Page 91 - 无损检测2022年第十一期
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叶文超, 等:
钻杆连接螺纹磁扰动检测方法与系统
小, 如果能够用平面替代弧形面, 将能够很好地避免 有不同的最大宽度( b max ), 提离高度越大, 永磁体能
上述问题。为了分析弧形面与平面对钻杆连接螺纹 达 到的最大宽度就越大, 因此文章对上述两个参数
磁化效果的影响, 将弧形面的仿真结果与简化后平 进行综合分析。
面的仿真结果进行对比。 永磁体高度对观测点 A 磁化效果的影响如图5
在上述两种仿真模型中, 永磁体的长度( 或弧长) 所示, 可见, 随着永磁体高度的增加, 在开始的时候,
均设置为15mm , 宽度为1.8mm , 高度为10mm , 提 观测点 A 处的磁感应强度增长速度较快, 但当高度
离高度为0.6mm 。沿距离螺纹根部最低点0.01mm 达到 10mm 之后, 增长速度趋近于平缓, 分析认为
处的螺纹内部轨迹进行采集, 将该处的磁感应强度 Nd 2 Fe 14 B 永磁材料的相对磁导率与空气较为接近,
绘制成曲线图( 见图 3 )。从图 3 可以发现, 无论永 随着高度的增加, 整体的磁势在增加的同时, 永磁体
磁体下表面为平面还是弧形面, 螺纹根部的磁感应 本身的磁阻也在增加, 最终导致了磁极端部的磁感
强度均在 永 磁 体 中 间 部 分 较 大, 在 永 磁 体 中 间 约 应强度在增加到一定强度后不再明显变化。
2.5mm 范围内, 两者的磁感应强度基本一致, 故可
用平面代替弧面, 后续可将磁传感器布置于永磁体
正中处, 在此处的磁扰动最强, 检测效果最好。
图 5 永磁体高度对观测点 A 磁化效果的影响
永磁体长度对观测点A 磁化效果的影响如图 6
所示, 可见, 随着永磁体长度的增加, 观测点 A 处的
图 3 平面与弧形面的磁化效果仿真对比 磁感应强度先增加后减小, 在长度为 8 mm 时磁感
在后续研究中, 为了更为准确地分析永磁体对 应强度达到最大值, 由于长度增加, 磁力线在永磁体
螺纹的磁化效果, 避免空气的影响, 将永磁体下表面 的左右两端分布得更加集中, 而中间部分的磁力线
正中间正对螺纹根部 0.01mm 处作为观测点 A ( 见 更加稀疏, 所以中间部分的场强减小。
图 4 , 图中b 为宽度, d 为提离高度)。为了观察上
述 4 个参数对螺纹根部的磁化效果, 对上述参数作
如表 1 所示的设置, 在保证其余 3 个参数不变的基
础上, 分析各自变化时观测点 A 处磁感应强度的变
化; 由于螺纹牙型带有一定锥度, 不同的提离高度具
表 1 永磁体参数设置 mm
长度 宽度 高度 提离高度
10 1.8 3~15 0.6
图 6 永磁体长度对观测点 A 磁化效果的影响
3~15 1.8 10 0.6
永磁体宽度与提离高度对观测点 A 磁化效果的
10 1~b max 10 0.6~1.6
影响如图7所示, 可以看出, 提离高度对于磁化效果
的影响比宽度造成的影响大。随着提离高度的增大,
观测点 A 的磁感应强度迅速下降, 而随着永磁体宽
度的增加, 观测点 A 的磁感应强度则缓缓增加, 为了
达到同样的磁化效果, 提离高度增加导致的磁感应强
度下降往往需要宽度更大的永磁体来弥补。
由图 7 可知, 在对螺纹进行磁化时, 其提离高度
是主要的影响因素, 宽度的影响次之, 在实际应用
图 4 不同尺寸永磁体的位置关系示意
中, 应尽可能减小提离高度。基于上述分析, 在综合
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2022 年 第 44 卷 第 11 期
无损检测
