特征;其次，由于位錯增殖增加了材料的應力能，會在材料中形成應力集中區(qū)，應力集中又-步促成了馬氏體相變的轉(zhuǎn)化，為使材料內(nèi)的總自由能趨于最小，具有鐵磁性的馬氏體相在磁機械效應的作用下，引起內(nèi)部磁疇在地球磁場中作疇壁的位移，甚至是不可逆的重新取向排列，主要由磁彈性能的形式來抵消應力能的增加，從而使奧氏體不銹鋼內(nèi)部產(chǎn)生高于地球磁場度的磁場度。圖3是相關資料對奧氏體不銹鋼不同應變狀態(tài)下位錯分布的金相分析圖譜。

另.方面，焊接是個局部加熱，且受熱極不均勻的過程，會造成局部晶界貧鉻，促馬氏體相變產(chǎn)生，使奧氏體不銹鋼設備焊縫區(qū)域的馬氏體含量普遍偏高。因此，奧氏體不銹鋼材料在焊接過程中，其內(nèi)部微觀組織變化和應力集中共同作用的結果使材料表面磁場度發(fā)生了變化,從而使利用磁記憶檢測技術來有效檢測奧氏體不銹鋼材料焊接是可行的。但是，從上述圖譜不難發(fā)現(xiàn)，奧氏體不銹鋼材料焊接處的表面磁場度的變化是非常弱的,說明其焊接處馬氏體微觀組織的比例還是十分有限的。而且往往在咬邊、表面打磨等部位的表面磁場度的變化也是很明顯的，尤其是打磨部位，其磁場度梯度甚至比焊接處更，如圖1中4-98#試樣， 給的準確判斷造成了-定干擾。同時，從在用壓力容器焊縫檢測來看，如圖2，其結果要好于模擬試樣，磁場度有過現(xiàn)象，磁場度梯度值也比較高，重復性良好，與滲透檢測發(fā)現(xiàn)也有很好的對應。但同樣是磁記憶檢測采集到的信號往往多于其它表面檢測的結果。表明磁記憶檢測結果的應用尚需綜合分析。采用磁記憶檢測行初步分析，綜合應用其它檢測手段判斷小和危害，不失為良好組合。

6結論

1)磁記憶技術在檢測奧氏體不銹鋼等弱磁性材料工程中應用是可行的;

2)磁 記憶技術在檢測奧氏體不銹鋼等弱磁性材料時，由于背景信號弱，容易受咬邊、表面打磨等部位干擾;

3)磁記憶技術檢測的是地磁場在部位產(chǎn)生的剩磁場的弱，與宏觀尺寸無對應關系，但對于在用設備，由于始終處于個不斷變化的受力過程，因此，不論是其制造遺留, 還是使用過程中新生，磁記憶檢測技術都是有效的;.

4)磁記憶檢測技術與其它檢測手段綜合應用判斷小和危害，為設備安全分析與壽命控制提供了良好途徑。