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短接小径管的漏磁检测

来源:无损检测论文 时间:2020-06-28 作者:无损检测挂靠 浏览量:

摘要:建立了小径管缺陷漏磁检测的三维有限元模型,得到缺陷漏磁场的空间分布特性。

通过改变缺陷的深度和宽度,研究了腐蚀缺陷对漏磁检测信号的影响,研发了短接小径管的漏磁检测装置,在规格(外径×壁厚)为 27 mm×3.5 mm小径管内壁加工了人工腐蚀坑缺陷,并对模拟缺陷进行检测。结果表明:漏磁检测技术可以实现短接小径管腐蚀缺陷的快速扫描检测

在石油化工设备中,常用的小径接管多由铁磁性材料制成,在复杂的外界环境与管道内输送的介质的共同作用下,管内易产生疲劳裂纹和腐蚀等缺陷1。同时,管子短、周围结构复杂,以及检测空间狭小等因素极易对装置的运行及人身安全造成影响,因此开展短接小径管的无损检测与评价技术研究,对减少安全事故,降低生产成本与保持设备的平稳高效运行А有+分t t意Х。

国内外对于管道的无损检测方法有多种,如射线检测等,应用到短接小径管上的效果并不好[2,这些方法大都有其局限性[3]。漏磁检测技术可检测出铁磁性管道上的金属缺失缺陷,并准确识别出管道内壁壁厚减薄的位置,对管道内表面腐蚀具有良好的检出能力[。笔者以实际检测需求出发,利用漏磁检测的理论基础,运用有限元仿真技术建立了腐蚀缺陷漏磁场磁化模型,研究了磁化过程中各参数对漏磁场信号的影响,得到缺陷漏磁场的分布规律,并设计研发了一套小型短接小径管漏磁检测设备,解决了短接小径管的检测问题。

1 短接小径管漏磁检测的有限元分析

1.1 漏磁检测原理在被检测管道上施加局部励磁场,励磁场磁化待测管道,若待测管道的材料均匀无缺陷,则磁感线均匀且平行通过管道材料的内部,几乎不会有磁通泄漏出来。但当被测管道存在缺陷时,缺陷部分的空气磁阻远大于管道磁阻,磁感线优先通过管道内部,迫使管道中的磁感线发生畸变,一定数量的磁感线会从缺陷位置离开管道,即在缺陷上方形成漏磁场。缺陷形状、深度等参数的不同使形成的漏磁场信号也发生相应变化;可以利用磁敏感元件将该变化转换成电压的变化,通过对电压信号变化的分析实现小径管缺陷的检测和量化。漏磁检测原理示意如图1所示。

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1.2 漏磁检测有限元分析

将磁化模型和缺陷简化,回路由永久磁铁、气隙和被检测小径管组成。有限元几何模型如图2所示,选用的单元类型为SOLID117,定义空气与气隙的相对磁导率为1.0,磁铁材料的矫顽力为919 000 A.m-。网格划分时,定义边界条件进行求解,外围空气层边缘是有限元分析的边界,永磁体材料产生的磁力线不能透过边界,只能垂直或者平行于外围空气层,所以所建模型将外围空气层外表面均设置成磁力线平行边界条件发生面。采用单块磁铁构成磁回路,求解结束得到计算结果,可以得到不同结构下的小径管缺陷处的磁通量密度分布云图(见图3)。从图3可以看出,缺陷位置处漏磁场强度较强[6]

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2 缺陷漏磁场强度的影响因素分析

2.1 缺陷深度对漏磁场的影响

在有限元模型中,调节缺陷深度的同时保持其他参数不变,分析缺陷深度与漏磁场的关系,将缺陷处漏磁场磁通量密度拆分成水平分量和垂直分量,分别研究缺陷深度与其间的关系。依次模拟壁厚减薄为10%90%的槽型缺陷,得到缺陷附近漏磁场受缺陷深度变化的影响规律。缺陷深度变化时,磁通量密度水平分量B,和垂直分量B,的变化曲线分别如图4,5所示,横坐标表示缺陷上方1mm处以缺陷中心为对称点的提取路径,纵坐标表示磁通量密度分量。图6,7分别为缺陷深度变化时的漏磁场B,和B,的波峰幅值曲线。由图6,7可以看出:缺陷处漏磁场磁通量密度的水平分量曲线有一个峰值,约在缺陷中心处;垂直分量曲线在缺陷处的幅值明显下降,谷值约在缺陷中心处;缺陷漏磁场磁通量密度的水平与垂直分量曲线形状基本不会随着缺陷深度的改变而改变;水平分量和垂直分量的幅值变化与深度成正比,随着缺陷深度的增加,水平分量峰值增大,垂直分量谷值減小

2.2 其他参数对漏磁场的影响

选取槽型缺陷作为研究对象,选择宽度以及磁化气隙为度量参数。利用单一变量法,在研究宽度对磁通量密度的影响时,控制宽度为545 mm,保持缺陷的深度为50%不变。提取缺陷上方距离短接小径管壁1mm处的漏磁场水平分量与垂直分量的分布曲线进行分析比较。保持槽型缺陷的深度为短接小径管管道壁厚的50%,宽度保持5 mm不变,改变磁化装置与管道外壁之间的磁化气隙高度,高度为919 mm,以每次2mm递增,同样提取缺陷上方1mm处的漏磁场水平分量与漏磁场垂直分量。

缺陷宽度变化时的漏磁场B,和B,波峰幅值曲线分别如图8,9所示;磁化气隙高度变化时的漏磁场B,和B,波峰幅值曲线分别如图10,11所示。

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短接小径管的漏磁检测_杨志军.pdf





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