基于外穿式交流电磁场检测的钻杆轴向裂纹在役检测技术研究

钻杆是钻井过程中易受破坏的关键部件,在其服役过程中进行检测,对于减少钻具失效事故具有重要意义。针对钻杆在役检测的特点,提出一种新型外穿式交流电磁场检测方法,建立针对钻杆外表面轴向裂纹的外穿式交流电磁场检测有限元仿真模型,分析钻杆表面感应电磁场分布以及裂纹引起的电磁场畸变信号与裂纹尺寸关系,在此基础上提取裂纹识别特征信号,基于仿真模型分析激励线圈提离高度影响,设计开发井口钻杆外表面轴向裂纹在役检测系统,并进行试验测试,仿真和试验结果表明:外穿式交流电磁场检测探头所提取的钻杆轴向裂纹特征信号Bx和Bz分别反映裂纹深度和长度,具有定量识别能力;激励线圈提离高度可满足在役检测需要;外穿式交流电磁场检测系统利用周向阵列检测线圈可有效检测钻杆表面轴向裂纹。     

基于极限承载能力分析的超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法

基于结构极限承载能力分析法,以3000m超深水重力式水下分离器为研究对象,根据ASMEVⅢ-Ⅰ基本公式计算结构初始壁厚,借助有限元软件建立了超深水水下分离器整体模型,开展了基于5%最大主应变准则的极限承载能力校核和双非线性稳定性极限承载能力校核,并在此基础上提出递归循环算法优化壁厚,最终构建了超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法。根据最优壁厚制造了超深水水下分离器试验样机,开展了高压舱压溃试验,结果表明:本文所建立的超深水水下分离器整体模型具有较高精度,塑性极限分析和稳定性分析结果与试验结果的相对误差分别为13.11%、8.80%;本文所构建的超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法充分利用了材料的极限承载能力,在保证结构高耐压和高可靠性的基础上,相比弹性应力分类法提高承载能力44.4%,并有效减小设计壁厚达20%。     

基于ACFM的轨道缺陷检测系统设计和试验

针对铁路轨道长期与机车车轮滚动接触容易产生应力疲劳裂纹,威胁铁路安全运行的现状,基于交流电磁场检测技术,针对铁路轨道的检测需求,设计开发了一套集检测软件-便携式机箱-检测探头为一体的交流电磁场缺陷检测系统,分别对铁轨上的人工缺陷和自然缺陷进行了检测。检测结果显示,交流电磁场缺陷检测系统可实时检出铁轨上的缺陷,并能初步判断缺陷的位置和大小。得到的结果可以为我国铁路安全评估提供一定的数据支撑。     

基于ACFM的奥氏体不锈钢不规则裂纹可视化重构方法研究

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性、高韧性和塑性,在石化特种装备和海洋结构中有着广泛应用。奥氏体不锈钢通常在高温、高压、强腐蚀介质中服役,结构表面可产生各种类型不规则裂纹缺陷,威胁结构安全服役。由于不导磁、弱导电、晶粒粗大的特性,传统无损检测对奥氏体不锈钢表面不规则裂纹检测和评估存在诸多挑战。提出基于交流电磁场检测(Alternating current field measurement,ACFM)技术的奥氏体不锈钢不规则裂纹可视化重构方法,建立奥氏体不锈钢不规则裂纹ACFM有限元仿真模型,分析不规则裂纹周围电磁场畸变规律,提出垂直方向磁场(垂直于试块方向磁场,称为Bz)图像梯度场的不规则裂纹表面轮廓可视化重构方法,利用不规则裂纹检测试验验证可视化重构方法的效果。结果表明,ACFM探头感应电流可在奥氏体不锈钢不规则裂纹端点聚集,聚集电流引起垂直方向磁场Bz畸变,Bz图像梯度场可反映电流聚集位置,Bz图像梯度场可视化重构方法能够实现奥氏体不锈钢不规则裂纹表面轮廓可视化成像显示及精确评估。     

一种基于交流电磁场的差分检测探头

交流电磁场检测技术近年来广泛应用于各类结构缺陷的无损检测和定量评估中,检测时探头抖动易引起干扰信号而造成的缺陷误判,为解决此问题,提出一种新型的差分检测探头。通过COMSOL软件建立交流电磁场检测探头的有限元仿真模型,探究了提离抖动下特征信号的畸变规律,分析了Bx背景磁场与检测位置的关系;设计了一种基于差分磁传感器的检测探头,搭建缺陷检测系统并进行试验。试验结果表明,提出的差分检测探头能有效抑制提离干扰,增强缺陷信号识别能力,提高检测灵敏度。     

交流电磁场裂纹实时判定与评估方法

交流电磁场检测(ACFM)技术已经广泛用于海洋各类结构物的缺陷检测和评估中。传统的基于特征信号或蝶形图的缺陷判别方法易引起误判且难以实现实时判定与评估。搭建ACFM阵列检测系统,利用B_x能量谱和B_z相位导数阈值算法实时判定裂纹,依据阈值参数对裂纹危险等级进行评估,并开展裂纹检测与评估试验。结果表明:交流电磁场特征信号B_x能量谱可作为裂纹长度评估阈值,特征信号B_z相位在裂纹区域发生明显的翻转;基于能量谱和相位导数阈值的判定方法能够实时判定裂纹;利用阈值参数可对裂纹危险等级进行评估;基于能量谱和相位导数阈值的ACFM检测系统能够实现裂纹的实时定量与定位评估。     

基于FPGA的交流电磁场缺陷智能检测仪

石油石化行业中，碳钢结构物长期受到腐蚀、应力等因素的影响，表面易产生复杂裂纹，复杂裂纹的检测分析需要强大的数据处理能力，对检测仪器的功能架构提出了诸多挑战。首先基于交流电磁场检测(ACFM)技术，建立了不同类型裂纹的仿真模型，分析结构物表面感应电流分布，探究缺陷形貌-电流扰动-磁场畸变之间的映射关系，提出了基于特征信号B_z的缺陷智能识别算法；然后基于FPGA(现场可编程逻辑门阵列)平台，构建交流电磁场缺陷智能检测仪，实现了激励信号发生、检测信号采集、处理和显示等功能，并开展了人工预制裂纹的识别试验。试验结果表明，该交流电磁场缺陷智能检测仪可以实现不同角度直线裂纹和复杂裂纹的表面轮廓重构与识别。     

基于LSTM的ACFM在线缺陷判定方法

交流电磁场检测(ACFM)技术在进行缺陷判定时，存在检测数据追溯、现场判定缺陷困难等问题。分析了ACFM检测信号特征，开发了一种部署在云服务器上的在线数据存储、检测信息显示以及缺陷智能判定的方法。该系统主要由检测仪与云端服务器组成，检测时仪器采集检测信号，将检测信息实时传输至云服务器，云服务器存储检测信息并通过网页显示，同时基于长短期记忆神经网络(LSTM)的缺陷判定算法分析检测信息并返回结果至检测仪。以铝板试件作为检测对象，对系统进行功能测试。试验结果表明，开发的在线缺陷判定算法实现了交流电磁场检测系统数据存储、信息查看、缺陷判定的目标。