Page 92 - 无损检测2022年第五期
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宁营超,等:
   管道漏磁内检测矩形缺陷解析方法的分析

   全检测中     [ 2 ] 。漏磁内检测技术利用管道漏磁内检                   使其达到磁饱和或近磁饱和状态, 当管道中不存在
   测器对管 道 进 行 磁 化, 使 其 达 到 磁 饱 和 或 者 近 磁             缺陷时, 磁力线平行于管道内部; 当管道中存在缺陷
   饱和状 态, 便 于 检 测 器 上 的 磁 敏 元 件 采 集 信 号。             时, 部分磁力线被其表面或近表面的缺陷阻隔而泄
   检测器在 管 道 内 部 移 动 时, 其 上 的 磁 敏 元 件 会 采             漏到空气中, 产生漏磁通。利用磁敏元件检测该漏
   集到管道 管 壁 的 漏 磁 信 号, 并 将 采 集 到 的 信 号 进             磁信号, 进而判断缺陷的存在性和特征, 管道漏磁内
   行存储转换。检测人员可通过采集到的漏磁信号                             检测原理如图 1 所示。
   特征来分 析 管 道 缺 陷 的 大 小、 形 状、 位 置 等 信 息,
   为管道的后期维修提供有力的保障                 [ 3 ] 。
       管道漏磁内检测技术的关键是管道缺陷的尺
   寸、 形状等 特 征 与 其 漏 磁 场 分 布 对 应 数 学 关 系 模
   型的建立, 目 前 常 采 用 的 模 型 是 磁 偶 极 子 模 型 和
   有限元分 析 模 型。 ZHANG 等         [ 4 ] 基 于 线 性 磁 荷 理
   论建立了 数 值 分 析 模 型, 采 用 三 维 微 磁 传 感 器 检                        图 1  管道漏磁内检测原理示意
   测腐蚀缺 陷 的 泄 漏 场, 为 钢 铁 漏 磁 检 测 技 术 提 供
                                                     1.2  缺陷磁荷分布
   了数学理论。吴德会等            [ 5 ] 通过对缺陷不同磁化方
                                                        管 道 缺 陷 漏 磁 场 解 析 计 算 主 要 以 磁 荷 为 纽
   向的磁化 研 究, 建 立 了 任 意 方 向 内 表 面 缺 陷 漏 磁
                                                     带, 分析缺 陷 处 漏 磁 场 的 分 布 特 征。 磁 荷 模 型 把
   场分布三 维 模 型, 对 不 同 方 向 缺 陷 的 漏 磁 场 进 行
                                                     磁介质中 的 等 量 异 号 分 子 看 作 磁 偶 极 子, 磁 化 使
   了描述。杜志叶等         [ 6 ] 采用有限元方法建立仿真模
                                                     磁偶极子之间产生力矩并转向磁场方向。漏磁场
   型, 采用静磁场模型对缺陷的漏磁场进行了分析。
                                                     源于分布在缺陷两端的正负磁荷。磁介质未被磁
   时朋朋   [ 7 ] 以 磁 偶 极 子 模 型 为 理 论 基 础, 分 析 得 到
                                                     化时, 磁偶极子的分布是随机的, 各个磁偶极子之
   了梯形缺 陷 的 二 维 磁 偶 极 子 模 型, 并 拓 展 到 矩 形
                                                     间的作用 力 相 互 抵 消, 对 外 不 显 示 磁 性。 当 加 入
   和 V 形缺陷的磁偶极子模型。 LI等              [ 8 ] 采用磁偶极
                                                     外加磁场 H 0     对 磁 介 质 进 行 磁 化 时, 外 加 磁 场 H 0
   子方法, 建立了地漏磁场梯度模量空间分布模型,
                                                     会对介质 内 的 每 个 磁 偶 极 子 产 生 作 用 力, 使 磁 偶
   分析了缺陷与梯度模量模型的定量 关系。李忠吉
                                                     极子向着外加磁场的方向移动。磁介质内部磁偶
   等  [ 9 ] 基于现 有 的 漏 磁 检 测 方 法, 建 立 了 缺 陷 磁 荷
                                                     极子排列 的 方 向 与 外 加 磁 场 的 方 向 相 同, 内 部 磁
   均匀分布 的 模 型, 并 得 到 了 磁 荷 实 际 分 布 下 的 缺
                                                     偶极子有 序 排 列。因 此, 磁 介 质 宏 观 上 对 外 显 示
   陷漏磁场。仲维畅等          [ 10-11 ] 指出了矩形缺陷和圆柱
                                                     磁性, 磁介质被磁化。
   形缺陷的 磁 荷 分 布 规 律, 证 明 了 磁 偶 极 子 理 论 对
                                                          由于同种磁荷之间存在相互作用力, 随着磁化
   研究缺陷漏磁场分布的重要性。李红梅等                     [ 12 ] 研究
                                                     的进行, 端面处的磁偶极子在相互作用力下向着侧
   了三维磁 化 数 值 计 算 模 型, 推 导 出 双 层 平 面 磁 荷
                                                     面棱线处靠拢, 最终聚集在缺陷的侧面棱线上。因
   分布重构的有效算法。
                                                     此对有缺陷钢板进行磁化时, 磁化除瞬间会在与磁
       文章在磁化方向与缺陷方向相垂直的条件下,
                                                     化场相垂直的缺陷侧壁上激励出均匀分布的正负磁
   研究了矩形缺陷磁荷在棱线上和侧壁上的 分布情
                                                     荷外, 还会在缺陷附近的端面上激励出非均匀分布
   况, 并对棱线上的磁荷密度和侧壁磁荷密度进行了
                                                     的净磁荷。由于磁荷间库仑力的存在, 同种磁荷相
   求解, 建立了缺陷漏磁场磁偶极子模型, 对棱线磁荷
                                                     互排斥, 磁化完全后这些净磁荷会均匀分布在缺陷
   和侧壁磁荷产生的漏磁场进行解算, 完善了管道缺
                                                     的棱线上。
   陷的磁偶极子模型理论, 对管道缺陷识别具有一定
   的意义。                                                   磁介质中的磁化状态采 用 磁 极 化 强 度 矢 量 J
                                                     来表示, 用公式表示为
  1  方法论述
                                                                           ∑  P m
                                                                       J=                       ( 1 )
   1.1  管道漏磁内检测技术的基本原理                                                       Δ V
      漏磁检测技术原理建立在铁磁性材料的高磁导                           式中: Σ P m  为 ΔV ( 体积) 内所有磁偶极分子的磁偶
   率特性基础之上, 通过励磁源对管壁进行充分磁化,                          极矩矢量和。

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          2022 年 第 44 卷 第 5 期


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