摘要

对于焊接质量检测方法多种多样，磁粉检测检测物体的表面，尤其是铁磁材料的表面效果特别好，由于不连续的磁痕堆集于被检测表面上，所以能直观地显示出不连续的形状、位置和尺寸，并可大致确定其性质。

本文讲述磁粉检测在焊缝中的应用。

一、管座角焊缝的形成、结构及应力分布

1.1 管座角焊缝的形成和结构

在靠火力发电的茅村发电厂，压力容器及联箱的制造和工程工艺管道的配管过程中，为便于汽水输送、测量及仪表的安装，会大量出现两个圆柱体正交或斜交相贯的情况，对相贯线实施焊接所形成的焊缝是角焊缝。

为避免强制对口，在容器或联箱与接管间往往加装管座。

接管与筒体采用焊接方法连接而形成角焊缝，常见接管角焊缝的形式有插入式和安放式两种。插入式管座角焊缝是接管座插入筒体内焊接而成，这种角焊缝形式容易造成根部未焊透缺陷。

安放式管座角焊缝是接管座安放在筒体上焊接而成，危害最大的缺陷是根部未焊透，未熔合和裂纹等纵向缺陷。

由于管座及角焊缝的结构特点和机组启停过程中温度变化等原因，会在焊缝上产生很大的应力，所以管座角焊缝始终是承压部件的应力集中部位，且在装配及焊接过程中工艺比较特殊，容易出现各种缺陷。

1.2 管座角焊缝应力的产生和分布

1.2.1 管座角焊缝应力的产生。

集箱、容器或管道管座角接时在筒体上开孔后会在开孔处产生应力集中，且应力状况复杂，最大应力出现在垂直于拉伸方向的截面上。

角焊缝中的应力大致是以下几种因素产生的：

①由于介质压力作用而产生内应力，这种应力可以是拉应力，压应力，剪切应力，弯曲应力和复合应力。②由于受压原件的热胀冷缩而产生附加应力。

③焊接过程中形成的残余应力。

④由于部件重量或强行对口等原因而产生的附加应力。

1.2.2 管座角焊缝的应力分布。

在插入式管座角焊缝结构中存在未焊透，接管座与筒体之间的未焊透接头往往存在间隙，接头传力时力流线偏转很大，应力分布很不均匀，在角焊缝的根部和焊趾处都有很大的应力集中，而全焊透的接头应力集中和传力则相对均匀一些。

1.3 管座角焊缝的裂纹

1.3.1管座角焊缝裂纹形成机理。

管座产生的裂纹大致分成两种类型：高温蠕变裂纹和应力腐蚀裂纹。两种裂纹产生的位置是不同的，蠕变裂纹在外壁焊趾处开裂，裂口向外张开，呈周向分布；应力腐蚀裂纹发生在管座内壁，距离焊口有一定距离，腐蚀区域一般位于管轴线的一侧。

两种裂纹均由应力分布和环境等多种因素共同作用而产生。

筒体接管座的轴向应力是内压应力、弯曲应力及焊接残余应力的总和，在外壁焊趾截面处三个应力分量都在外表面集中，因而焊趾是管座外壁的最大应力作用点，且此处靠近焊接热影响区，机械性能较低。

由于管座的温度是均匀的，因此蠕变裂纹总是选择应力最大点开裂，故总是发生在外壁焊趾处，呈周向分布。

1.3.2 管座角焊缝损坏的原因。

管座角焊缝损坏的原因大致有以下几种情况：

①由于焊缝强度不够，在大应力的作用下而造成损坏。

②焊缝结部未透的构不理而造成的损坏。结构不合理常会引起应力集中，在应力作用下可能萌生裂纹。如根插入式接管座形式，应力集中更严重，容易萌生裂纹造成泄漏。

③由于焊缝缺陷萌生裂纹造成损坏。焊缝中如果存在未焊透，未熔合，气孔，夹渣等缺陷会造成应力集中而萌生裂纹，扩展至焊缝表面的现象也很常见。

④其他因素，如膨胀受阻造成附加应力过大，机组启停或汽水不畅造成温度梯度应力过大等。

二、管座角焊缝的磁轭法磁粉检测

2.1 规程对管座角验焊缝检验的要求

管座角焊缝是部件的应力集中部位，容易出现问题，是监督检验的重点。

此类焊缝通常做表面探伤检验，当铁磁性工件在条件具备情况下优先选用灵敏度更高的磁粉探伤检验，对此相关标准也做了明确的规定。

DL438中规定锅筒上除下降管、给水管管座角焊缝外，其他管座角焊缝每种至少抽一个做无损探伤，其中包括小尺寸的管座角焊缝如各种仪表管座、加药、取样管座等。对高温集箱和管道也是同样的规定。

DL647中规定过热器出口集箱，集汽联箱、主蒸汽、再热蒸汽管道引出的空气、取样、压力信号等小口径管及其焊缝应做重点检查，必要时予以更换。

其余标准或规程如锅炉定检规，容器定检规等也有类似条款。电厂监督检验所列小尺寸管座角焊缝检验的范围、数量更是超出标准要求。

2.2 一般管座角焊缝的磁轭法MT检测

对于管座角焊缝的表面检验，JB/T4730中做了详尽的规定。

现场常用磁轭法对角焊缝磁化进行缺陷的检验，磁轭两脚分别站立在接管上和筒体上进行纵向(周向)裂纹的检验。

横向裂纹的检验磁轭直接跨站在焊缝上进行。磁轭间距为75～200mm范围内，当使用磁轭最大间距时，交流磁轭至少有45N的提升力，直流磁轭至少有177N的提升力，交叉磁轭至少有118N的提升力(磁极与试件表面间隙为0.5mm)。

所用检测设备，磁粉和磁悬液的综合性能可用标准试片检验，一般应选用A1-30/100型标准试片。

2.3 小尺寸管座角焊缝的磁轭法MT检测

2.3.1常用的小尺寸管座角焊缝的磁轭法MT检测方法分析。

对小尺寸的管座角焊缝的磁轭法常使磁轭一脚搭接筒体或平面，另一脚搭接管座，与接管形成点或线接触，导致磁轭对角焊缝的磁化强度降低，造成缺陷的漏磁减少影响探伤效果。

可以采取两种方法提升检验效果：

一是使磁轭的间距在满足规程要求下尽量小，接触筒体的磁轭尽可能靠近角焊缝热影响区，这样，在磁场强度一定的情况下，磁轭间距的减小使得工件中的磁化强度增大，在一定程度上补偿了磁轭和接管座接触不好造成的磁化强度的降低。磁轭靠近筒体一侧角焊缝焊趾使得有效磁化区更接近检验部位，对角焊缝的磁化效果明显；

二是改变磁轭与接管的接触方式，磁轭的接头设计成带一定曲率的接头，使磁轭与管座的接触面积加大，让更多的磁力线通过检验区域。

2.3.2小尺寸管座角焊缝磁轭式跨越法磁粉检测的分析。

所谓跨越法就是磁轭在标准规定的间距内(75～200毫米)可以跨放在管座间的筒体上磁化角焊缝的方法。这种方法达不到对角焊缝磁粉预期的磁化效果。

①跨越法磁化角焊缝的磁路分析。工件磁化时，主磁通经过的路径即为工作磁路，可用磁力线的形式表述。跨越法磁化角焊缝时，由于管孔的阻挡，磁力线在靠近管孔时分为两路流向另一级。

这样，在两磁轭连线上的角焊缝部位磁力线稀疏或无磁力线通过(未磁化)，在与两磁轭连线中点垂直的直线上的角焊缝位置通过的磁力线最多(完全磁化)，但方向与焊缝平行。

②跨越法磁化角焊缝对探伤的影响。磁粉检测时，待测试件的主磁通应集中通过试件并与需发现的缺陷方向垂直，使缺陷部位漏磁量最大，有利于缺陷的检出。

由以上磁路分析可知，工件在两磁轭连线上的角焊缝部位未被完全磁化或未磁化，如果此处存在缺陷将会被漏检。

在与两磁轭连线中点垂直的直线上的角焊缝被完全磁化，磁化方向与焊缝平行，对于横向缺陷可用完全检出，但对于纵向(周向)缺陷则会被漏检。

在角焊缝上最易发生的缺陷是焊趾处的纵向(周向)裂纹，所以，跨越法达不到对角焊缝磁粉时预期的磁化效果，实际探伤中应杜绝使用这种方法。