基于脉冲远场涡流的管道内检测技术

针对传统远场涡流检测方法对铁磁性管道内外壁缺陷灵敏度相同,无法有效区分缺陷在管道内壁还是管道外表面的问题,提出了采用具有丰富频率成分的脉冲激励信号取代传统的远场涡流中正弦信号激励的方法.采用小波去噪方法滤除检测数据中的信号噪声;研究了将检测线圈分别置于近场区、过渡区和远场区时的信号时域特性与管壁伤的关系;进行了针对管道管壁内外相同宽度不同深度缺陷的检测试验,结果表明采用脉冲激励作为激励源并综合运用过渡区的检测信号的幅值和过零时间特征能够有效地区分管壁内外全周向的缺陷.     

感生磁场对高速运动钢管磁化的影响机理

当高速运动钢管通过磁化线圈时会产生两种电磁感应现象:一方面,钢管电介质切割磁力线会产生感生涡流;另一方面,磁化线圈内部钢管磁介质总量发生变化而产生感生电流。钢管感生涡流和线圈感生电流产生的感生磁场会改变初始磁化场的强度与分布,进一步改变钢管的磁化状态,最终导致不同位置的同尺寸缺陷产生不同的漏磁场。为获得感生磁场对高速运动钢管磁化的影响机理,以楞次定律为基础,建立感生磁场的作用方程,获得钢管在不同位置处时钢管中感生涡流和磁化线圈中感生电流产生的磁场方向,并发现在钢管管头进入磁化线圈时,感生磁场方向与初始磁化场方向相反,而在管尾处两者方向相同,经磁场叠加后,钢管管尾处的磁化强度增强,管体处基本不变,而管头处减弱。利用钢管高速漏磁检测系统进行试验论证,缺陷检测结果与理论分析结论相同。     

管道周向磁化漏磁检测有限元分析

为优化管道轴向缺陷漏磁检测磁化器设计,运用三维有限元方法,仿真研究了周向励磁作用下钢管管壁磁化场的分布特征,分析了管道直径、壁厚等结构参数变化对管壁磁化场的影响,研究了不同周向励磁场与管壁磁化场、缺陷漏磁场及背号磁场间的作用关系。仿真研究结果表明：管径越大,管壁周向有效检测区域越大;而壁厚增加,管壁周向有效检测区域也增大,但其磁化强度急剧降低;同时,增加外加励磁强度有利于管壁轴向缺陷检测,但必须研究相应的信号处理算法,以消除背景磁场对缺陷漏磁检测信号的影响。     

涡流效应影响高速运动钢管磁化的仿真研究

根据楞次定律,在高速漏磁检测过程中钢管与轴向磁化线圈发生轴向相对运动时将产生涡流效应。涡流磁场与原磁化场叠加后影响钢管磁化状态,最终影响到高速漏磁检测结果的一致性。为分析高速漏磁检测中涡流效应对钢管全长磁化的影响,将原磁化场矢量分解轴向分量和径向分量并根据楞次定律建立钢管内部涡流分布方程,并获得感应涡流磁场在钢管中的空间分布。分析涡流磁场叠加于原磁化场之后对管头、管体和管尾处磁化状态的影响,发现管头涡流磁场与原磁化场方向相反,涡流效应具有抑制钢管磁化作用;管尾处两者方向相同,涡流效应具有增强磁化作用;涡流效应对管体磁化基本没有影响。通过有限元法分析钢管运行速度与涡流密度的关系,并进一步研究涡流效应对钢管管头、管体和管尾磁化状态的影响,为钢管全长一致性评价提供参考依据。     

利用复合激励的无盲点管道裂纹漏磁检测新方法

管道是石油和天然气工业的重要组成部分,而轴向裂纹是管道安全运营的重要隐患。传统的漏磁检测技术(MFL)对管道中轴向裂纹的检测灵敏度不高,从而形成检测盲区。本文提出了一种利用复合激励的MFL检测新方法,可实现对轴向和周向缺陷的同步检测。首先,利用U型磁轭对管壁进行交直流复合磁化;直流磁化场直接作用于周向裂纹并形成有效的MFL检测信号,而交流磁化场则在管壁内形成垂直于磁化方向的均匀涡流场;当该涡流场受到轴向裂纹干扰时,将形成二次感生磁场的扰动,因此,新方法通过对管壁表面的漏磁场及二次感生磁场检测,同时获得周向和轴向两个方向的探测能力;最后开展仿真和实验,并分析了新方法中作用于轴向和周向裂纹的磁化场、涡流场和二次感生磁场的分布。结果表明,新方法只需通过一次扫描,即可以获得缺陷的轴向和周向特征,实现了对裂纹的无盲点检测。     

高速漏磁检测饱和场建立过程及影响因素研究

在高速漏磁检测过程中,随着检测速度增加,有效磁化时间减少,导致被测构件饱和场无法建立,影响磁化效果。采用方波激励模拟外磁场瞬变情况,建立瞬磁场作用下钢管内部磁场响应模型,对钢管内部饱和场建立过程及影响因素进行研究;分析高速漏磁检测时缺陷漏磁场特征,利用有限元方法计算磁场强度和钢管材质对磁化滞后时间及缺陷检测的影响;设计高速漏磁检测实验平台,对不同运行速度和不同外磁场强度下钢管缺陷进行实验研究。结果表明,外磁场瞬变时,钢管内壁中心磁场明显滞后于外磁场,钢管内部饱和场建立时间与磁场强度和材料电导率有关,提高外磁场强度,可快速建立饱和场,减弱磁化滞后时间和涡流效应影响,提升缺陷检测效果和漏磁检测速度,实验结果和理论分析具有很好的一致性。     

基于多级磁化的高速漏磁检测技术研究

高速漏磁检测过程中,有效磁化时间非常短,磁后效影响不可忽略,导致被测构件无法实现磁饱和,漏磁信号无法产生。提出一种基于多级磁化的高速漏磁检测技术,使得高速下被测构件建立饱和磁场,抑制磁后效影响。首先建立多级磁化理论模型,采用Biot-Savart定律分析了多级磁化技术机理,通过涡流效应分析了多级磁化技术对磁后效的抑制作用,利用有限元方法计算分析不同磁化结构作用下钢管内涡流分布状态及缺陷漏磁场分布情况。最后设计高速漏磁检测平台,对不同运行速度下钢管内部缺陷检测进行实验研究。结果表明,多级磁化技术可有效实现磁场叠加,提高磁场均匀性,抑制磁后效对高速磁化过程的影响,提高漏磁检测方法的检测速度,实验结果和理论分析具有很好的一致性。     

漏磁与涡流复合探伤时信号产生机理研究

提出一种直流漏磁和涡流复合探伤方法,以期通过信息融合提高检测灵敏度,但试验中发现涡流探头检测到了钢管的内壁裂纹,而钢管的涡流检测规范也认为信号由涡流效应引起的。采用有限元法和磁源的测试试验分析磁导率和漏磁场对涡流检测信号的影响,结果表明,认为检测信号为涡流效应引起的观点是有误的。应用等效源法对扰动磁场进行分析,理论分析表明,裂纹处由涡流效应引起的扰动磁场相比漏磁效应引起的漏磁场要小得多,裂纹的漏磁场导致检测线圈产生感应电动势从而获得检测信号,而此时涡流效应引起的信号被淹没在漏磁信号中,钢管在磁饱和状态下的涡流检测信号是由裂纹的漏磁场引起的,饱和磁化下铁磁性构件的涡流检测结果要重新认识。     

管道外漏磁检测技术研究

为了防止管道在生产运行中发生严重的腐蚀导致泄漏,造成重大生命财产损失,依据管径尺寸不同、曲直走向不同和可拆卸程度不同等特点,将管道检测方法细化,基于漏磁检测原理,提出了适用于不同工况下的可变径磁化、整体磁化、局部磁化和直流磁化等管道外漏磁检测方法。设计出适用于大管径检测的可变径漏磁检测仪、适用于直管的整体磁化管道外漏磁检测仪、适用于小管径的局部磁化漏磁检测仪和适用于可拆卸管道的电磁磁化漏磁检测仪,研究4种检测方法对现场管道腐蚀缺陷进行检测的可行性。结果表明,管道外漏磁检测方法可以对管道进行检测和评价,也可以为管道的维修和管理提供决策依据。     

钻杆内壁腐蚀的交直流复合磁化漏磁检测方法

钻杆长期服役后内壁出现的腐蚀是造成钻杆断裂的主要原因,针对钻杆内壁腐蚀的检测,提出了一种基于复合磁化的漏磁检测方法。该方法通过阵列感应线圈拾取钻杆外壁交流磁场的变化,进而评价内壁腐蚀产生的壁厚减薄状态,规避了强背景磁场下用霍尔元件测量磁场时量程范围不足、灵敏度不够等问题。利用有限元仿真软件分析壁厚减薄上方的相对磁导率分布,对比了有、无壁厚减薄的磁感应强度变化率,仿真与实验结果表明该方法可以实现钻杆内壁壁厚减薄的检测。     

Magnetic Flux Leakage Course of Inner Defects and Its Detectable Depth

As a promising non-destructive testing (NDT) method,magnetic flux leakage (MFL) testing has been widely used for steel structure inspection.However,MFL testing still faces a great challenge to detect inner defects.Existing MFL course researches mainly focus on surface-breaking defects while that of inner defects is overlooked.In the paper,MFL course of inner defects is investigated by building magnetic circuit models,performing numerical simulations,and conducting MFL experiments.It is found that the near-surface wall has an enhancing effect on the MFL course due to higher permeability of steel than that of air.Further,a high-sensitivity MFL testing method consisting of Helmholtz coil magnetization and induction coil with a high permeability core is proposed to increase the detect-able depth of inner defects.Experimental results show that inner defects with buried depth up to 80.0 mm can be detected,suggesting that the proposed MFL method has the potential to detect deeply-buried defects and has a promising future in the field of NDT.     

双机械手操作的轴承阵列漏磁检测方法与系统

为满足对轴承套圈更快捷、更全面、更精细的自动化无损检测需求,提出了一种基于交直流复合磁化的漏磁检测方法。通过布置正交的交流、直流磁化器对套圈的检测面进行复合磁化,可以激励出不同方向裂纹的漏磁场,再通过设计的差分电感仿形阵列探头检测复合磁化下漏磁场的法向分量,通过分频处理分别得到周向和轴向的裂纹信号。在自动化检测过程中,双机械手在2个不同工位分别带动漏磁检测探头,通过快速精准的跟踪扫查运动实现对轴承套圈内、外径面及2个端面的全方位自动化探伤。试验表明,该系统的定位精度满足轴承套圈的检测需求,而且开放式可编程的结构有利于轴承生产中的快速换型。     

钢轨漏磁检测仿真分析及试验研究

为保障高速铁路的行车安全，针对现有高速铁路钢轨轨面伤损检测的需求，设计了一种携带有漏磁检测装置的钢轨探伤小车，并分析了钢轨探伤小车的结构组成和漏磁检测装置的检测原理。同时，在有限元分析软件 ＡＮＳＹＳ中建立了钢轨轨面漏磁检测的三维有限元模型，针对钢轨轨面主要的裂纹类和圆柱形缺陷，在软件中进行了钢轨缺陷的漏磁场特征仿真分析。通过计算分析，得出钢轨缺陷漏磁检测信号与传感器提离值、裂纹类缺陷长度、裂纹类缺陷深度、圆柱形缺陷直径、圆柱形缺陷深度的对应变化关系。最后，通过制备人工裂纹类和圆柱形钢轨缺陷，搭建起钢轨漏磁检测的试验平台，通过漏磁检测试验，验证了软件仿真结果的正确性。     

外穿式集中绕组激励旋转电磁场涡流无损检测系统

本文提出带集中式绕组可方便开合的新型探头设计,实现基于旋转电磁场涡流原理的管件外检测。通过COMSOL有限元模型研究了集中式绕组产生的旋转磁场特征及接收线圈参数对检测效果的影响,仿真结果表明集中式绕组可产生适于管件外壁缺陷检测的旋转电磁场,匝数较多、紧贴管道外壁并位于激励线圈端部的圆形线圈可更好地实现畸变信号拾取。构建了外穿式集中绕组激励旋转电磁场涡流无损检测系统,实现了对0.5 mm宽的周向与轴向裂纹检测,测试了系统对不同深度裂纹的识别能力,并利用位于管道外壁0到90°不同位置的裂纹验证了检测系统对裂纹周向定位能力,结果表明研发系统可进行任意方向裂纹的检测和周向定位,为连续管等管状构件的外检测提供一种新的方法。     

一种管道漏磁无损检测传感器的设计与实现

针对管道缺陷检测的现状,研制了一种适用于输油、输气管道的漏磁无损检测传感器,该传感器由磁敏器件、励磁模块、导轮等部分组成,具有灵敏度高、可用性强的特点,能满足不同管径和工况的管道缺陷检测,内容涉及漏磁检测、磁敏器件的选择、永磁体的优化以及导轮的设计等。