基于磁導(dǎo)率擾動(dòng)的厚壁管道腐蝕檢測(cè)

范依澄 秦之凡

摘??要：在復(fù)雜的工作條件下，流動(dòng)腐蝕會(huì)導(dǎo)致的厚壁管道局部壁厚發(fā)生變化。傳統(tǒng)的電磁檢測(cè)方法很難評(píng)估深層缺陷，由于磁導(dǎo)率擾動(dòng)檢測(cè)（MPPT）擁有對(duì)深埋缺陷鋼管的高靈敏度優(yōu)勢(shì)，因此，采用磁導(dǎo)率擾動(dòng)檢測(cè)方法對(duì)厚壁管道腐蝕缺陷進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)鐵磁材料施加直流電磁化，由于壁薄引起的內(nèi)部磁場(chǎng)擾動(dòng)引起表層磁導(dǎo)率擾動(dòng)，并通過渦流探頭檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，檢測(cè)電壓信號(hào)幅值隨管壁減薄厚度的增加而增大，可以測(cè)量管壁減薄5%的情況。

關(guān)鍵詞：腐蝕??磁導(dǎo)率??直流磁化??渦流

中圖分類號(hào)：TM62;TG142.71

Corrosion?Detection?of?Thick-Walled?Pipes?Based?on?Magnetic?Permeability?Perturbation

FAN?Yicheng1??QIN?Zhifan2

1.?Military?Representative?Office?of?the?Naval?Armament?Department?in?Wuxi，?Wuxi，?Jiangsu?Province，?214000?China;?2.The?7th?Military?Representative?Office?of?the?Naval?Armament?Department?in?Beijing，?Beijing，?100010?China?（請(qǐng)確認(rèn)翻譯準(zhǔn)確性？？）

Abstract：Under?complex?working?conditions，?flow?corrosion?can?lead?to?changes?in?the?local?wall?thickness?of?thick-walled?pipes.?The?traditional?electromagnetic?detection?method?is?difficult?to?evaluate?deep?defects，?and?because?of?the?advantage?of?the?high?sensitivity?of?the?magnetic?permeability?perturbation?testing?（MPPT）?for?deep-buried?defective?steel?pipes，?its?method?is?used?to?detect?the?corrosion?defects?of?thick-walled?pipes.?Direct?current?magnetization?is?applied?to?ferromagnetic?materials，?and?the?surface?permeability?perturbation?is?caused?by?the?internal?magnetic?field?perturbation?caused?by?wall?thinness，?which?is?detected?by?an?eddy?current?probe.?Experimental?results?show?that?the?amplitude?of?detection?voltage?signals?increases?with?the?increase?of?the?thinning?thickness?of?pipe?walls，?and?the?5%?thinning?of?pipe?walls?can?be?detected.

Key?Words：?Corrosion;?Permeability;?Direct?current?magnetization;?Vortex

近年來(lái)，隨著我國(guó)油氣發(fā)展的需求擴(kuò)大，長(zhǎng)輸管道鋪設(shè)量大幅增加。長(zhǎng)輸管道經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后會(huì)發(fā)生多種損傷，管道內(nèi)壁腐蝕是長(zhǎng)輸管道運(yùn)行中的一種常見損傷模式[1，2]。為了防止管道泄漏和爆炸事故的發(fā)生，需要采取一定的檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼管的壁厚減薄情況進(jìn)行定期測(cè)量[3]。目前常用于鋼管壁厚測(cè)量的無(wú)損檢測(cè)方法主要有聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)[4]、射線檢測(cè)技術(shù)[5]以及電磁檢測(cè)技術(shù)[6]。常規(guī)超聲檢測(cè)結(jié)果不直觀，缺陷特征評(píng)價(jià)提供的信息量不足；射線檢測(cè)在在役管道中的檢測(cè)采用雙壁單影透照方式，檢測(cè)靈敏度較低；常規(guī)電磁檢測(cè)技術(shù)由于趨膚深度的影響對(duì)于深層缺陷存在磁化作用范圍不足的問題。因此，針對(duì)厚壁鐵磁性構(gòu)件內(nèi)部腐蝕缺陷，需要一種新的電磁無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)管道內(nèi)壁腐蝕缺陷進(jìn)行精確測(cè)量。

1?厚壁鋼管檢測(cè)技術(shù)原理

如圖1所示，在直流磁化下鐵磁性材料內(nèi)部缺陷引起周圍區(qū)域磁場(chǎng)擾動(dòng)，由于材料的非線性磁化特性，這種磁場(chǎng)擾動(dòng)會(huì)帶來(lái)磁導(dǎo)率擾動(dòng)。檢測(cè)探頭在工件表面激發(fā)渦流場(chǎng)，當(dāng)探頭經(jīng)過磁導(dǎo)率擾動(dòng)區(qū)域時(shí)，材料表面感應(yīng)渦流發(fā)生變化，從而引起二次磁場(chǎng)變化并被探頭接收[7]。但交流激勵(lì)在材料表面形成渦流場(chǎng)，渦流的趨膚效應(yīng)使得其受到材料表層的磁導(dǎo)率擾動(dòng)的影響，因此可將表層磁導(dǎo)率擾動(dòng)看作磁導(dǎo)率特性缺陷。在該方法中，采用直流磁化主動(dòng)激發(fā)磁導(dǎo)率擾動(dòng)，不直接測(cè)量?jī)?nèi)部缺陷在外表面空氣中產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)，而測(cè)量由工件內(nèi)部磁場(chǎng)擾動(dòng)引起的工件表層磁導(dǎo)率擾動(dòng)，利用交流激勵(lì)來(lái)主動(dòng)獲取由磁導(dǎo)率擾動(dòng)引起的磁場(chǎng)變化。

2??實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)分析

2.1??實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及試件

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)生器、示波器、相敏檢波電路、直流電源、U型磁化器、探頭、樣品組成。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。穩(wěn)恒磁場(chǎng)將通過直流電源輸出直流電來(lái)激勵(lì)磁化線圈而產(chǎn)生，磁化線圈的匝數(shù)為2?000匝，磁化電流為3?A。探頭由三個(gè)相同的線圈間隔0.5?mm并排分布組成，中間一個(gè)是激勵(lì)線圈，兩側(cè)是接收線圈，它們均是由線徑0.08?mm的漆包銅線繞制而成，匝數(shù)50匝。它們的外徑為3?mm，內(nèi)徑為1?mm，高度為1?mm。探頭的激勵(lì)頻率為100?kHz，電壓幅值為1?V。試件為600?mm×80?mm×8?mm的45#鋼板，試件反面加工縱向貫穿的矩形截面切口模擬壁厚減薄，圖3所示為試件的具體尺寸參數(shù)。鋼板共4個(gè)矩形槽，深度分別為h=0.5?mm、h=1?mm、h=1.5?mm、h=2?mm。

2.2??實(shí)驗(yàn)信號(hào)分析

直流磁化器的磁化電流設(shè)置為3?A，差分探頭的激勵(lì)頻率設(shè)置為100?kHz，激勵(lì)幅值設(shè)置為1?V。圖4是掃查的檢測(cè)電壓幅值，可以看到當(dāng)掃過減薄區(qū)時(shí)，檢測(cè)電壓在靠近減薄區(qū)邊緣的某一點(diǎn)先達(dá)到最大值，然后進(jìn)入減薄區(qū)后減低至最小值。圖5是提取的檢測(cè)電壓峰谷值，探頭的檢測(cè)電壓峰谷值隨著壁厚減薄的增大而增大。這是因?yàn)椴煌诤皲摪褰孛嫔系拇磐芏?，?dǎo)致磁導(dǎo)率分布的不同，引起探頭感應(yīng)電壓的變化。

3??結(jié)語(yǔ)

通過搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)不同減薄深度的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，提取同一提離高度下的探頭檢測(cè)電壓幅值，探頭的檢測(cè)電壓峰谷值隨著壁厚減薄深度的增大而增大。結(jié)果表明，采用磁導(dǎo)率擾動(dòng)檢測(cè)方法對(duì)厚壁管道腐蝕缺陷進(jìn)行檢測(cè)，可以測(cè)量管壁減薄5%的情況。

參考文獻(xiàn)

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