鋼板厚度對漏磁檢測效果的影響

郭義幫

摘要：考慮到油氣管道相對于外部磁場磁化到非飽和狀態(tài)時(shí)，本文主要介紹了漏磁檢測的一些相關(guān)原理和各部分的結(jié)構(gòu)。相關(guān)技術(shù)人員通過利用裝置在一定程度上進(jìn)行大量試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)裝置的模型，在一定程度上進(jìn)一步探究鋼板厚度對漏磁效果的影響。

關(guān)鍵詞：鋼板;漏磁;檢測;磁場;

引言：

由于輸送介質(zhì)的腐蝕，油氣管道事故經(jīng)常發(fā)生。目前，基于漏磁檢測的管道內(nèi)部檢測方法在國際管道行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)人員通過將檢測設(shè)備送入管內(nèi)，設(shè)備沿管內(nèi)壁移動(dòng)，實(shí)時(shí)檢測并通過后續(xù)數(shù)據(jù)處理描述管道狀態(tài)。為了滿足油氣管道可以進(jìn)行高壓和水下管道作業(yè)的剛度要求，相關(guān)技術(shù)人員在填充時(shí)需要選擇一定標(biāo)準(zhǔn)的鋼管厚度。當(dāng)磁化裝置的磁化能力固定時(shí)，管道厚度的增加使石油和天然氣管道變得困難。為了解決這一問題，用于檢測不同厚度的鋼板，相關(guān)技術(shù)人員需要模擬鋼管檢測情況。通過試驗(yàn)，獲得漏磁信號的規(guī)律，并估算漏磁檢測裝置的實(shí)際情況，在一定程度上進(jìn)一步完善漏磁效果檢測技術(shù)。

一、漏磁檢測原理

為了進(jìn)行檢測，當(dāng)管壁完好且管材料均勻時(shí)，永磁體磁化為待測部分。正常情況下，所有磁性電源線均組成磁路。目前來看，如果管壁上存在缺陷，穿過缺陷的部分磁電源線仍將穿過磁路，但少量磁電源線將在缺陷處變形，超出缺陷邊緣，離開管壁，泄漏到周圍空氣中。帶有磁性傳感器的檢測探頭連接到磁性軟鐵上。檢測時(shí)，探頭隨磁化裝置移動(dòng)，在一定程度上進(jìn)一步達(dá)到檢測目的。當(dāng)探頭穿過有缺陷的自由管壁時(shí)，輸出電壓保持不變，因?yàn)槁┐磐繘]有變化;當(dāng)穿過缺陷管壁時(shí)，檢測到缺陷。一般的電壓變化主要是以達(dá)到故障檢測的目的，然后進(jìn)一步通過分析漏磁信號可以準(zhǔn)確地評估缺陷。

二、漏磁檢測裝置的研制

1.漏磁檢測裝置的結(jié)構(gòu)

如果鋼板無限大，磁路設(shè)計(jì)合理，鋼板測得的面積仍可能達(dá)到磁飽和狀態(tài)，這為檢測漏磁所需的局部磁場成分條件提供了理論依據(jù)。對鋼板進(jìn)行磁化，使其幾乎達(dá)到飽和。磁力線通過由鋼板、空氣、永磁體和波長組成的磁路形成回路。

2.放大系統(tǒng)

磁化系統(tǒng)由激勵(lì)源和波組成。永磁體是鋼板的磁源，可實(shí)現(xiàn)幾乎飽和磁化。形成一個(gè)完全閉合的磁路。通常由具有良好導(dǎo)磁性的低碳鋼制成。雖然永磁體和電磁鐵都可以用作加熱系統(tǒng)的激勵(lì)源，但電磁鐵需要外部電源。它具有磁性強(qiáng)、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。它是一種適合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的永磁體。

3.探測探頭

檢測探頭用于收集磁信號并以電信號形式傳輸。傳感器具有高靈敏度特性，滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。因此，選擇它作為磁通量檢測傳感器。走廊中的傳感器探頭根據(jù)具體設(shè)計(jì)進(jìn)行，為確保檢測靈敏度，門傳感器應(yīng)與耐磨底座緊密連接并封閉。

4.數(shù)據(jù)收集模塊

數(shù)據(jù)采集卡通常用在傳感器的輸出電壓。來自檢測設(shè)備的系統(tǒng)噪聲和引入檢測過程的多分量噪聲對檢測信號有重大影響。同時(shí)，來自漏磁的信號很弱，因此傳感器的電壓變化是非常小的。如果輸出信號未經(jīng)濾波，磁通量輸出信號將在噪聲中關(guān)閉，無法有效識別。因此，有必要對輸出電壓信號進(jìn)行濾波和放大，以減少和消除干擾，從而提高檢測次數(shù)。

5.顯示模塊

目前來看，在檢測過程中，顯示器實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)波形信息。數(shù)據(jù)采集程序由公里周期輸出脈沖控制。輸出信號經(jīng)過濾波放大器后發(fā)送至數(shù)據(jù)采集卡。同時(shí)，它以數(shù)字量發(fā)送到計(jì)算機(jī)，以便處理和存儲(chǔ)在硬盤中，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)該及時(shí)觀察顯示試驗(yàn)中的波形。當(dāng)示波器用于顯示時(shí)，應(yīng)確保與顯示的兩個(gè)信號對應(yīng)的路徑傳感器通過缺陷。

三、鋼板厚度與信號振幅之比

試驗(yàn)包括分析非飽和磁場的狀態(tài)，以及在確定磁化裝置時(shí)，通過改變鋼板厚度來分析不再可檢測的缺陷。試驗(yàn)中未采用固定鋼板厚度和改變抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)計(jì)劃隨著永磁體電壓的增加，永磁板與鋼板之間的磁拉力將顯著增加，而磁拉力的增加將使鋼板上的檢測設(shè)備非常差。永磁的設(shè)計(jì)有一個(gè)固定的值，所以說磁化強(qiáng)度的使用是非常困難的。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，板厚的不斷增加，電壓的絕對值在一定情況下有可能減小，為了獲得缺陷漏磁場的實(shí)際大小，使用測量待測鋼板缺陷對側(cè)的漏磁場強(qiáng)度。結(jié)果表明，在電壓強(qiáng)度相同的情況下，當(dāng)鋼板厚度增加到一定值時(shí)，其磁不飽和 待測鋼板磁化區(qū)域內(nèi)的磁場強(qiáng)度從飽和變?yōu)榉秋柡?。試?yàn)結(jié)果表明，在電壓強(qiáng)度一定的情況下，當(dāng)鋼板厚度達(dá)到一定值且缺陷相對較小時(shí)，由于缺陷處鋼板截面較大且內(nèi)部磁場不飽和，鋼板厚度對漏磁檢測效果沒有影響，因此無法應(yīng)用磁放電原理檢測缺陷。

其他因素與信號幅值的關(guān)系，值得注意的是，探頭位置與信號振幅之間存在一定的相關(guān)性。當(dāng)檢測探頭逐漸遠(yuǎn)離缺陷位置時(shí)，信號幅值減小，特別是當(dāng)小提升桿效應(yīng)發(fā)生變化時(shí)，信號的相對變化較大。為了保證信號的正確性，探頭靠近被測鋼板表面，裝置沒有配備電源系統(tǒng)，而是通過手動(dòng)推動(dòng)操作。手動(dòng)推送的問題是設(shè)備不能以相同的速度運(yùn)行。需要注意的是，當(dāng)缺陷以更快的速度通過時(shí)，信號周期略小。當(dāng)它緩慢通過缺陷時(shí)，信號周期稍長，但兩個(gè)振幅相同，因此檢測速度對信號對磁通量的影響很小。

四、有限元模擬分析

相關(guān)技術(shù)人員在一定情況下進(jìn)一步探究鋼板厚度對漏磁效果檢測的影響，發(fā)現(xiàn)磁通量檢測裝置的結(jié)構(gòu)主要檢測裝置組成。利用對設(shè)備的三維有限元模型進(jìn)行了仿真分析，檢測部分主要是霍爾傳感器。在模擬計(jì)算過程中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)模型建立兩層空氣沖程結(jié)構(gòu)，以使結(jié)果更加準(zhǔn)確。當(dāng)模擬模型固定且鋼板厚度從7mm上升到20mm時(shí)，沿鋼板厚度切線方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，同時(shí)，當(dāng)鋼板厚度增加到一定范圍時(shí)，缺陷磁感應(yīng)強(qiáng)度的最高絕對值從70mT降至約MT 25，與試驗(yàn)結(jié)論一致。

總結(jié)：

相關(guān)技術(shù)人員在采用一定質(zhì)量的永磁體作為磁源的鋼板漏磁檢測儀，在一定情況下可檢測鋼板的相對深度缺陷。目前來看，在相同的熱源強(qiáng)度下，鋼板從磁飽和狀態(tài)變?yōu)榉秋柡蜖顟B(tài)，所以說，通過采用一定質(zhì)量的永磁體可以在一定程度上完善漏磁效果檢測技術(shù)，從而進(jìn)一步加強(qiáng)鋼板的檢測技術(shù)水平。

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