探究采用實(shí)用磁粉工藝解決螺紋根部疲勞裂紋檢測(cè)難題
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來(lái)源：www.ly-ndt.com

發(fā)布日期：2021-07-15 09:23

背景

螺栓因長(zhǎng)期受軸向應(yīng)力作用，螺紋疲勞裂紋的擴(kuò)展方向一般垂直于螺栓軸線。

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)比對(duì)，給出了較為實(shí)用的磁粉檢測(cè)工藝，解決了螺紋根部疲勞裂紋檢測(cè)的技術(shù)難題。

高強(qiáng)螺栓廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，具有高強(qiáng)度、承受高應(yīng)力和長(zhǎng)時(shí)間服役的特點(diǎn)，為保證使用安全，經(jīng)常需要對(duì)螺栓進(jìn)行檢測(cè)。

國(guó)內(nèi)對(duì)螺栓檢測(cè)主要采用超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)等方法。電力行業(yè)在2000年出臺(tái)了高溫緊固螺栓超聲波檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)則，但因?qū)β菁y牙根部的疲勞裂紋的檢出率很低而難以推廣。對(duì)高強(qiáng)螺栓來(lái)說(shuō)，最易產(chǎn)生疲勞的部位是靠近螺柱中部的第1、2、3圈螺紋根部，這些部位目前尚無(wú)成熟的檢測(cè)方法。

1、疲勞裂紋產(chǎn)生機(jī)理

若材料上某一點(diǎn)或多點(diǎn)產(chǎn)生了應(yīng)力應(yīng)變，在經(jīng)歷足夠次數(shù)的變化之后，最終會(huì)產(chǎn)生裂紋或者完全斷裂，其結(jié)構(gòu)發(fā)生漸進(jìn)且永久變化的過(guò)程，美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)把這種不可逆的過(guò)程稱為疲勞。

由此可見(jiàn)，疲勞產(chǎn)生的根源是應(yīng)力集中。

應(yīng)力集中是固體局部應(yīng)力顯著增大的一種現(xiàn)象，一般在孔洞、夾角、缺口、溝槽以及有鋼性約束的部位出現(xiàn)，會(huì)因此萌生裂紋甚至導(dǎo)致脆性材料斷裂。

高強(qiáng)螺栓的螺桿上存在著螺紋，相當(dāng)于形成了缺口，應(yīng)力在螺紋根部，由于截面突變形成應(yīng)力集中，對(duì)容器的高強(qiáng)螺栓來(lái)說(shuō)還同時(shí)受到殼體的鋼性約束和壓力的變化以及長(zhǎng)時(shí)間服役，更是加劇了應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易產(chǎn)生疲勞。

石油化工行業(yè)的高壓、超高壓設(shè)備，最易產(chǎn)生疲勞的部位是靠近螺栓中部的第1、2、3 圈螺紋根部。由于長(zhǎng)期受到軸向應(yīng)力作用，疲勞裂紋的擴(kuò)展方向一般垂直于螺栓軸線。

2、檢測(cè)方法選擇

高強(qiáng)螺栓的疲勞裂紋呈細(xì)紋瓷狀，位于螺紋根部，由于缺陷細(xì)微、位置特殊，給檢測(cè)帶來(lái)了一定的難度。

對(duì)有關(guān)文獻(xiàn)介紹的手工超聲波、相控陣和熒光滲透等檢測(cè)方法，茂名威特檢測(cè)技術(shù)有限公司進(jìn)行了逐一試驗(yàn)，但檢測(cè)效果都不理想。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)特殊，對(duì)超聲波檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)，缺陷反射波和螺紋反射波的位置過(guò)于接近，雜波很多，以至無(wú)法分辨；對(duì)滲透檢測(cè)來(lái)說(shuō)，滲透之后的清洗工作難以掌握，清洗不足偽顯示過(guò)多，清洗過(guò)度則無(wú)法檢出缺陷。

經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，決定采用熒光磁粉檢測(cè)方法，并摸索出了專(zhuān)用工藝，檢出效果較為理想。

3、熒光磁粉檢測(cè)方法

3.1 濕法熒光磁粉檢測(cè)

以水為載體制作磁懸液，配制濃度為0.7~0.8g/ L，用澆法。

3.2 連續(xù)法

磁化時(shí)間1~3s，磁懸液的施加和磁痕顯示的觀察在磁化通電時(shí)間內(nèi)完成，且停施磁懸液至少1s后方可停止磁化。

3.3 繞電纜法

產(chǎn)生平行于螺栓軸線的磁場(chǎng)，螺紋根部的疲勞裂紋切割磁力線。

以φ76×630 的螺栓為例，線圈匝數(shù)N=5，則磁化電流(I)的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。電流可有±10%的浮動(dòng)。