奥氏体不锈钢砝码焊接的磁记忆检测

引言

磁记忆检测方法是种通过检测铁磁性构件本身内禀性磁场，确定构件的或潜在危险区域的无损检测技术，具有早期诊断、不需专门的磁化装置、检测部位表面不需行预处理等优点。碳钢属于铁磁性材料，铁磁性构件运行时受工作载荷作用，应力集中部位的磁畴取向会发生变化，在地磁环境中表现为局部磁场异常，并在工作载荷消除后仍然保留，为的成功检测提供了可能，现已有多项研究表明磁记忆方法对于检测铁磁性构件的损伤和早期是行之有效的。奥氏体不锈钢属于弱磁性材料，而金属磁记忆的基本检测原理是依赖于应力集中引起的磁场度变化，核心问题在于磁特性的改变，按其原理,金属磁记忆方法不适用于奥氏体不锈钢。近年来，些学者对奥氏体不锈钢的磁特性转变问题做了量工作，研究结果表明，冷加工产生的塑性变形会诱发亚稳态不锈钢中马氏体相的产生，马氏体相具有烈的铁磁性;焊接和其他加热工艺会造成晶界贫铬，促马氏体相变产生，使不锈钢设备焊缝区域的马氏体含量普遍偏高。这些研究结果表明，可以将磁记忆检测技术引入奥氏体不锈钢构件的检测。俄罗斯动力诊断公司生产的应力集中磁检测仪，其原理是磁记忆检测方法。本文采用应力集中磁检测仪，对20余件奥氏体不锈钢焊接模拟试件--检测，以及对奥氏体不锈钢在用压力容器渗透检测发现的行复检,结果表明，处不同程度地存在定信号，为磁记忆技术在检测奥氏体不锈钢等弱磁性材料工程应用提供了实际映证。

2金属磁记忆基本原理

2.1金属磁记忆的物理基础

金属磁记忆检测的物理基础是自发磁化现象、磁机械效应、磁致伸缩，磁弹性效应和金属疲劳。其中如:自发磁化现象，原先不显磁性的某些铁磁性材料工件经切削加工后，工件本身和刀具被烈磁化，而某些本来并无磁性的机器部件在行- -段时间之后却显出了磁性，称前者为“加工磁化"，后者为运行磁化，磁记忆效应即为运行磁化现象;磁机械效应，在地磁场作用的条件下，处的磁导率减小，工件表面的漏磁场增，铁磁材料的这- -特性称为磁机械效应。

2.2焊接结构的磁记忆检测

焊接是金属构件制造、安装、修理和改造的重要环， , 焊接质量的优劣是金属构件能否安全正常使用的重要前提焊接过程中，,焊缝金属经历了快速熔化和快速冷却的过程，必然产生非平衡的特殊组织和应力集中区，焊缝中应力集中区的形成会聚集相当高的应力能。为了使铁磁构件内的总的自由能趋于最小，在材料内部主要以增加磁弹性能的形式来抵消应力能的增加，从而在铁磁构件内部产生高于地球磁场度的畸变磁场。金属力学性能的研究表明，即使在金属材料的弹性变形区,*没有能量损耗的*弹性体是不存在的。由于金属内部存在着多种内耗效应(如弹粘性内耗、位错内耗等)，势必造成动态载荷消除后，加载时在金属内部形成的应力集中区会得以保留，特别是在动载荷、变形和高温情况下尤为突出。保留下来的应力集中区形成类似漏磁场分布形式。对于焊接结构而言，焊接的存在必然会使其应力-应变状态改变，而应力-应变状态的改变又会使材料表面漏磁场的信号改变，因此,可以通过提取漏磁场信号的特征量对焊接行描述。利用MMM监测技术不仅可以检测到已经形成的宏观，还可以检测到焊缝中的微观，以及以高应力集中水平为特征的损伤萌芽状态，这就显示出MM检测技术在焊接检验中具有其他无损检测方法所不具备的*优势。

3检测对象与检测设备

3.1 检测对象基本情况

金属磁记忆方法是依据对铁磁性构件表面漏磁场分布的检测定位磁的不均匀性。根据现有的研究，磁不均匀性可能与应力集中区、、组织不均匀、塑性变形历史、微观结构及相变过程等有关。本文以奥氏体不锈钢焊接试件和在用压力容器为检测对象，所涉及的检测对象处在地球磁场中自然环境，无外加磁化场。

3.2 检测仪器

TSC- 1M - 4型应力集中磁检测仪是俄罗斯动力诊断公司生产的款磁记忆诊断仪，可手持在现场操作,自带屏幕和存储器，可随时观察检测结果和存储数据，并可将数据传入计算机，利用专用软件行分析和打印输出主要技术参数。通道Hp值量程为土2000A/m,最扫描步长为128mm，最小扫描步长为1mm，最扫描速度(步长为1mm时)为0. 25m/s。

4检测结果

采用TSC-1M-4型应力集中磁检测仪，对20余件奥氏体不锈钢焊接模拟试件---检测，以及

对奥氏体不锈钢在用压力容器渗透检测发现的行复检，结果表明，处不同程度地存在定信号，

5分析与讨论

本次实验先后对20余个奥氏体不锈钢对接焊接接头行了采样，并在数台在用奥氏体不锈钢制压力容器_上步映证。通过渗透检测对比，TSC-1M-4型应力集中磁检测仪对奥氏体不锈钢对接焊接接头焊接有的检出率。

对于焊接结构而言，焊接的存在必然会使其应力-应变状态改变。由于焊接的产生，造成局部应力集中而产生位错，位错增殖对不锈钢具有如下影响:先,位错增殖在材料内产生很高的应力能,使材料的自由能增,促成了马氏体相变过程中的形核，而发生马氏体相的转变，从材料磁性变化分析，由于奥氏体相为顺磁性，而马氏体相是铁磁性，随着材料微观组织的变化，奥氏体不锈钢便具有了铁磁性特征;其次，由于位错增殖增加了材料的应力能，会在材料中形成应力集中区，应力集中又-步促成了马氏体相变的转化，为使材料内的总自由能趋于最小，具有铁磁性的马氏体相在磁机械效应的作用下，引起内部磁畴在地球磁场中作畴壁的位移，甚至是不可逆的重新取向排列，主要由磁弹性能的形式来抵消应力能的增加，从而使奥氏体不锈钢内部产生高于地球磁场度的磁场度。图3是相关资料对奥氏体不锈钢不同应变状态下位错分布的金相分析图谱。

另.方面，焊接是个局部加热，且受热极不均匀的过程，会造成局部晶界贫铬，促马氏体相变产生，使奥氏体不锈钢设备焊缝区域的马氏体含量普遍偏高。因此，奥氏体不锈钢材料在焊接过程中，其内部微观组织变化和应力集中共同作用的结果使材料表面磁场度发生了变化,从而使利用磁记忆检测技术来有效检测奥氏体不锈钢材料焊接是可行的。但是，从上述图谱不难发现，奥氏体不锈钢材料焊接处的表面磁场度的变化是非常弱的,说明其焊接处马氏体微观组织的比例还是十分有限的。而且往往在咬边、表面打磨等部位的表面磁场度的变化也是很明显的，尤其是打磨部位，其磁场度梯度甚至比焊接处更，如图1中4-98#试样， 给的准确判断造成了-定干扰。同时，从在用压力容器焊缝检测来看，如图2，其结果要好于模拟试样，磁场度有过现象，磁场度梯度值也比较高，重复性良好，与渗透检测发现也有很好的对应。但同样是磁记忆检测采集到的信号往往多于其它表面检测的结果。表明磁记忆检测结果的应用尚需综合分析。采用磁记忆检测行初步分析，综合应用其它检测手段判断小和危害，不失为良好组合。

6结论

1)磁记忆技术在检测奥氏体不锈钢等弱磁性材料工程中应用是可行的;

2)磁 记忆技术在检测奧氏体不锈钢等弱磁性材料时，由于背景信号弱，容易受咬边、表面打磨等部位干扰;

3)磁记忆技术检测的是地磁场在部位产生的剩磁场的弱，与宏观尺寸无对应关系，但对于在用设备，由于始终处于个不断变化的受力过程，因此，不论是其制造遗留, 还是使用过程中新生，磁记忆检测技术都是有效的;.

4)磁记忆检测技术与其它检测手段综合应用判断小和危害，为设备安全分析与寿命控制提供了良好途径。