金属磁记忆信号传播特性研究

发布时间：2020-03-28 03:21

【摘要】：管道运输是国际石油、天然气运输的主要方式之一。管道的安全维护是管道运营的核心问题。从近年来国际管道事故的分析来看,新建管道事故频发,常规的无损检测技术在管道的缺陷检测、事故预防等方面发挥了重要的作用,但只能发现已成形的宏观体积缺陷,无法对尚未成形宏观体积缺陷的应力集中区域实施有效的评价,从而无法避免由于应力损伤而引发的突发性事故。此外,管道在应力作用下产生塑性变形并萌生腐蚀裂纹,残余应力或应变使裂纹尖端快速向金属材料内部扩展,由于管道中的周向应力约为轴向应力的两倍,轴向裂纹比周向裂缝更具有危害性。传统漏磁管道内检测技术主要采用轴向励磁,磁力线平行于裂纹穿过,造成轴向裂纹漏检,为管道安全运营的埋下重要隐患。磁记忆检测技术作为无损检测领域的新兴技术,与现有应力检测技术(如超声、射线、矫顽力等方法)相比,支持非接触、动态在线检测,在长输油气管道应力内检测技术领域具有很好的应用潜力,因此研究磁记忆信号对材料应力集中损伤及管道裂纹的表征、在检测过程中的传递特性及其影响因素,可以为管道应力内检测器探头提离值的设定提供科学依据,为管道裂纹内检测的科学性和可靠性提供理论依据,对管道应力内检测信号的分析具有重要意义,同时推动磁记忆检测技术在其他非接触在线检测领域的科学应用。本课题基于磁荷理论建立了三维磁平衡磁力学模型,描述了应力集中区磁记忆信号分布特征;定量分析了应力集中区磁记忆信号不同分量的传递特性,对比了不同介质对磁记忆信号传播规律的影响。此外,建立管道裂纹磁记忆信号数值模型,计算了不同尺寸、不同取向的裂纹对磁记忆信号特征及磁记忆检测信号传递规律的影响;并进行了系统的实验研究。研究结果表明:磁记忆信号随传播距离呈一阶指数关系下降。传播过程中,力磁一一对应特性稳定,切向信号衰减快,法向信号较稳定,适于定位应力集中区。与非铁磁介质相比,铁磁介质中的磁记忆信号衰减更快。在裂纹尖端,裂纹磁记忆磁信号轴向分量具有一组波峰波谷,径向分量具有极值。两个分量的波幅随裂纹深度与长度增加均线性增加。信号衰减同样符合下降指数函数,裂纹深度越小信号衰减越快,最终趋于稳定。与轴向有角度的裂纹,其不同通道磁记忆信号有等位移间距排列特点。
【图文】：

对管道应力内检测信号的分析具有重要意义，同时研究成果将很好地推动磁记忆检测技术在其他非接触在线检测领域的科学应用。图1.1 管道内检测器结构示意图Fig.1.1 Schematic diagram of pipeline internal detector structure1.2 国内外磁记忆检测技术研究现状1.2.1 国外研究现状1997 年在美国的第 50 届国际焊接会议上，俄罗斯的 Dubov 教授首先提出了金属磁记忆检测技术[27]。金属磁记忆法主要用于地面和采掘油气管道的检测。而非接触式管道磁检测技术是 2002 年俄罗斯专家首次正式提出的[28,29]，主要用于在非开挖条件下探测埋地管道缺陷。M. Roskosz 对铁磁性材料试件施加连续载荷后采用金属磁记忆方法进行检测，此外，还对焊接裂纹中的磁记忆信号和应力分布进行了研究，通过与射非铁磁树脂介质磁记忆管传壁感器磁记忆传感器非铁磁树脂介质管壁

40a 切向分量分布 b 法向分量分布图2.5 传递因子f分布Fig.2.5 Distribution of transfer factor f由图2.5可以看出，，在应力集中区磁记忆信号因子出现异常，其中，切向传递因子出现最大值，法向传递因子过零点（出现正负峰值）。根据应力损伤区的磁记忆信号数值模型分析，当应力一定时，磁荷密度一定，即因数K为常数，因此计算结果的特征与应力集中区的磁记忆信号特征一致。根据图2.5选取磁记忆信号峰值处X和Z轴坐标，取提离值（y）范围1-30mm（间隔1mm），计算对应的切线切向分量fx及法向分量fy，将得到的磁记忆信号峰值随提离值变化的关系分别进行拟合
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE973.6

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本文编号：2603846