基于磁记忆技术的在役金属承压设备焊缝快速定位方法

技术领域

本发明涉及焊缝位置探测领域，具体涉及一种基于磁记忆技术的在役金属承压设备焊缝快速定位方法。

背景技术

在某些金属承压设备上，焊缝会磨平，但对这类设备的在役检测中，要求对被磨平的焊缝进行相应比例的检测。如在锅炉内部检验中，《锅炉定期检验规则》要求对汽包焊缝进行一定比例的抽查检验，但汽包等的焊缝通常在出厂前都被打磨平整后覆盖油漆，或者在长期使用过程中外部又被氧化皮覆盖，仅从外观上难以找到焊缝进行检测，有些汽包的图纸缺失，或存在图纸焊缝和现场焊缝位置难以对应等问题，这给现场焊缝的抽查工作带来了难题。

公开号为：103901103A的中国专利介绍了一种超声波快速探测焊缝位置的方法，其核心技术是利用了焊缝金属与母材的晶粒度不同而导致的超声波反射回波不同的原理，可实现对在役设备焊缝的快速定位探测；但其缺点是必须对设备表面进行打磨除锈，并使超声波探头和设备表面之间充满耦合剂，用来排除探头和设备表面之间的空气，使探头平滑的在设备表面移动并导入超声波。对于电厂金属承压设备如汽包等大型设备，此方法现场准备工作量较大，操作不便。

因此，有必要开发一种基于磁记忆技术的在役金属承压设备焊缝快速定位方法，可免除使用耦合剂，并无需对待定位的金属承压设备筒体表面进行除漆、打磨等预处理，方便、快捷的完成在役金属承压设备焊缝快速定位。

发明内容

针对现有的探测焊缝位置的方法存在的不足，本发明提供了一种基于磁记忆技术的在役金属承压设备焊缝快速定位方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种基于磁记忆技术的在役金属承压设备焊缝快速定位方法，包括以下步骤：

步骤1：制作初始对比试块；

初始对比试块采用三块母材进行焊接，焊接后初始对比试块上呈现T型对比焊缝；

步骤2：制作非磁性弹性垫片；

非磁性弹性垫片用PVC透明塑料制成，非磁性弹性垫片的长、宽与制作的初始对比试块相同，在非磁性弹性垫片表面标识有T型对比焊缝的位置；

步骤3：制作组合灵敏度试块；

将初始对比试块的T型对比焊缝的余高打磨平整，非磁性弹性垫片叠放在初始对比试块的上方；

步骤4：搭设金属磁记忆焊缝定位检测系统；

所述金属磁记忆焊缝定位检测系统包括金属磁记忆检测仪和漏磁场强度传感器探头，漏磁场强度传感器探头与金属磁记忆检测仪电连接；

步骤5：调试金属磁记忆焊缝定位检测系统灵敏度；

将所述金属磁记忆焊缝定位检测系统在组合灵敏度试块上进行灵敏度调试；

步骤6：对在役金属承压设备焊缝位置分布进行定位；

金属磁记忆焊缝定位检测系统经过灵敏度调试后，对在役金属承压设备进行扫查，获得在役金属承压设备焊缝的具体位置及相应的焊缝宽度。

优选地，所述初始对比试块的材质与在役金属承压设备的材质一致。

优选地，T型对比焊缝的坡口形式、焊接工艺、热处理工艺参照在役金属承压设备的对接焊缝。

优选地，步骤1还包括：对T型对比焊缝进行无损检测，无损检测方法及合格级别与在役金属承压设备的对接焊缝一致。

优选地，非磁性弹性垫片的一侧设置有第一连接孔，初始对比试块的同一侧设置有第二连接孔，非磁性弹性垫片与初始对比试块叠放后，第一连接孔与第二连接孔能够对应，在第一连接孔和第二连接孔中穿入连接螺栓，连接螺栓将第一连接孔与第二连接孔连接到一起，从而将非磁性弹性垫片与初始对比试块固定住。

优选地，非磁性弹性垫片与初始对比试块叠合在一起后，非磁性弹性垫片表面标识的T型对比焊缝的位置与初始对比试块上的T型对比焊缝相契合；

非磁性弹性垫片表面标识的T型对比焊缝的位置包括标识的T型对比焊缝的焊缝熔合线的位置、焊缝中心线的位置。

优选地，所述漏磁场强度传感器探头通过信号线与金属磁记忆检测仪电连接。

优选地，所述漏磁场强度传感器采用单传感器探头，金属磁记忆检测仪的最小扫描步长为1mm。

优选地，步骤5具体包括：

手持漏磁场强度传感器探头在组合灵敏度试块的非磁性弹性垫片上扫查，将非磁性弹性垫片上标记的焊缝与母材过渡处，即T型对比焊缝的焊缝熔合线位置处的漏磁场强度调节为零值；

漏磁场强度传感器探头由母材次序通过本侧焊缝熔合线、焊缝中心线、对侧熔合线，直到对侧母材，漏磁场强度值依次由从零值到峰值再到零值，完成金属磁记忆焊缝定位检测系统灵敏度调试，绘制出探头水平位移－漏磁场强度参考曲线，每个焊缝的宽度即为焊缝中漏磁场强度值为零值的位置间的距离。

优选地，步骤6具体包括：

首先对在役金属承压设备的筒体进行网格式划线，划线的间距依据在役金属承压设备的筒体外径的大小选取，分别在在役金属承压设备的筒体上划出横向扫查路径、纵向扫查路径；

然后用金属磁记忆焊缝定位检测系统对在役金属承压设备的筒体进行金属磁记忆焊缝定位扫查，移动漏磁场强度传感器探头沿着规划好的横向扫查路径、纵向扫查路径进行扫查，获取漏磁场强度零值及最大值位置的全部标识点后，纵向或横向连接所有的标识点，获得在役金属承压设备焊缝的具体位置及相应的焊缝宽度。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的基于磁记忆技术的在役金属承压设备焊缝快速定位方法，研制了专用磁记忆检测在役金属承压设备焊缝快速定位用组合灵敏度试块，在组合灵敏度试块上对金属磁记忆焊缝定位检测系统的检测灵敏度进行调试，调试后金属磁记忆焊缝定位检测系统能够准确的检测在役金属承压设备的焊缝。

本发明利用磁记忆原理，通过测定在役金属承压设备不同位置表面自有漏磁场强度，利用焊缝金属和母材的应力水平及自有漏磁场强度不同，达到区别焊缝和母材的目的，实现对在役金属承压设备焊缝的快速定位。

本发明无需对设备表面除漆、打磨，无需涂抹耦合剂，操作方法简单，方便、快捷的完成在役金属承压设备焊缝快速定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为初始对比试块的示意图。

图2为非磁性弹性垫片的示意图。

图3为组合灵敏度试块的示意图。

图4为调试金属磁记忆焊缝定位检测系统灵敏度的示意图。

图5为探头水平位移－漏磁场强度参考曲线。

图6为在役金属承压设备焊缝定位磁记忆扫查方式示意图。

1.初始对比试块；2.母材；3.T型对比焊缝；4.非磁性弹性垫片；5.第一连接孔；6.第二连接孔；7.连接螺栓；8.金属磁记忆检测仪；9.漏磁场强度传感器探头；10.信号线；11.在役金属承压设备的筒体；12.横向扫查路径；13.纵向扫查路径；14.实际焊缝；15.标识点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“周向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

铁磁性金属承压设备在加工和运行中，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向。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的和不可逆的重新取向，即“伸缩致磁”。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Hp＝0的点。利用金属磁记忆检测设备，可以检测自有漏磁场的分布，发现磁场强度Hp＝0的点，从而确定应力集中。

金属材料的焊接是通过加热或加压或二者并用，使两种材质达到原子间的结合，形成永久性连接的工艺过程。金属材料焊接过程用大量热量使焊缝连接处达到塑性或熔化过程，由于焊接熔池的快速生成和迅速凝固，温度场变化剧烈，焊缝熔敷金属区最高温度达到金属的沸点，而焊接完成后又迅速冷却至室温，因此焊缝区域产生残余应力是不可避免的。由于金属承压设备的母材和焊缝微观组织不同、应力水平也不同，导致其表面自有漏磁场强度不同。

由于金属材料焊接过程中由于相变产生的残余应力必不可免，其在焊缝和母材连接区域会出现应力集中现象。为抵消应力集中区的应力能，在应力作用下产生的磁致伸缩性质形变引起的畴壁位移，其自发磁化方向，从而引发的磁畴组织的从新取向排列所形成的磁畴的固定节点，势必会出现应力集中区，并且保留下来，形成磁极，在构件表面产生自有漏磁场。

本发明的核心内容是利用金属磁记忆检测技术，通过测定在役金属承压设备不同位置表面自有漏磁场强度及应力水平，进而对其制造时磨平、在役使用停机检测过程中宏观难以发现焊缝的位置进行快速定位。

结合图1至图6，一种基于磁记忆技术的在役金属承压设备焊缝快速定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制作初始对比试块1；

初始对比试块1采用三块母材2进行焊接，三块母材焊接后如图1所示。焊接后初始对比试块上呈现T型对比焊缝3。

初始对比试块的材质与在役金属承压设备的材质一致，初始对比试块的厚度可适当小于在役金属承压设备的厚度。

T型对比焊缝的坡口形式、焊接工艺、热处理工艺参照在役金属承压设备的对接焊缝。

焊接完成后，对T型对比焊缝进行无损检测，无损检测方法及合格级别与在役金属承压设备的对接焊缝一致。无损检测能保证初始对比试块的焊缝表面及内部无影响磁记忆检测的超标缺陷。

步骤2：制作非磁性弹性垫片4；

非磁性弹性垫片用PVC透明塑料制成，非磁性弹性垫片的长、宽与制作的初始对比试块相同，在非磁性弹性垫片表面标识有T型对比焊缝的位置。

非磁性弹性垫片作用：一是模拟在役金属承压设备中焊缝外部的油漆或氧化皮等覆盖层；二是用来标识原始对比试块的T型对比焊缝位置。如图2。

非磁性弹性垫片表面标识的T型对比焊缝的位置包括标识的T型对比焊缝的焊缝熔合线的位置、焊缝中心线的位置。

步骤3：制作组合灵敏度试块；

将初始对比试块的T型对比焊缝的余高打磨平整，直至宏观无法发现，非磁性弹性垫片叠放在初始对比试块的上方。

非磁性弹性垫片的一侧设置有第一连接孔5，初始对比试块的同一侧设置有第二连接孔6，非磁性弹性垫片与初始对比试块叠放后，第一连接孔与第二连接孔能够对应，在第一连接孔和第二连接孔中穿入连接螺栓7，连接螺栓将第一连接孔与第二连接孔连接到一起，从而将非磁性弹性垫片与初始对比试块固定住。

非磁性弹性垫片与初始对比试块叠合在一起后，非磁性弹性垫片表面标识的T型对比焊缝的位置与初始对比试块上的T型对比焊缝相契合。如图3。

步骤4：搭设金属磁记忆焊缝定位检测系统；

金属磁记忆焊缝定位检测系统包括金属磁记忆检测仪8和漏磁场强度传感器探头9，漏磁场强度传感器探头与金属磁记忆检测仪电连接。如图4。

具体的，漏磁场强度传感器探头通过信号线10与金属磁记忆检测仪电连接。

漏磁场强度传感器采用单传感器探头，金属磁记忆检测仪的最小扫描步长为1mm。

步骤5：调试金属磁记忆焊缝定位检测系统灵敏度；

将所述金属磁记忆焊缝定位检测系统在组合灵敏度试块上进行灵敏度调试。

具体包括：

如图4，手持漏磁场强度传感器探头在组合灵敏度试块的非磁性弹性垫片上扫查，将非磁性弹性垫片上标记的焊缝与母材过渡处，即T型对比焊缝的焊缝熔合线位置处的漏磁场强度调节为零值。

漏磁场强度传感器探头由母材次序通过本侧焊缝熔合线、焊缝中心线、对侧焊缝熔合线，直到对侧母材，漏磁场强度值依次由从零值到峰值再到零值，完成金属磁记忆焊缝定位检测系统灵敏度调试，绘制出探头水平位移(X)－漏磁场强度(Hx)参考曲线，如图5。图5中横坐标为探头水平位移(X)，纵坐标为漏磁场强度(Hx)。漏磁场强度零值对应位置为焊缝熔合线位置，漏磁场强度峰值对应位置为焊缝中心线位置。

每个焊缝的宽度即为焊缝中漏磁场强度值为零值的位置间的距离。

图5中a为探测的焊缝的本侧焊缝熔合线位置，b为该焊缝的对侧焊缝熔合线位置，a和b之间的间距L为该焊缝的宽度。

探头水平位移(X)－漏磁场强度(Hx)参考曲线

步骤6：对在役金属承压设备焊缝位置分布进行定位；

金属磁记忆焊缝定位检测系统经过灵敏度调试后，对在役金属承压设备进行扫查，获得在役金属承压设备焊缝的具体位置及相应的焊缝宽度。

具体包括：

如图6，首先对在役金属承压设备的筒体11进行网格式划线，划线的间距依据在役金属承压设备的筒体外径的大小选取，分别在在役金属承压设备的筒体上划出横向扫查路径12、纵向扫查路径13；

然后用金属磁记忆焊缝定位检测系统对在役金属承压设备的筒体进行金属磁记忆焊缝定位扫查，移动漏磁场强度传感器探头沿着规划好的横向扫查路径、纵向扫查路径进行扫查，获取漏磁场强度零值及最大值位置的全部标识点15后，纵向或横向连接所有的标识点，获得在役金属承压设备焊缝的具体位置及相应的焊缝宽度。

图6中，14为实际焊缝，在横向扫查或者纵向扫查时，一旦漏磁场强度传感器探头自焊缝处扫查过，则金属磁记忆检测仪中漏磁场强度为零的位置对应焊缝熔合线，金属磁记忆检测仪中漏磁场强度最大的位置对应焊缝中心线。

同样的，在役金属承压设备的筒体中实际焊缝的宽度可由扫查过程中漏磁场强度为零的位置处的宽度确定。

实际上，在将标试点连接后，实际焊缝的宽度和位置都就获取了。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。