管道环焊缝缺陷漏磁检测信号仿真分析

文中基于漏磁检测技术基本原理,对油气管道环焊缝常见的缺陷类型,采用有限元数值模拟仿真的方法进行分析。选取管壁厚为9 mm、直径为529 mm的L415管线钢,应用ANSYS有限元软件对错边、咬边和凹坑等管道环焊缝缺陷磁化后产生的漏磁场特征信号进行模拟仿真,得到了描述漏磁场特征的磁通密度分布曲线,与试验测试的漏磁信号特征是一致的。通过改变不同缺陷的大小,经过对比分析,得出管道不同缺陷形式和尺寸下的漏磁场分布规律,为管道缺陷漏磁信号特征识别提供理论基础和实践依据。     

基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

漏磁检测技术对钢板对接焊缝检测鲜有应用,根据铁磁性焊缝的特点,针对焊接结构中较敏感的裂纹缺陷,探讨应用漏磁法检测钢板对接焊缝裂纹缺陷。采用有限元数值模拟方法(FEM),建立了焊缝三维FEM模型;对比分析焊缝不同区域存在裂纹时漏磁场分布规律;建立不同焊缝余高包含相同尺寸裂纹的三维FEM模型,分析由于焊缝余高的存在对裂纹检出率的影响;研究在焊缝余高3 mm结构条件下,漏磁场磁感应强度分量峰值随裂纹深度的变化规律,得到漏磁场相关对比分析曲线。仿真结果表明:漏磁法适用于钢板对接焊缝缺陷的检测研究;焊缝余高越小,可获得更高的缺陷检出率;漏磁场磁感应强度分量峰值均随裂纹深度的增加呈递增趋势。     

基于有限元分析的压力管道外漏磁检测

针对石油化工行业中压力管道的运行特点,根据漏磁检测原理开展了管道外漏磁检测。首先利用有限元分析软件建立了双励磁结构管道外漏磁检测模型,得到了半球形缺陷漏磁场的空间分布特性。然后研究了缺陷体积、管道壁厚、气隙厚度、两磁化结构张开角度等因素对缺陷漏磁信号的影响规律,并进行了试验验证。试验结果与仿真结果均表明,缺陷漏磁场磁通密度随缺陷体积的增大而增大,随管道壁厚和气隙厚度的增加而减小;缺陷漏磁场磁通密度轴向分量随着磁化装置张开角度的增加而变小。试验所用的漏磁检测装置能够有效地识别半球形缺陷,并能够对半球形缺陷进行量化和定位。     

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.     

储罐角焊缝裂纹漏磁检测有限元分析

针对石油石化行业中的储罐角焊缝不易检测的特点,使用漏磁检测技术对储罐角焊缝裂纹进行检测。应用有限元软件建立了角焊缝裂纹缺陷的分析模型,得到了角焊缝裂纹缺陷漏磁场的空间分布,提取出了角焊缝裂纹缺陷的漏磁信号,分析了角焊缝裂纹缺陷影响漏磁信号的因素;在此基础上对储罐角焊缝裂纹缺陷进行了漏磁检测试验,对得到的漏磁信号进行分析,分析结果与有限元分析提取的漏磁信号结果相符,证明了所建立的检测系统的可行性与有效性。     

小径管对接焊缝的磁记忆检测

针对某火力发电厂低温再热器出口侧垂直段对接焊缝磁记忆信号存在普遍过零现象,通过分析焊口与管壁的受力情况和实测磁记忆信号的特征,找出了沿焊口方向扫查时磁场法相分量Hy过零的主要原因是烟气冲刷导致管排两侧管壁减薄。为磁记忆检测时准确找出焊口应力集中的危险部位排除了干扰。     

储罐大角焊缝漏磁场仿真模拟与分析

由于石油石化行业储罐大角焊缝处于特殊位置并且容易产生缺陷,对大角焊缝的检测并没有太有效的方法。用漏磁检测方法对大角焊缝进行检测,利用有限元方法建立大角焊缝模型,分别模拟罐壁板左侧是否余出水平钢板、大角焊缝处有无缺陷以及缺陷存在于焊趾处和角焊缝热影响区时,得到漏磁场相关对比曲线,并对其进行分析得出结论。     

漏磁检测信号轴向分量和径向分量的选择

缺陷漏磁场的径向分量和轴向分量是漏磁检测中经常检测的物理量,两者之间如何选择,至今尚无定论。采用等效面偶极子模型分析了缺陷漏磁场的空间分布特点,解释了径向分量比轴向分量衰减更快的原因。结合有限元方法,研究了不同深度、宽度的二维矩形槽和不同倾角的梯形槽缺陷的漏磁场分布,分析了径向分量与轴向分量的变化特点,总结了缺陷参数变化时临界点的变化趋势。从探头设计的角度,考察了探头提离值以及缺陷参数对缺陷漏磁场信号轴向和径向分量幅值的影响,提出利用临界点作为检测分量的选取原则。     

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。     

焊缝缺陷磁光成像模糊聚类识别方法

以激光焊接高强钢(HSS)为对象,研究基于法拉第磁旋光效应的焊缝缺陷磁光成像检测方法.通过施加交变磁场改变焊缝处磁感应大小,利用磁光传感器获取焊缝缺陷磁光图像,选定特定区域提取灰度共生矩阵(GLCM)特征,并进行分析.为准确识别和分类焊缝缺陷类型,建立焊缝缺陷模糊聚类识别模型.通过调整模糊C-均值聚类(FCM)的模糊指...     

标准环形试块的漏磁场和磁粉受力分析

分析了控制磁粉检验系统综合性能的标准环形试块的作用机理。首先建立了计算漏磁场的简化数学模型，然后解标量磁位的二维拉普拉斯方程，求出被磁化的环形试块上通孔产生的漏磁场，计算了环形试块表面的磁粉受力情况。理论分析表明，①通孔缺陷中心处漏磁场切向分量值最大，垂直分量值为0。②磁粉受力的切向分量在通孔缺陷中心两侧各有一个大小相等方向相反的极值。③当通孔直径不变时，随通孔深度增加，其表面处漏磁场和磁粉受力的切向分量均迅速下降。④当通孔距表面距离不变时，随通孔直径减小，其表面处漏磁场和磁粉受力的切向分量均迅速减小。     

螺旋焊缝噘嘴错边缺陷三轴漏磁信号分析

东部管道螺旋焊缝的未焊透、未融合等缺陷严重威胁着管网的安全运行.为了解决此类缺陷检测难题,在东北原油管道开展了三轴高清漏磁内检测技术试验.原试验分析结果认为噘嘴和错边等缺陷是导致螺旋焊缝信号异常的主要原因,并由此判断漏磁检测技术不能检测出导致螺旋焊缝开裂的主要缺陷.通过对漏磁检测技术原理和信号特征进行统计分析,并通过理论推理和试验验证等方法,提出噘嘴和错边等几何缺陷不是导致螺旋焊缝缺陷信号异常的主要因素.更新了业界对三轴高清漏磁检测螺旋焊缝缺陷的认识,拓宽了研究的思路.     

焊缝漏磁图像边缘检测算法的实现

以对接焊缝不同区域分布矩形槽缺陷的漏磁图像为对象,提出一种基于数学形态学的焊缝和缺陷的边缘提取方法。首先利用经典边缘检测算子对焊道上分布矩形槽缺陷和热影响区分布矩形槽缺陷进行边缘提取,检测结果说明了经典算子的不适用性。针对焊缝不同区域分布矩形槽缺陷漏磁图像,利用数学形态学算法,构造圆盘形结构元素进行边缘提取。结果表明:基于灰度膨胀变换的边缘检测算法,可较准确地提取漏磁信号图像的焊缝和缺陷边界,实现焊缝和缺陷二者的有效分离,具有一定的可行性和实用性。     

基于磁光成像的微间隙焊缝信息提取

焊缝跟踪的精确性是保证良好焊接质量的关键因素,为精确检测焊缝位置,研究一种基于磁光成像(MOI)技术的焊缝识别新方法。在激光平板对接焊实验中,通过对焊件施加感应磁场,由磁光传感器将焊缝处感应磁场分布的变化转换成相应的光强变化,实现对焊缝的实时成像。对获取的焊缝磁光图像进行灰度变换、中值滤波和二值化处理,与传统边缘检测方法不同,引进一种抗噪性更好的形态边缘检测算子进行边缘检测,继而提取出焊缝中心坐标。结果表明,该方法可获得较高的测量精度,能有效检测出焊缝中心位置。     

一种基于弱磁的单车车架焊缝缺陷快速检测方法

针对单车车架焊缝检测效率低、成本高、检测过程复杂等问题, 提出一种基于弱磁检测技术的共享单车车架焊缝内部缺陷检测方法。通过高精度的TMR测磁传感器采集工件不同位置的微弱磁磁信号, 并对信号进行平滑处理。由于工件焊缝缺陷处的磁导率与无缺陷处的磁导率存在差异, 折射后被地磁场磁化后的磁场强度不同, 从而判断焊缝内是否存在缺陷。与常规磁法检测不同, 本检测方法无需对工件进行磁化, 无需耦合剂, 可实现非接触、在役检测, 为共享单车焊缝的快速、高效检测提供新的思路与方法。     

微间隙焊缝磁光图像磁荷理论建模检测分析

对于激光焊接要求的微间隙焊缝(≤0.1 mm),可采用磁光传感器进行检测跟踪。利用磁荷理论建模,在外加直流磁场对焊件焊缝磁化的情况下,研究焊缝表面所产生漏磁场分布特征,并利用磁光传感器把焊缝近表面磁场分布特征转换为对应的磁光图像。 通过对焊缝近表面磁场分布特征和其对应磁光图像焊缝过渡带特征进行了对比分析研究,确定焊件微间隙焊缝磁光图像焊缝过渡带中心,对应实际焊件焊缝中心。研究结果表明,该模型能有效地解释焊缝磁光图焊缝信息,为采用焊缝磁光图进行焊缝跟踪识别提供了合理的理论依据。     

微间隙焊缝磁光成像检测方法

针对激光焊接紧密对接微间隙(0~0.1 mm)焊缝,研究一种基于法拉第磁光效应成像的焊缝检测新方法.以碳钢平板对接激光焊为试验对象,采用磁场激励器使焊件感应磁性并在焊缝处改变磁场分布,磁光传感器置于待测焊缝上方,不同磁场强度将导致磁光传感器偏振光不同角度的旋转,形成反映焊缝位置特征的磁光图像.对焊缝磁光图像进行滤波去噪、灰度转换以及形态学等处理,快速准确地提取出焊缝中心位置.结果表明,磁光图像能够有效反映微间隙焊缝位置,可以获得较高的测量精度,为解决微间隙焊缝检测和跟踪问题提供了一条有效途径.     

基于有限元仿真和数据拟合的管道缺陷量化分析方法

针对管道漏磁内检测中的缺陷量化问题,根据安培环路定理、磁通连续性定理及柱坐标变换建立了缺陷漏磁场的数学模型。以有限元仿真分析软件得到的矩形缺陷数据为研究对象,得到缺陷尺寸与漏磁信号特征值的回归方程,运用最小二乘曲线拟合方法对仿真数据进行拟合。误差分析结果表明:轴向一次方程和轴向径向一次方程能更准确地计算缺陷长度,轴向径向二次拟合方程能更准确地计算缺陷深度,为管道漏磁内检测缺陷量化提供了可靠的分析方法。     

含凹坑缺陷管道环焊缝应力有限元分析

基于有限元方法,采用ABAQUS有限元仿真模拟软件,参考实际管道环焊缝的坡口形状和热影响区材料的软化现象,建立了含凹坑缺陷管道环焊缝非线性有限元分析模型,对不同载荷作用下的含凹坑缺陷管道环焊缝进行应力分析,探讨了凹坑尺寸、焊缝余高以及热影响区材料属性等因素对应力分布的影响规律.结果表明:凹坑周边发生明显的应力集中,凹坑深度对管道极限承载力影响显著,随着凹坑深度的增加,腐蚀管道的最大等效应力显著增大,且峰值应力集中在焊缝区;腐蚀管道在极端拉伸载荷作用时,焊缝余高内凹坑缺陷的最大等效应力集中在热影响区;凹坑深度大于余高时,最大等效应力位于焊缝中心的凹坑边缘.     

基于ANSYS的城市金属输水管道内缺陷漏磁模拟

以Q235A钢材的城市地下输水管道的相关参数为基础,用ANSYS软件进行二维平面建模,通过变化二维模型内壁上的缺陷长度、缺陷深度以及提离值,可得到描述缺陷漏磁场情况的磁通密度曲线。通过对比磁通密度曲线,得到管道内壁在不同情况下的漏磁场分布规律;提出用于油气管道检测的漏磁检测方法可以用于城市地下金属输水管道的探伤工作。