金属构件磁记忆效应影响因素研究

　　电力工业中,电厂设备的损伤或过早失效会带来很大的安全隐患和经济损失。随着世界范围内越来越多的发电站相继进入超期服役阶段,对在役构件进行早期诊断以减少经济损失和安全隐患就显得尤为重要。磁记忆检测方法是通过获取地磁场和载荷共同作用下金属构件中的磁记忆效应来显示其应力分布情况,对其进行早期诊断的无损检测方法,在电站锅炉及管道的在线或维修检验中可望有广阔的应用前景。目前国内基于该技术的基础试验研究主要集中在常温下,关于在高温环境中工作的铁磁构件的表面磁场分布与应力集中区分布之间关系的试验尚未见专门报道。针对该情况,笔者通过对某电站主蒸汽管道母材12Cr1MoV试样进行高温拉伸实验,在分析了各种可能因素对构件磁记忆效应影响的基础上,探索了磁记忆检测的实际应用

　　1　磁记忆检测试验系统

　　试验的数据测量及计算采用自制的磁记忆检测试验系统。该系统由软件和硬件两部分组成。硬件主要包括定位装置、驱动模块、计算机和弱磁场测量仪等设备。软件为控制扫描架运行并存储计算数据的应用软件。设备框图如图1所示。

　　2　试验器材及方法

　　高温拉伸试验设备为高温蠕变试验机,其最高工作温度为800℃,最大工作载荷为294 000 N(30 000 kgf)。试件为带对称圆孔缺陷的中心对称圆管,图2为试件尺寸示意图。

　　试件材料为目前国内广泛用于高压超高压的亚临界参数电站锅炉的过热器、再热器、联箱和主蒸汽管道等高温部件上的12Cr1MoV。其室温和高温力学性能如表1所示[1,2]。

试验主要研究温度和载荷对磁记忆效应的影响。高温拉伸时的恒温恒载荷作用时间为10 min,卸载后试件随炉冷却。运用磁记忆检测试验系统对试件表面进行逐点精确磁场值测量。经测量,试件加工后表面磁场分布散乱且磁场值较大,一般在1×10-4~4×10-4T,最大达到6.5×10-4T。考虑到过高的磁场值对试验数据测量有较大的影响,对试件进行去应力退火。退火后试件表面磁场绝对值下降到1×10-4T以下,磁场分布杂乱、磁场值波动较小,如图3所示。

　　表2列出了试验中各试件的加载情况

　　3　数据分析

　　根据金属磁记忆检测原理[3]及带典型缺陷试件应力集中区分布规律[4],以试件圆孔边缘附近同一位置测量线上的磁场值变化曲线为例,对温度和载荷对磁记忆效应的影响规律进行研究。

　　3.1　同温度不同载荷情况下的磁记忆检测结果

　　在其它试验条件一致的前提下,改变载荷的大小。以试件圆孔缺陷边缘附近同一位置测量线上的磁场值测量结果为例,对同温度不同载荷情况下的磁记忆检测结果进行分析。试件1~3试验温度均为500℃,载荷分别为120,160和255 MPa,图4a和c分别为加载前后试件测量线上磁场值变化曲线。试件4~7试验温度均为550℃,载荷分别为234.5,215.5,196.5和160 MPa,图4b和d分别为加载前后试件测量线上磁场值变化曲线。