冬季室外磁粉檢測水磁懸液的應(yīng)用

張文澤，祝加軒，解志剛，王 波，徐國良

(中國石油獨(dú)山子石化分公司，獨(dú)山子 833699)

為了保證石化行業(yè)的壓力容器、管道，冶金制造行業(yè)的各類管件、零部件的質(zhì)量安全，磁粉檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用。但是，由于國內(nèi)北方地區(qū)冬季的室外溫度往往低于-20 ℃，濕法磁粉檢測不易開展。

目前，為了防止冬季室外水磁懸液結(jié)冰，常常選用油磁懸液。這種油磁懸液通常是以低黏度油(煤油+變壓器油)為載體配制而成的，具有防銹性強(qiáng)，低溫下黏度小，分散性和潤濕性能好等優(yōu)點(diǎn)。其也存在許多不足，比如：煤油價(jià)格較高，不經(jīng)濟(jì)；煤油揮發(fā)性強(qiáng)，大量吸入會(huì)造成中毒；易污染作業(yè)場所和被檢工件，油膜也不易清洗；煤油閃點(diǎn)低，電極與工件接觸不好時(shí)，易引起電火花，存在安全隱患。因此，有必要尋找一種水磁懸液來代替油磁懸液的方法，這種水磁懸液要能在低于-20 ℃的寒冷環(huán)境下保障磁粉檢測的順利進(jìn)行。

1 試驗(yàn)方法

磁懸液是指將磁粉和載液(載體)按一定比例混合而成的懸浮液體。由于水具有無毒、無害、無污染、獲取方便等優(yōu)點(diǎn)，所以水磁懸液被廣泛使用。

為了解決冬季室外無法使用水磁懸液進(jìn)行磁粉檢測的問題，需要找到一種在寒冷環(huán)境下不結(jié)冰又與水相近的液體。此類液體常見的有酒和冬季用玻璃水，酒最大的問題是易燃，會(huì)帶來安全隱患。冬季用玻璃水是一種含有乙二醇的液體，乙二醇是一種無色、黏稠、有甜味且不易揮發(fā)的液體，易溶于水。乙二醇的凝固點(diǎn)為-12.5 ℃，沸點(diǎn)高達(dá)197 ℃，可與水任意比例混合(比例不同、凝固點(diǎn)也不相同)。因此，確定以冬季用玻璃水為載體配置水磁懸液[1]。

1.1 載體性能試驗(yàn)

對于濕法磁粉檢測，用來懸浮磁粉的液體稱為載液或載體。濕法磁粉檢測常用的載體有油基載體和水載體。油基載體是具有高閃點(diǎn)、低黏度、無熒光和無臭味等特點(diǎn)的煤油，而水載體通常由水中加入潤濕劑、防銹劑等溶劑配制而成。兩種載體的檢測指標(biāo)[2]如表1所示。

表1 載體分類和檢測指標(biāo)

1.1.1 潤濕性試驗(yàn)

進(jìn)行潤濕性試驗(yàn)時(shí)，試件材料為20鋼，尺寸為200 mm×300 mm(長×寬)，表面粗糙度不大于25 μm。在環(huán)境溫度為-20 ℃，試件表面溫度為-15 ℃的情況下，將冬季用玻璃水施加在該試件表面，可見冬季用玻璃水能迅速潤濕試件表面(見圖1)，形成的薄膜是連續(xù)不斷的，并覆蓋整個(gè)表面。

圖1 潤濕性試驗(yàn)時(shí)試件表面狀態(tài)

1.1.2 pH測定試驗(yàn)

進(jìn)行pH測定試驗(yàn)時(shí)，選用pH試紙一條,浸入冬季用玻璃水中,半秒后取出，與標(biāo)準(zhǔn)色板比較可得其pH為9，結(jié)果合格[3]。

1.1.3 分散性試驗(yàn)

將質(zhì)量為(3±0.1) g的磁粉加入冬季用玻璃水中，充分?jǐn)嚢?，攪拌速度? 000 r·min-1，保持1 min后倒入透明的量杯進(jìn)行目視觀察。目視觀察發(fā)現(xiàn)，磁粉在冬季用玻璃水中的分布均勻且不結(jié)團(tuán)，分散性試驗(yàn)結(jié)果合格。

1.1.4 防腐性試驗(yàn)

采用鋼棒法測試冬季用玻璃水的防銹性。使用一根長為100 mm，直徑為20 mm的鋼棒，利用磨光機(jī)裝配鋼絲刷對其進(jìn)行表面處理，使其表面粗造度不大于25 μm。將鋼棒的1/2長度浸入冬季玻璃水中，浸泡96 h，取出后放置在室溫環(huán)境中，24 h后觀察鋼棒表面，未發(fā)現(xiàn)有明顯的銹蝕，防腐性試驗(yàn)合格。

1.1.5 消泡性試驗(yàn)

由于磁粉顆粒無法聚集覆蓋在泡沫上，所以要求磁懸液在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)消除泡沫，以保證檢測結(jié)果的有效性，試驗(yàn)現(xiàn)場如圖2所示，試驗(yàn)采用100 mL量筒，裝入70 mL冬季用玻璃水,蓋好塞,上下?lián)u動(dòng)1 min,上下?lián)u動(dòng)距離大約1/3 m，搖動(dòng)頻率為100～120 次·min-1，然后在室溫下靜置10 min，觀察到液面幾乎無殘留泡沫，消泡性試驗(yàn)合格。

圖2 消泡性試驗(yàn)現(xiàn)場

1.1.6 穩(wěn)定性試驗(yàn)

將50 mL冬季用玻璃水置于100 mL量筒中,將其放置于(-25±3) ℃的低溫箱中,靜置24 h，取出后在室溫環(huán)境中靜置1 h,試驗(yàn)現(xiàn)場如圖3所示，觀察發(fā)現(xiàn)，量筒中無分層相變現(xiàn)象，穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果合格。

圖3 穩(wěn)定性試驗(yàn)現(xiàn)場

1.2 冬季玻璃水磁懸液工藝性能試驗(yàn)

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.4-2015的要求，非熒光磁粉磁懸液的質(zhì)量濃度為10～25 g·L-1。

1.2.1 水磁懸液的配制試驗(yàn)

將標(biāo)準(zhǔn)推薦的質(zhì)量濃度范圍平均分為4段，選取10，15，20，25 g·L-1這4種不同的質(zhì)量濃度進(jìn)行配制，并對4種磁懸液的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行對比，梨形瓶沉淀試驗(yàn)現(xiàn)場如圖4所示。

圖4 梨形瓶沉淀試驗(yàn)現(xiàn)場

匯總數(shù)據(jù)如表2所示，發(fā)現(xiàn)由于冬季用玻璃水的密度和黏度與其他水載體的不同，所以沉降速率不同[4]。當(dāng)質(zhì)量濃度為10 g·L-1和25 g·L-1時(shí)，體積分?jǐn)?shù)(含固體量)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，初步確認(rèn)以冬季用玻璃水為載體配制的非熒光磁粉水磁懸液的質(zhì)量濃度為15～20 g·L-1。

表2 不同質(zhì)量濃度下的體積分?jǐn)?shù)

1.2.2 靈敏度對比試驗(yàn)

分別用上述4組不同質(zhì)量濃度的水磁懸液，在同等檢測條件下，對磁粉檢測試塊的模擬裂紋缺陷進(jìn)行檢測，獲得的裂紋磁痕顯示如圖5所示。

圖5 靈敏度對比試驗(yàn)磁痕顯示

通過靈敏度[5]對比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，利用冬季用玻璃水配制的非熒光磁粉磁懸液的最佳質(zhì)量濃度為15～20 g·L-1。

當(dāng)磁懸液質(zhì)量濃度為15～20 g·L-1時(shí)，背景顯示與裂紋磁痕顯示對比強(qiáng)烈，磁粉在裂紋表面迅速聚集，裂紋磁痕輪廓清晰，裂紋形貌細(xì)節(jié)顯示清楚。

當(dāng)磁懸液質(zhì)量濃度小于15 g·L-1時(shí)，裂紋磁痕顏色較淡，細(xì)小的裂紋沒有顯示出來，造成了缺陷漏檢。

當(dāng)磁懸液質(zhì)量濃度大于20 g·L-1時(shí)，背景顯示顏色太深，引起許多非相關(guān)顯示和偽顯示，導(dǎo)致裂紋缺陷識(shí)別困難?？梢娰|(zhì)量濃度過低或過高均不利于磁粉檢測。

2 案例

2020年12月，新疆某化工廠計(jì)劃對10多條管線進(jìn)行定期檢驗(yàn)，要求對管道焊縫進(jìn)行磁粉檢測，此時(shí)室外溫度已低于-25 ℃。采用冬季用玻璃水為載體配制水磁懸液，對這些焊縫實(shí)施檢測，成功發(fā)現(xiàn)9條缺陷，應(yīng)用效果良好。部分缺陷外觀如圖6所示。

圖6 某管道焊縫檢出缺陷解剖結(jié)果

3 結(jié)語

通過載體性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以冬季用玻璃水作為載體配置的水磁懸液，其相關(guān)性能指標(biāo)均合格，且具有不易燃、黏度小、經(jīng)濟(jì)性好、無毒無害、低溫下不凍凝等優(yōu)點(diǎn)，即可以利用冬季用玻璃水配置水磁懸液。

(1) 實(shí)踐證明，以冬季用玻璃水為載體配制的磁懸液，能滿足冬季-25 ℃以上環(huán)境溫度的磁粉檢測。

(2) 以冬季用玻璃水為載體的磁懸液質(zhì)量濃度為15～20 g·L-1時(shí)，可以獲得最佳檢測結(jié)果。

(3) 以玻璃水為載體的磁懸液使用溫度為-40 ℃左右。