脉冲漏磁检测管道技术的有限元分析

漏磁检测方法作为一种无损检测技术广泛应用于钢材等的检测。分析了脉冲漏磁检测原理,提出了脉冲交流磁化方式。采用有限元法对系统参数变化等影响缺陷漏磁场分布因素进行了仿真计算,分析了提离、缺陷深度及宽度等变化对脉冲漏磁检测结果的影响。结果表明在较大提离情况下,脉冲漏磁检测方法具有可提取较多检测信息、输出电压幅值高的优点,在钢管的缺陷检测中将有广阔的应用前景。     

有限元方法在管道外漏磁检测中的应用

管道漏磁检测及其缺陷漏磁场的仿真技术研究具有十分重要的意义。在对各种漏磁场计算方法进行比较之后,选择了有限元法作为主要研究工具。叙述了漏磁检测的基本原理,介绍了漏磁管道检测装置的工作原理和基本结构,建立了管道漏磁检测中缺陷漏磁场计算的三维有限元模型,并以此为基础分别研究了缺陷漏磁信号特点、缺陷的几何尺寸与漏磁信号的关系、以及材料壁厚等对漏磁信号的影响等问题。通过对多磁化单元结构进行有限元模拟和试验仿真,发现多个磁化单元会造成磁场的叠加,磁化单元数量的增加会使缺陷处漏磁场增强,并且中间磁化单位的增加量要大于两侧。缺陷的几何尺寸影响漏磁场的分布,在一定缺陷直径范围内,缺陷深度与漏磁场信号强度呈近似线性关系。无论被测管道壁厚如何变化,相同几何参数的缺陷漏磁场轴向分量变化趋势仍然相同。适当选取提离值,将有助于获得良好的漏磁场信号。     

基于单线圈斜向磁化的钢管漏磁检测方法

针对目前钢管纵、横向缺陷采用漏磁方法分开检测的不足,依据单线圈磁场特性,提出并分析了基于同轴单线圈、斜置单线圈、辅以聚磁器的斜置单线圈和辅以聚磁器的同轴单线圈的四种钢管磁化方法。得出了单线圈斜置是钢管产生斜向磁化的必要条件,聚磁器能增强斜向磁场的结论。在此结论基础上建立了基于斜向磁化的,可同时检测出纵、横向缺陷的钢管漏磁检测方法。     

钢管端头漏磁检测技术

在传统的钢管检测中，通过磁粉法来确定钢管端头的缺陷，费时、费力又不可靠。分析了钢管端头和端头缺陷的磁场分布，用ANSYS软件模拟分析了加入引体对端头磁场的影响，确定了附加引体的钢管端头漏磁检测方法，并通过试验验证了其可行性。     

三轴漏磁缺陷检测技术

针对轴向裂纹等管道缺陷类型的检测,基于漏磁检测原理,研究了三轴漏磁管道缺陷检测技术.通过对缺陷漏磁矢量场的研究,将漏磁场分为轴向、径向和周向三个分量.利用ANSYS仿真软件,建立励磁系统模型,仿真出三维磁场磁通密度矢量分布图,模拟缺陷漏磁场分布.研制实验平台,采用霍尔传感器制成三轴漏磁检测探头,检测出漏磁场三个方向的漏磁信号.结果表明,三轴漏磁缺陷检测技术可以反映较多缺陷信息,有助于检测特殊类型缺陷.     

管道补板漏磁检测信号的研究

根据漏磁检测的原理,研究了漏磁检测有限元动态分析理论的计算公式,建立了有限元动态仿真模型,从有限元分析和试验研究的角度对管道缺陷及补板的漏磁场分布特征进行研究。在有限元分析模型中,分别从管道的径向和轴向研究了缺陷漏磁场和管道补板漏磁场的分布,并绘制了漏磁场分布曲线。搭建了管道漏磁内检测试验平台,对不同尺寸人工缺陷和补板漏磁场的径向分布特征进行了研究。仿真分析和试验结果表明,虽然在漏磁检测过程中,管道补板的漏磁场与缺陷漏磁场的分布规律相似,容易造成混淆,但可以通过正负峰值出现的顺序来判定缺陷与补板产生的漏磁信号。     

钢管内壁缺陷涡流检测的机理研究

钢管涡流检测多采用磁饱和技术以抑制磁导率波动引起的信号噪声,检测实践中发现此时内壁缺陷被检出,这与趋肤效应原理相矛盾。建立了含内壁刻槽的钢管磁饱和下的仿真和试验模型,剖析了内壁缺陷检出机理。仿真和试验结果表明:钢管缺陷漏磁场在探头内引起低频响应经相敏检波后被滤除,对信号无作用贡献,内壁缺陷在钢管外壁引起的磁导率畸变是影响信号的真正根源。研究结果明确了磁饱和下钢管涡流检测机理,可望指导钢管的工程实践检测。     

有限元法在管道漏磁检测中的应用

介绍管道漏磁检测中有限元计算方法的基本原理,推导出轴对称的漏磁检测系统在极坐标下的有限元方程、网格剖分方法及有限元计算的边界条件,并计算出不同形状缺陷的管道的磁力线分布图.从计算结果可清楚地看出不同缺陷对磁力线分布造成的影响也不相同.     

钢轨表面缺陷漏磁检测的三维磁场分析

漏磁检测技术通常测量垂直和平行于缺陷表面的漏磁场分量,来实现对缺陷的定量分析。然而,对于钢轨表面的复杂裂纹,传统的方法很难准确检测。为了克服这种检测方法存在的不足,采用三维磁场测量方法以及有限元法对缺陷漏磁场的三维分布情况进行了分析。在此基础上设计了一套适合钢轨表面缺陷检测的三维漏磁检测系统,并对人工缺陷样例进行了检测。结果表明,漏磁信号垂直分量包含重要的缺陷信息,特别是对于与钢轨走向不垂直的缺陷。     

磁饱和后的涡流检测信号的非涡流效应

系统地进行了实验规划和验证,最后应用等效源法对实验结果进行了分析。分析表明,钢管在磁饱和状态下的涡流检测信号并不是由涡流效应产生的,而是由漏磁场引起的。缺陷的漏磁信号可视为一等效电流源,产生的扰动磁场被调制在高频载波上而引起涡流仪的信号显示。     

利用磁屏蔽效应改善钻杆漏磁检测信号信噪比

为了高效率地检测油田钻杆,设计了磁屏蔽器,电磁有限元分析表明,有磁屏蔽器存在时,钻杆漏磁信号将明显集中于缺陷附近,且永磁体元件之间通过空气介质耦合的背景磁通会大大降低。钻杆实物漏磁测试证实了这一分析结果,配有磁屏蔽器的探头可明显提高漏磁信号信噪比,有利于提高缺陷漏磁识别率。     

油管漏磁检测装置的改进研究

采用有限元法对油管漏磁检测装置进行优化设计。根据油管的特征参数和检测要求,设计直流线圈励磁型漏磁检测装置。建立了缺陷漏磁场的有限元仿真模型,研究了励磁线圈的形状、励磁电流对检测信号的影响,获得最佳的信噪比。提出了改善检测装置的端部效应,提高Hall探头检测灵敏度的两种改进措施,有效地提高了漏磁检测装置的检测能力。仿真数据同实验结果基本吻合,研究成果已经用在新一代油管漏磁检测设备的开发生产中。     

基于三维有限元的平行钢丝拉索断丝漏磁场仿真

随着桥梁检测技术的发展,漏磁检测技术开始应用于在役拉索检测。由于拉索自身结构复杂,拉索漏磁检测具有大直径和大提离的特点,导致背景磁场较强。利用有限元方法建立三维漏磁检测模型,通过将存在断丝缺陷的磁场信号与无缺陷的磁场信号求差,获得了真实漏磁场信号;研究了断丝断口宽度、埋藏深度等参数对检测信号的影响,给出了漏磁场随上述参数的变化曲线,从而为拉索漏磁检测信号的解释提供依据,为断丝量化分析奠定了基础。     

管道漏磁法检测的ANSYS仿真研究

采用有限元分析法对管道漏磁法检测的漏磁场理论进行了研究,通过有限元分析可以对各种情况下管道壁缺陷的漏磁情况进行仿真,弥补了磁偶极子模型解析法的局限性。还介绍了有限元分析软件ANSYS分析管道漏磁场的过程,并通过ANSYS分析研究了提离值对漏磁信号的影响,并进行了漏磁检测器磁化装置的优化设计。     

Variation of the stress dependent magnetic flux leakage signal with defect depth and flux density

The effects of uniaxial stress on the normal (radial) component of the magnetic flux leakage (MFL) signal induced by blind-hole defects for depths of 25%, 50% and 75% of the thickness of the pipe wall were investigated with a pipe wall flux density of 1.24 T. These three defects were on the same surface as the magnetizer and sensor for the MFL signal (near side). A fourth 50% defect was on the pipe wall surface opposite the sensor (far side). Changes of as much as 47% in the MFL signal due to stresses of up to 300 MPa were observed. Increased changes in the stress dependent MFL signal were observed with increasing defect depth. Comparison of the near side and far side 50% defects indicated similar changes in the MFL_pp signal as a function of stress, although the shape of the MFL signals was qualitatively different. The stress dependent MFL signal was also investigated for the near side 50% defect for pipe wall flux densities between 0.65 T and 1.24 T. A linear increase in the effects of stress on the MFL signal with increasing flux density was observed. Results demonstrated that the variation of the MFL signal with stress is primarily a bulk stress effect, although the effect of defect-induced stress concentrations upon the various MFL signals investigated could also be observed.     

高速漏磁检测方法的发展

漏磁检测法已成功应用于各类铁磁性材料的检测中,但当代生产技术的革新和新应用领域的出现对漏磁检测法的检测速度提出了新的挑战。高速漏磁检测的信号出现畸变,制约着检测速度的进一步提高。对此,众多研究人员对信号畸变的机理进行研究,发现磁化滞后效应是影响高速漏磁检测信号的主要因素。当高速运动的钢管通过磁化线圈时,涡流使得管壁内的磁场无法达到稳定状态,从而影响了漏磁检测信号。在机理探究的基础上,提出了增大磁化线圈长度、采用多级磁化等方法来抑制高速漏磁检测时信号的畸变。动生涡流无损检测法和动生涡流热成像检测法等新电磁检测方法也被提出,并在高速检测时获得了较好的效果。     

Development of a magnetic sensor for detection and sizing of internal pipeline corrosion defects

Magnetic flux leakage (MFL) is the most used technique for pipeline inspection, being applied through the use of instrumented PIGs. The pipe wall is magnetized and when metal loss or other irregularities occur, a larger fraction of the magnetic flux “leaks” outwards from the wall and is detected by sensors. MFL presents some limitations since it requires magnetic saturation of the pipe wall. Therefore, it is difficult to inspect small diameter and thick wall pipelines. Internal corrosion sensor (ICS) has been developed as a solution for internal corrosion measurements of thick walls. The technique, also called “field disturbance”, is based in a direct magnetic response from a small area of the wall. It is not necessary to achieve the magnetic saturation of the pipe material, and thus ICS performance is not affected by the thickness of the pipe wall. In the present work, finite element calculations are performed and the best resultant configuration of the sensor is proposed. Experimental tests with a prototype were carried out and the results give a strong indication of the validity of the theoretical model proposed for sizing.     

基于有限元的管道裂纹漏磁检测仿真分析

提出一种油气管道裂纹漏磁场检测的数学分析方法。先根据麦克斯韦方程组推导出漏磁场数据分析模型。其次,利用三维有限元分析原理在Ansys环境下建立数学仿真模型。再将仿真结果与实际测试数据进行比较,确定该方法的可靠性。最后,通过仿真分析得出了裂纹几何参数(深度和宽度等)对漏磁信号特征的影响规律,并给出它们的关系曲线。该方法为实际利用漏磁场分布检测油气管道裂纹提供了重要的依据。     

不同参量对缺陷交变漏磁场影响的仿真及验证

介绍了漏磁检测原理,以有限元数值仿真为手段,建立了三维有限元仿真模型,对影响钢板缺陷漏磁场分布的缺陷深度、宽度及提离高度等参数变化进行了仿真,并给出了它们的关系曲线,为缺陷漏磁判别提供了有力依据。最后给出了实验验证。结果表明,仿真研究与实际结果有较好的一致性。     

常压储罐罐底腐蚀的漏磁检测与失效分析

探讨了漏磁检测在常压储罐罐底腐蚀缺陷检测中的应用。利用FLOORMAP 2000罐底漏磁扫描仪对五个1000m^3以上的常压储罐进行现场检测，给出了罐底的腐蚀状况。漏磁检测、宏观检测和超声波测厚结果的对比分析证实了漏磁检测方法的可靠性，最后综合分析了引起储罐罐底腐蚀失效的主要原因。