金属材料检测技术 焊接件磁粉检测

焊接件磁粉检测
焊接是利用加热、加压或加热与加压并用，加或不加填充材料的方式将两种工件连接成一体的加工方法。

焊接技术在机械、石油、化工、冶金、铁道、造船和宇航等领域已普遍采用，特种设备的制造更是离不开焊接。

随着工业和科学技术的发展，焊接材料和工艺方法日益增多，对磁粉检测方法和工艺也提出了更高的要求。

焊缝中的缺陷，尤其是焊接裂纹，一般是与表面相通的，在使用中容易形成疲劳源，它对承受疲劳载荷焊接结构，危害极大。

为了保证焊接件的质量，必须加强对焊接件的检测。

因磁粉检测对表面缺陷灵敏度高，检测结果可靠，检测迅速，可方便地在现场检测，因而受到重视，得到广泛地应用。

一、焊接件检测的内容与范围
焊接件在焊前、焊接过程中、焊后等不同工艺阶段都可能产生缺陷，下面分别介绍焊接件检测的内容与范围。

1. 坡口检测
坡口可能出现的缺陷有分层和裂纹。

分层是轧制缺陷，它平行于钢板表面，一般分布在板厚中心附近。

裂纹有两种，一种是沿分层端部开裂的裂纹，方向大多平行于板面；另一种是火焰切割裂纹。

坡口检测的范围是坡口面和钝边区域。

2. 焊接过程中的检测
(1)层间检测
对于一些焊接性能较差的钢种，如高合金钢，在制造过程中一般要求每焊完一层就进行一次检测，这样便于及时发现裂纹并进行相应的处理，确认无缺陷后则再继续施焊。

另一种情况是对于一些特厚板的焊接，在检测内部缺陷有困难时，可以每焊完一层进行一次磁粉检测。

检测范围是焊缝金属及临近坡口的部位。

在焊接层间检测过程中，特别需要注意的是试件的温度，一般根据材料以及焊接形状和约束状态等条件来确定。

在焊接途中中断焊接时，如果层间焊缝冷却至常温下，可采用常规磁粉检测湿法或干法检测。

如果层间焊缝保持在较高温度下，则不能进行磁粉检测，因为湿法检测时将使磁悬液挥发，干法检测时将使磁粉氧化。

而当层间温度在300 ～400℃时，可以进行磁粉检测，但必须使用高温磁粉干法检测，如用JCM 系列的空心球磁粉，它是铁铬铝的复合氧化物，高温时不氧化。

(2) 电弧气刨面的检测
电弧气刨造成的表面增碳可能导致裂纹的产生，检测范围应包括电弧气刨面和临近的坡口。

3. 焊缝检测
焊缝检测的目的是检测焊接裂纹等缺陷。

检测范围应包括焊缝金属及热影响区，热影响区的宽度大约为焊缝宽度的一半，检测宽度为焊缝宽度的两倍。

4. 机械损伤部位的检测
在组装过程中，需要在焊接部件的某些位置焊上吊耳和卡具，施焊完毕后要割掉，这些部位有可能产生裂纹，需要检测。

二、检测方法选择
大型焊接结构不同于机械零件，其尺寸、重量都很大，无法用固定式设备，只能用便携式设备分段检测。

小型焊接件，例如特种设备零件，可在固定式设备上检测。

用于焊缝检测的磁化方法有多种，各有特点，要根据焊接件的结构形状、尺寸、检测的内容和范围等具体情况加以选择。

大型焊缝常用磁化方法如下：
1.磁轭法
磁轭法是特种设备焊缝检测中常用的方法之一。

其优点是设备简单、操作方便。

但是磁轭只能单方向磁化工件，因此，为了检出各个方向的缺陷，必须在同一部位至少做两次互相垂直的检测。

检测焊缝纵向缺陷时，将磁轭垂直跨过焊缝放置；检测焊缝横向缺陷时将磁轭平行焊缝放置。

磁轭的磁极间距应控制在75～200 mm 之间，但磁极连线间距L 应不小于75 mm ，两次磁化间的磁轭间距应不大于L/2 ，提升力要符合标准要求。

2. 触头法
触头法是单方向磁化的方法，也是特种设备焊缝检测中常用的方法之一。

其主要优点是电极间距可以调节，可根据检测部位情况及灵敏度要求确定电极间距和电流强度大小。

检测时为了避免漏检，同一部位也要进行两次互相垂直的检测。

检测焊缝纵向缺陷时，将触头平行焊缝放置；检测焊缝横向缺陷时，将触头垂直跨过焊缝放置。

触头法的电极应控制在75～200 mm 之间，但两触头连线间距L 应不小于75 mm ，两次磁化间两触头间距b 应不大于L/ 2 。

3. 绕电缆法
绕电缆法用于检测焊缝中的纵向缺陷，通过软电缆缠绕在工件上通电的方法进行磁化，形成纵向磁场，用于发现接管对接焊缝和角焊缝的纵向缺陷。

其有效磁化区是从线圈端部向外延伸150 mm 的范围内。

超过150 mm 以外的区域，磁化强度应采用标准试片确定。

绕电缆法具有设备简单、操作方便、非电接触等优点，但工件的L/D 值对退磁场和灵敏度有很大的影响，决定安匝数时应加以考虑。

4. 交叉磁轭法
用交叉磁轭旋转磁场磁化的方法检测焊缝表面裂纹可以得到满意的效果。

其主要优点是灵敏度高、可靠性好、检测效率高。

目前在焊缝检测中尤其在锅炉、压力容器磁粉检测中应用最为广泛。

三、焊接件检测实例
1.坡口检测
利用触头法沿坡口方向磁化，是检测坡口表面与电流方向平行的分层和裂纹的最有效方法，操作方便，检测灵敏度高。

检测时，在触头上应垫铅垫或包铜编织网，以防打火烧伤坡口表面。

也可以用交叉磁轭检测坡口上的缺陷，检测时把交叉磁轭置于靠近坡口的铜板表面上，连续行走进行磁化检测，交叉磁轭检测坡口示意图如图1 所示。

尽管旋转磁场的外侧磁场较弱，但有效磁化区内仍可以检测出缺陷。

当利用外侧磁场检测时，必须用A1 -15/100 试片试验检测灵敏度和有效磁化区大小。

图 1 交叉磁轭检测坡口示意图
2. 电弧气刨面的检测
用交叉磁轭检测电弧气刨面时，应把交叉磁轭跨在电弧气刨沟槽两侧，如图2 所示，然后沿沟槽方向连续行走进行磁化检测。

并应根据电弧气刨面采用喷洒磁悬液的方法，原则是交叉磁轭通过后不得使磁悬液残留在气刨沟槽内，否则将无法观察磁痕显示。

图2 交叉磁轭检测电弧气刨面示意图
3. 对接焊缝的检测
检测锅炉、压力容器对接焊缝时，如果工件的曲率半径较大，磁极与工件表面接触良好，一般选择磁轭法和交叉磁轭法。

磁轭法检测平板和大曲率工件对接焊缝时，磁轭的布置方向和要求如图3 和图4所示。

图3 检测对接焊缝示例一
图 4 检测对接焊缝示例二
使用交叉磁轭检测焊缝时应当注意以下几个问题：
磁极端面与工件表面的间隙不宜过大。

磁极端面与工件表面之间保持一定间隙，间隙过大，将会在间隙处产生较大的漏磁场。

该漏磁场一方面会消耗磁势使线圈发热；另一方面将扩大磁极端面附近产生的检测盲区，从而缩小有效磁化区。

因此，使用交叉磁轭时应当控制间隙大小，在保证交叉磁轭能行走的情况下越小越好，如0.5 mm，提升力应不小于118 N。

（2）交叉磁轭的行走速度要适宜
使用交叉磁轭时通常是连续行走检测，检测效率高，可靠性高，只要操作无误，不会造成漏检。

交叉磁轭相对于工件移动，即磁化场随着交叉磁轭在工件表面移动。

对于在工件表面有效磁化场内的任意一点来说，始终在一个变化着的旋转磁场作用下，因此，在被检测面上任意方向的裂纹都有与有效磁场最大幅值正交的机会，从而得到最大限度的缺陷漏磁场，这是交叉磁轭旋转磁场检测的独特之处，是其他磁化方法所不及的。

交叉磁轭行走速度最快不超过 4 m/min ，灵敏度和行走速度应根据标准试片上的磁痕显示来确定。

(3) 磁悬液的喷洒原则
为了避免磁悬液流动而冲刷掉缺陷上已经形成的磁痕，使磁粉有足够时间聚集到缺陷处，规定喷洒磁悬液的原则是：在检测球罐环缝时，磁悬液应喷洒在行走方向的前上方，如图5 所示；在检测球罐纵缝时，磁悬液应喷洒在行走方向的正前方，如图6 所示。

图5检查球罐环缝磁悬液喷洒位置
图 6 检查球罐纵缝磁悬液喷洒位置
(4) 观察磁痕应尽快进行
交叉磁轭通过检测部位之后，应尽快观察辨认有无缺陷磁痕，以免磁痕显示被破坏而影响检测结果的正确判定。

图7 触头法检测管子对接焊缝示例一
图8触头法检测管子对接焊缝示例二
图9 电缆缠绕法检测管子对接焊缝
如果工件的曲率半径太小，采用磁轭法、交叉磁轭法不能保证磁极与工件表面接触良好或磁极间距无法满足标准要求时，应采用触头法和电缆缠绕线圈法。

触头法检测管子对接焊缝时触头布置方向和要求如图7 和图8 所示。

电缆缠绕法检测管子对接焊缝如图9 所示。

4. T 形焊接接头的检测
T 形焊接接头由于翼板与腹板相互垂直，应选用带活动关节的电磁轭，通过调节活动关节的角度，来保证磁极与工件表面接触良好。

磁轭法检测T 形焊接接头时，磁轭布置方向和要求如图10 所示。

采用触头法也可实现对T 形焊接接头的检测，但触头法时通电时间不应太长，电极与工件之间应保持良好的接触，以免烧伤工件。

触头法检测T 形焊接接头时磁轭布置方向和要求如图11 所示。

图10磁轭法检测T 形焊缝
图11 触头法检测T 形焊缝
5. 角接接头的检测
角接接头采用磁轭法检测最大的困难是难以保证磁极与工件表面可靠的接触，如果工件的曲率半径较大，可选用带活动关节的电磁轭进行检测，通过调节活动关节的角度，来保证磁极与工件表面接触良好。

磁轭法检测管板角焊缝和管管角焊缝时，磁轭的布置方向和要求分别如图12 和图13 所示。

图12 磁轭法检测管-板角焊缝
图13 磁轭法检测管-管角焊缝
触头法是检测角接接头常用的方法，与磁轭法相比，采用触头法基本不受工件曲率的影响，可实现触头与工件表面的可靠接触，从而保证有较高的检测灵敏度。

但采用触头法应注意工件过热和打火烧伤问题。

触头法检测管板角焊缝和管管角焊缝时，触头的布置方向和要求分别如图14 和图15 所示。

图14 触头法检测管-板角焊缝
图15 触头法检测管管角焊缝
对于管板角焊缝和管管角焊缝的纵向缺陷，也可用绕电缆法进行检测，绕电缆法一次磁化可以检测所有纵向缺陷，并能实现非电接触，方法简单，检测灵敏度较高。

绕电缆法应控制焊缝与电缆之间的间距α ，距离控制在20 ～50 mm 之间，同时采用标准试片确认磁化规范是否满足要求。

绕电缆法检测管板角焊缝和管管角焊缝的要求分别如图16 和图17 所示。

图16 绕电缆法检测管板角焊缝
图17绕电缆法检测管一管角焊缝。