化工过程机械前沿技术 综述

1、东北石油大学硕士文献综述漏磁检测技术前沿文献综述1 前言漏磁检测方法通常与涡流、微波、金属磁记忆一起被列为电磁无损检测方法1。该方法主要应用于诸如输油气管、储油罐底板、钢丝绳、钢板、钢管、钢棒、链条、钢结构件、焊缝、埋地管道等铁磁性材料表面和近表面的腐蚀、裂纹、气孔、凹坑、夹杂等缺陷的检测，也可用于铁磁性材料的测厚2。漏磁无损检测技术在钢铁、石油、石化等领域应用较广泛3。我国各工业领域对漏磁检测技术尚处于了解、认识、引用的初级阶段，在工业上实用探伤设备的开发制造还刚刚起步，而随着质量控制技术的发展与进步我国对于漏磁探伤设备的市场需求将越来越大4。因此，缩小同国外先进的无损检测设备制造水平的差距

2、是当前我国无损检测业界同仁的重要而紧迫的任务5。2 漏磁检测的原理及其特点当用磁化器磁化被测铁磁材料时，若材料的材质是连续、均匀的，则材料中的磁感应线将被约束在材料中，磁通是平行于材料表面的，几乎没有磁感应线从表面穿出，被检表面没有磁场6。但当材料中存在着切割磁力线的缺陷时，材料表面的缺陷或组织状态变化会使磁导率发生变化，由于缺陷的磁导率很小，磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，磁感应线会改变途径，除了一部分磁通直接通过缺陷或在材料内部绕过缺陷外，还有部分的磁通会离开材料表面，通过空气绕过缺陷再重新进入材料，在材料表面缺陷处形成漏磁场7。如果采用磁粉检测漏磁通的方法称为图1漏磁检测原理示意图磁粉

3、检测法，而采用磁敏传感器检测则称为漏磁检测法。如图1所示8。采用漏磁探伤的过程是；首先对被检铁磁性材料进行磁化；然后测量其漏磁场信号，通过分析判断，给出检测结果；最后根据实际情况选择退磁与否9。漏磁检测只限于检测铁磁性材料，主要是铁磁性材料的表面及近表面的检测10。该方法具有探头结构简单、易于实现自动化、无污染、检测灵敏度高、不需要藕合剂、检测时一般不需要对表面进行清洗处理、可以实现缺陷的初步量化等特点11。3 漏磁检测技术的现状3.1 国外研究概况国外对漏磁检测技术的研究很早，Zuschlug于1933年首先提出应用磁敏传感器测量漏磁场的思想，但直至1947年Hastings设计了第一套漏磁

4、检测系统，漏磁检测才开始受到普遍的承认12。20世纪50年代,西德Forster研制出产品化的漏磁探伤装置13。1965年，美国TubecopeVetco国际公司采用漏磁检测装置Linalog首次进行了管内检测，开发了Wellcheck井口探测系统，能可靠地探测到管材内外径上的腐蚀坑、横向伤痕和其它类型的缺陷14。1973年,英国天然气公司采用漏磁法对其所管辖的一条直径为600 mm的天然气管道的管壁腐蚀减薄状况进行了在役检测，首次引入了定量分析方法15。ICO公司的EMI漏磁探伤系统通过漏磁探伤部分来检测管体的横向和纵向缺陷，壁厚测量结合超声技术进行，提供完整的现场探伤。对于缺陷漏磁场的计算

5、始于1966年，Shcherb-inin和Zatsepin两人采用磁偶极子模型计算表面开口的无限长裂纹，前苏联也于同年发表了第一篇定量分析缺陷漏磁场的论文,提出用磁偶极子、无限长磁偶极线和无限长磁偶带来模拟工件表面的点状缺陷、浅裂纹和深裂缝16。之后，苏、日、美、德、英等国相继对这一领域开展研究，形成了两大学派，主要为研究磁偶极子法和有限元法两大学派。Shcherbinnin和Poshagin用磁偶极子模型计算了有限长表面开口裂纹的磁场分布17。1975年，Hwang和Lord采用有限元方法对漏磁场进行分析，首次把材料内部场强和磁导率与漏磁场幅值联系起来。Atherton把管壁坑状缺陷漏磁场的

6、计算和实验测量结果联系起来，得到了较为一致的结论。Edwards和Palaer推出了有限长开口裂纹的三维表达式，从中得出当材料的相对磁导率远大于缺陷深宽比时，漏磁场强度与缺陷深度呈近似线性关系的结论。3.2 国内研究现状我国从90年代初对漏磁检测技术进行了研究，于2002年研制出管道和钢板腐蚀漏磁检测仪，其总体技术水平落后于欧美等发达国家18。近年来,在国内无损检测工作者的共同努力下，目前已有许多的高校和研究单位在这方面取得了可喜的成果，逐步缩小了与国际水平的差距。国内研究漏磁检测技术的高校主要有清华大学、华中科技大学、上海交通大学、沈阳工业大学等19。其中华中科技大学的杨叔子、康宜华、武新军

7、等，在储罐底板漏磁检测研究和管道漏磁无损检测传感器的研制、钢丝绳的漏磁检测等方面进行了大量的实验研究工作，利用ANSYS软件分析了传感器励磁装置的参数对钢板局部磁化的影响，设计了相应的漏磁检测传感器等；清华大学的李路明、黄松龄等研究了管道的漏磁探伤，铁铸件的漏磁探伤方法，采用有限元分析法研究永磁体几何参数对管道磁化效果的影响，分析漏磁探伤中各种量之间的数值关系，如表面裂纹宽度对漏磁场Y分量影响的问题；交直流磁化问题，针对漏磁检测交流磁化的磁化电流频率选择问题，分析了磁化频率的选取原则等等20；沈阳工业大学的杨理践等，研究了基于单片机控制系统的管道漏磁在线检测系统，分析了小波包在管道漏磁信号分析

8、中的应用，通过时域分析理论对管道漏磁信号进行处理；合肥工业大学的何辅云对漏磁探伤采用多路缺陷信号的滑环传送方法并研制了在役管线漏磁无损检测设备21；上海交通大学的阙沛文、金建华等对海底管道缺陷漏磁检测进行研究，通过小波分析对漏磁检测信号进行去噪实验，同时将巨磁阻传感器应用于漏磁检测系统，研制了适用于输油、输气管道专用漏磁检测传感器22；中原油田钻井机械仪器研究所开发出了抽油杆井口漏磁无损检测装置；军械工程学院研制的智能漏磁裂纹检测仪,能对钢质构件的表面和内部的裂纹进行定量检测；中国科学院金属研究所的蔡桂喜对磁粉和漏磁探伤对裂伤缺陷检出能力进行了研究,用环电流模型计算了各种矩形槽形状人工及自然缺

9、陷产生的漏磁场，提出磁粉和漏磁两种方法不适合开裂缝隙很窄的疲劳裂纹的检测的结论。爱德森公司采用多信息融合技术研制成集涡流、漏磁、磁记忆、低频电磁场于一体的便携式检测仪器,该仪器能同时获取多种检测信号,适用于流动现场的检测23。4 漏磁检测领域的最新进展4.1 利用局部磁滞回线特性的无损检测新方法铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的磁性特点就是“磁滞”。利用铁磁材料的高磁导率特性，人们发明了漏磁检测技术。而对于铁磁材料的磁滞特性，在无损检测领域进行的研究尚比较鲜见。厦门大学机电工程系、测试控制技术研究所的吴德会，李雪松定义了“局部磁滞回线”的概念，利用材料的磁滞特性来反映铁磁性材料动态磁导率

10、的变化。新方法先通过直流/永磁磁场对钢板进行浅度的偏置磁化，钢板内部（甚至背面）的缺陷将改变其磁通分布，并进而影响材料内表面的动态磁导率分布24；再利用变励磁的磁滞回线特性发现钢板动态磁导率的变化，从而达到检测缺陷的目的。4.2 检测器探头耐磨层改造老探头机构耐磨层采用壳体滑片上喷焊碳化钨硬质涂层的形式，其优点是制作简单，加工成本低。存在问题：喷焊时的高温易导致壳体滑片变形，故壳体滑片不能过薄，但过厚会加大提离值，提离值过大会使信号变弱，对管壁缺陷深度的判断有一定影响。因此，碳化钨涂层的喷焊厚度不能过厚，最厚只能 0.5 mm，故耐磨层的耐磨性能受到一定限制。当管道输送的介质腐蚀性强，管道内表

11、面侵蚀严重时，耐磨层磨损很大，将失去对探头壳体的保护作用，因而不能满足检测器长距离运行要求。2014年12月中油管道检测技术有限责任公司的郑宏丽、肖英杰、杨博霖、王汉国等人为了提高耐磨层的耐磨性能，用整体氧化锆陶瓷片代替碳化钨喷焊件25。在新探头壳体的结构中，耐磨层是氧化锆陶瓷片，氧化锆陶瓷具有较高的机械强度、断裂韧性以及良好的耐磨耐腐蚀性能，同时不会干扰电子元件对信号的采集。4.3 提高管道检测缺陷定位的准确率2011 年到2013年 2 月，中国石化长输油气管道检测有限公司缺陷定位QC小组找出缺陷定位准确率低的问题症结，经过原因分析，采取现场调查、现场测试、调查分析确定了雷迪设备的定位模式

12、单一、管道弯头处测量误差大、管道直线距离定位偏差大3条主要因素。2013年9月25日，小组成员李健对雷迪设备进行调试后，确定了采用峰-谷值结合模式的操作步骤。9月27日，小组成员刘劲松采用此方法在仪长线（黄梅-大冶段）管线进行检测定位，管线定位偏差均小于 1m。2013 年 10月 9日，小组成员汤荣和姚志军在中洛线（滑县段）检测现场，将GPS和雷迪定位设备结合使用，经过测试，确定了对管道弯曲处的测量方法。10月10日至10月14日，在 中洛线（滑县段）开挖过程中，采用此方法对在 52#上游 535m，54#上游744.3m等有弯头的管段进行了测量并定位，经过开挖验证与测量定位位置基本一致。2

13、013 年10月10至11日，由孟祥磊，尚博在中洛线（濮阳段）检测现场，对管道直线定位偏差和现场开挖情况进行分析和总结，找出了对管道直线距离偏差的修正方法，即在检测定位时，按“每100m缩短1m”进行测量定位，这样便可以准确定位缺陷的位置26。对策措施实施后，小组成员在巩固期（2013年11月至2014年1月），将优化后的检测缺陷定位方法在中洛线二期的管道检测定位中进行了应用，为了检验是否达到了活动目标，小组成员对中洛线二期开挖点的定位情况进行了统计：100个开挖点中检测缺陷点定位准确的 91个，检测缺陷的定位准确率为91%。4.4 漏磁检测器用于海底管道的磁化研究相关研究表明，漏磁检测技术也

14、是海底管道检测行之有效的方法。忽略海洋环境的影响，仅仅就管道本身而言，海底管道与陆上管道相比具有以下特点：管道壁厚相对较厚，最大壁厚等级高于陆上管道，较厚的管壁要求磁化器拥有更强的磁化能力；双层套管，套管会影响对内管的磁化；海底管道的配重层一般为混凝土结构，内部含有钢筋或铁丝，对于管道漏磁检测可能会有一定影响。对于漏磁检测法，厚壁、双层套管对管壁中的磁场变化影响较大。2015年2月，中油管道检测技术有限责任公司的傅丹蓉、常连庚、邸强华、杨寒与中国石油天然气管道局维抢修分公司的肖春辉对漏磁检测器用于海底管道的问题进行了研究。通过Ansys有限元分析软件分析了273、325、355 的漏磁检测器对

15、双层套管的磁场影响，以及813、914的漏磁检测器对厚壁管和混凝土配重层的磁场影响。直接将273、325、355检测器用于海洋双层管检测时，被测管道的管壁能够达到漏磁检测时的磁场要求。但是由于磁场较弱，管道小而浅的缺陷可能不易被检测出来，缺陷特征尺寸的量化识别精度也可能受到影响。为了提高缺陷信号的量化识别，磁路部分需要适当优化。修改方案需根据管道参数决定，如管材、管径、常规壁厚、最大壁厚等。对于813、914漏磁检测器，虽然混凝土配重层的钢筋笼对管壁的磁化有一定影响，但被测管道中的磁场能够达到漏磁检测的要求，缺陷信号量化和识别的精度基本不受影响，能够直接用于对应管道的检测工作27。5 总结随着

16、现代科学、社会的进步，漏磁检测技术有着愈来愈大的发展和应用空间，尤其是处于飞速发展的我国工业应用领域，随着市场需求的进一步扩大和全民安全意识的提高，给漏磁检测技术的发展及无损检测工作者提供了一次难得的机遇和挑战28。目前，漏磁检测技术理论需要进一步研究开展的工作有；漏磁场信号与缺陷特征之间的对应关系；不同类型的缺陷漏磁场理论模型，复合材料的漏磁场形成机理研究等。笔者认为，随着现代各领域技术的相互交叉融入，各种技术相互促进发展，漏磁检测技术的应用研究也必将朝着更趋于成熟、完善的方向发展29。其发展趋势有以下几个方面：1)更高的处理速度； 2)高性能传感器及智能传感器；3)传器的智能化、小型化；4

17、)专家系统的融入；5)多信息融合技术；6)高可靠性和稳定性；7)界面更为友好直观；8)操作更为简易、快捷；9)在线、离线检测的机电一体化；10)网络技术的融入；11)在役设备检测信息管理跟踪分析的研究30。参考文献1丁战武，何仁洋，刘忠. 管道漏磁检测缺陷信号的仿真分析与量化模型J.无损检测，2013,35(3);30-33.2姜好，张鹏，王大庆. 超声波和漏磁无损检测结果的对比分析M. 北京：中国安全生产科学技术，2014.10 .11. 3梁兴. 锅炉压力容器的无损检测技术特点分析J. 科技与企业，2014.4郭斌，王军，毛荣，等. 在役海底管道内检测方法分析及应用J.中国造船，2013，

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