X80管线钢凹坑-划痕缺陷的磁记忆检测研究陈晓杨晓惠谭川东李江龙刘艳军

为了研究不同机械损伤类型的力磁耦合特性,设计了带凹坑和划痕缺陷的X80管线钢试样,通过静载拉伸试验,对比分析两种缺陷在不同载荷作用下的磁记忆信号特征。结果表明:凹坑缺陷处切向磁场强度出现峰值,梯度值过零点,磁记忆信号的畸变程度随载荷的增加而降低;划痕缺陷在初始状态未表现出磁信号异常,但随载荷的增加,其切向磁场分量的应力集中特征渐趋明显;两种缺陷处,切向磁场梯度的峰谷值差与试样的损伤程度存在近线性关系,但变化趋势相反,这一特征可为X80管线钢机械损伤程度的定量评估提供参考依据。     

X52管线钢接触损伤的磁记忆检测试验研究

接触损伤会对油气管道的完整性和安全性造成严重威胁,采用磁记忆检测技术可实现损伤的早期诊断,为此对X52管线钢试件不同接触载荷下的磁记忆信号特征进行了试验研究。结果表明:在接触损伤点磁记忆信号的法向分量过零点,切向分量出现极值;通过与摩擦损伤的磁记忆信号进行对比分析,说明压应力集中对磁记忆信号的影响更大;利用法向分量的峰-谷值差和水平间距两个特征参数随接触载荷增加而增大的特点,可以表征接触损伤的严重程度和影响范围。通过对X52管线钢接触损伤与磁记忆信号之间的关联性进行分析,为油气管道接触损伤的无损定量化评价奠定了基础。     

基于BP神经网络管道磁记忆检测模式识别

为区分管道母材及焊缝处不同损伤形式磁记忆信号,运用BP神经网络对管道缺陷检测信号的模式进行识别。以X80管线钢作为试样材质,分别从X80管道母材及焊缝部位取样,加工无缺陷及含裂纹等两种形式的试样并对其进行磁记忆检测。采用有限元分析软件获得其磁场分布,对磁记忆检测信号进行特征参数提取并采用BP神经网络对特征参数进行聚类,建立了管道磁记忆检测模式识别方法。研究结果表明:不同损伤部位及形式的试样,其磁记忆检测信号分布有较大差异;磁记忆检测信号分布与试样表面形貌及损伤形式密切相关;运用BP神经网络能够有效识别管道不同位置及损伤形式的磁记忆检测信号。研究结果为磁记忆检测技术应用于管道内检测并进行管道典型缺陷信号识别提供了新的思路和方法。     

隔水管焊缝疲劳损伤检测试验研究

为有效获得隔水管焊缝疲劳损伤过程中裂纹长度以判定其疲劳损伤状态,开展了隔水管用X80管线钢焊缝疲劳损伤磁记忆检测试验研究。疲劳试验过程中使用磁记忆检测传感器采集试样表面磁场切向信号Hx,用光学显微镜测量裂纹长度,用有限元仿真软件得到不同疲劳裂纹长度下试样磁场分布。通过采集试样表面切向磁场信号并提取特征参数,建立了基于磁记忆检测的焊缝疲劳损伤评价方法。试验结果表明:焊缝疲劳失效过程可分为裂纹萌生、裂纹缓慢扩展和裂纹快速扩展至断裂3个阶段;焊缝疲劳裂纹萌生阶段磁场信号主要受试样剩磁场影响;焊缝疲劳裂纹扩展至断裂阶段主要受裂纹缺陷漏磁场影响;切向磁场特征信号与疲劳裂纹长度呈线性增长关系;可通过检测疲劳裂纹周围空气域磁场来判定其疲劳裂纹长度及损伤状态。研究结果可为隔水管焊缝疲劳损伤状态检测及判定提供参考。     

弯曲载荷下钻具接头试样的磁记忆信号特征

为了探究如何利用磁记忆信号检测钻具接头产生疲劳损伤的位置,在分析钻具接头承受弯曲载荷的基础上,设计了悬臂梁弯曲疲劳试验机。采用巨磁阻磁记忆检测探头对加载一段时间的试样进行扫描检测,由PLC装置来控制巨磁阻探头的扫描路径和速度,由DATAQ数据采集器将采集到的磁场分布状态转化为电压信号。分析结果表明,梯度值作为磁记忆信号的特征参量可以很好地描述试样承载过程的疲劳强度,磁记忆信号的切向分量梯度最大值与试样的刻伤深度无关;试样在弹性阶段磁信号的切向分量梯度最大值波动范围很小,基本稳定在0.04 V/mm。     

基于磁偶极子的隔水管疲劳裂纹检测试验研究

为了获得隔水管疲劳裂纹长度并判定其疲劳损伤状态,采用金属磁记忆检测法对隔水管用X80管线钢在疲劳裂纹萌生、扩展及断裂阶段的磁记忆信号进行检测,研究磁记忆检测信号随疲劳裂纹长度变化的关系,采用磁偶极子理论建立了疲劳裂纹萌生直到断裂过程的磁场分布模型,通过对比分析验证了模型的正确性。分析结果表明:伴随着疲劳裂纹长度增加,磁场切向分量具有极大值,且极大值不断增大,磁场法向分量过零点,且零点两侧峰值不断增大;磁场切向分量峰值及法向分量峰峰值随着疲劳裂纹长度增加近似呈线性增大,通过提取磁记忆检测信号特征参数变化可以判定疲劳裂纹长度的变化。所得结论为磁记忆检测技术应用于隔水管疲劳损伤检测提供了技术支撑。     

35CrMo调质试样的磁记忆信号特征研究

以油田广泛使用的35CrMo调质材料为对象,在PLG—200高频疲劳试验机上对试样进行疲劳试验,采用磁记忆检测分析系统测试试验过程中的磁记忆参数,得到了在2种拉伸疲劳载荷作用下试样循环次数与过0点处漏磁场梯度的关系。试验结果表明,疲劳载荷作用下,35CrMo调质试样的磁记忆信号特征明显,当循环次数达到一定程度时过0点处漏磁场梯度达到最大值,试样再次循环不久即断裂,掌握此特点有利于定量评判试件的损伤状况及进行疲劳寿命预测。     

Q345钢板拉伸试验磁记忆检测信号特性的研究

分别研究了Q345钢板标准拉伸试样、开横向V形槽试样、开深度方向""形槽试样在拉伸试验不同阶段的磁记忆检测信号表征。依据ISO 24497《无损检测-金属磁记忆检测》对信号特征进行了分析,结果表明,应力集中部位的磁性指数m随着应力集中程度的增加而增大。应力集中程度越高,磁场法向分量过零点,磁场切向分量和磁场梯度具有最大值的对应性越好。不同材料的磁性指数极限值对于现场检测时应力集中程度的判定具有指导意义。     

油管损伤磁记忆检测信号定量研究

鉴于磁记忆方法在油管损伤检测中缺乏有效的损伤评判依据,难以实现缺陷量化分析,定量研究了磁记忆信号与油管缺陷尺寸之间的关系。通过设计检测系统,开展了对预制刻伤J55油管试样室内磁记忆定量检测试验。对检测信号进行降噪和求取梯度处理,发现磁记忆信号能够很好地表征油管损伤尺寸及位置信息。提取刻伤处信号梯度峰峰值V_(KK)及峰宽值VW,发现峰峰值V_(KK)随着孔深h增加呈二次曲线增大,峰宽值及峰峰值则与孔径存在较好的线性关系,结合曲线拟合结果可以进一步确定缺陷尺寸。该结果有助于磁记忆检测技术的定量化研究以及进一步建立完善的油管损伤磁记忆检测评价体系。     

基于磁记忆方法的防喷器检测试验研究

金属磁记忆方法通过记录地磁场作用下金属构件表面的漏磁场信息,可对构件微观缺陷和应力与变形集中区进行辨识。应用自主研发的防喷器磁记忆检测装置开展了现场检测试验研究,测试了该检测装置的可行性与可靠性,并对防喷器各类缺陷与损伤检测信号进行了辨别分析。分析结果表明,采用磁记忆方法进行防喷器壳体、内腔及密封部件检测在技术上是可行的;磁记忆信号特征可反映防喷器不同部位的各类缺陷与损伤情况,可以用磁记忆信号来确定防喷器不同部位的缺陷与损伤状况。     

海底管道损伤悬跨段磁记忆检测研究

海底管道是保障海上油气田持续开发的重要运输手段,海底管道在生产运行过程中容易受到腐蚀及外力作用产生缺陷而导致失效,因此定期对海底管道进行内检测是保障管道安全运行的必然需求.鉴于此,对试验管道损伤部位进行了力磁耦合仿真,仿真结果显示在管道的受力部位产生了磁场强度的变化.又以磁记忆检测技术为基础并结合已有的管道漏磁内检测技...     

基于模糊核支持向量机的管道磁记忆检测缺陷识别

针对金属磁记忆检测管道缺陷判定准则的局限性,通过构造基于梯形模糊数的最大、最小贴近度的模糊核函数,提出了一种基于模糊核支持向量机的缺陷识别方法。通过构建识别函数,将管道状态划分为应力集中、微观缺陷和宏观缺陷3个等级。通过比较未形成缺陷的应力集中区域与微裂纹缺陷的特征,构造了五维支持向量机输入特征向量：小波包频带能量增量、修正傅里叶系数、区域信号的峰峰值、信号的检测切向梯度和检测法向梯度。通过实验设计,对采集的磁记忆信号进行特征提取和缺陷识别。与传统线性核与多项式核识别结果进行比较,分析表明该方法能够有效识别管道缺陷,为金属磁记忆技术精确测定管道缺陷提供了一种新方法。     

X80管线钢在管道凹陷状态下的应变演变特征

高钢级管线钢管在施工和服役过程中会产生凹陷等缺陷,从而改变应力和应变分布特征,影响管道的服役可靠性。为此,以X80管线钢管为研究对象,采用ABAQUS有限元分析软件,分析了外部载荷作用下含单纯凹陷管道随凹陷深度变化的应变场分布特征,通过实物凹陷预制试验探明凹陷区应变分布和显微组织特征,结合有限元模拟结果讨论X80管线钢管含单纯凹陷状态下的应变分布规律。研究结果表明:(1)在相同内压条件下,不同凹陷深度下凹陷区的应变表现出相似的分布特征——应变量随着与凹陷中心距离的增加而增大,达到应变峰值后随距离的增大而快速减小;(2)应变量随着凹陷深度的增加而增大,并且在相同的内压及凹陷深度下,同一位置处的轴向应变大于径向应变;(3)凹陷深度越大,内压与深度对应变影响的叠加效应越大;(4)凹陷变形初期材料发生了应变硬化,随着变形的深入及凹陷半径的外延,材料应变响应能力增加,凹陷区底部和侧壁晶粒沿着变形最大的方向被拉长,晶格被扭曲,发生应变硬化,使得该区域位错密度增大,位错间产生相互作用,从而提高管线钢的强度。结论认为,该研究成果可以很好地预测凹陷过程中的应力应变演变规律,可以为机械损伤对管道服役安全影响研究提供理论基础和试验依据。     

海底管道典型缺陷磁记忆检测试验研究

针对海底管道在生产运行中受到腐蚀性介质及外力作用,易产生缺陷导致失效的问题,以磁记忆检测技术为基础,研制开发了海底管道内检测器,基于海底管道损伤典型缺陷形式设计并搭建了管道损伤检测试验台,对研制的海底管道内检测器进行了管道损伤检测试验研究。试验结果表明,研制的海底管道内检测器能够有效检出管道已有缺陷;对不同缺陷类型、尺寸磁记忆检测信号的特征参数进行对比分析,证实了磁记忆检测技术在缺陷量化中的应用潜力。研究成果为磁记忆检测技术应用于海底管道缺陷损伤检测提供了技术支撑。     

X80级管线钢热加工敏感性研究

采用热模拟技术研究了不同化学成分的X80级管线钢对热加工的敏感性,以及不同加热温度对X80级管线钢的性能及金相组织的影响。试验结果表明,不同化学成分的X80级管线钢对热加工的敏感性不同。经过加热后,X80级管线钢的强度均有下降,特别是屈服强度值下降幅度较大;当加热温度为900-1 000℃时,屈服强度较低,但随着加热温度的升高,屈服强度和抗拉强度逐步增大;当加热温度达1 050℃以上时,强度值较高。随着加热温度的上升,材料金相组织的晶粒尺寸均呈增大的趋势,但增大幅度不同;当加热温度在1 000-1 050℃时,X80级管线钢的冲击韧性良好。综合组织特征的变化与材料的力学性能结果,当材料的淬火系数Di在1.1-1.3时,X80级管线钢对加热温度的敏感性较小;加热温度在1 000-1 050℃时,X80级管线钢的金相组织与力学性能较好。     

基于磁记忆的海上钻柱接头啮合螺纹检测技术

钻井作业过程中频发的钻柱接头螺纹断裂事故严重影响了油气资源的勘探开发进程。为了解决此问题,总结了钻柱结构特点及工况,分析了常规无损检测技术的不足,挑选出了能够在起钻作业过程中实现钻柱啮合螺纹损伤状况监测的金属磁记忆检测技术; 利用自行设计的井口钻柱检测装置,在中国南海某平台完成了钻柱监测试验,监测了钻柱啮合螺纹磁记忆信号,提取了磁记忆信号梯度信号,并利用基于大数据统计的螺纹应力集中评判标准,评价了啮合螺纹应力集中状况。试验结果显示,磁记忆检测技术能够准确检测啮合螺纹应力集中状况,为防止钻柱啮合螺纹断裂事故的发生提供了安全有效的技术手段。