Page 112 - 无损检测2023年第三期

范效礼, 等:

油气长输管道管体损伤的高速涡流磁场检测

示, 永磁铁正下方, 金属表面的磁场方向垂直向外
( 用“ ☉ ” 表示), 金属试件中的自由电子受到洛伦兹
力的作用而定向运动, 形成动生涡流, 分别将两个不
, 根据法拉第
同方向的动生涡流表示为J m1 和J m2
为
电磁感应原理, 其产生的动生涡流J m
J m = J m1+J m2= σv×B ( 5 )
将式( 4 ) 和式( 5 ) 代入式( 3 ), 得
1 ∂A
∂t + σv× ×A 图2 二维动生涡流检测模型
× ×A = J 0- σ
μ
( 6 ) 道缺陷检测装置进行数值计算, 其二维动生涡流检
为保证式( 6 ) 求出的磁场解的准确性, 特引入库 测模型如图2所示, 该模型由永磁体、 探头、 管道表
伦规范, 令 面、 缺陷、 空气域组成。首先设置材料属性为: 永磁

· A= 0 ( 7 ) 铁采用钕铁硼磁铁、 管道表面采用1010号钢; 其次,
因此, 运动变化电磁场的微分控制方程可表述 初始化设置包括边界条件、 间隙相对磁导率、 B-H 曲
为 线、 求解模型及监控设置 [ 10-11 ] ; 通过改变钢管表面缺

1 ∂A 陷参数检测速度来研究其与动生涡流场之间的关系。
×A = J 0- σ
- × ∂t + σv× ×A 接收线圈材料为铜, 内径为2mm , 外径为3mm , 高

μ

( 8 )
度为10mm , 匝数为800 , 电导率为58S · m ; 管壁材
-1
然而, 在实际求解过程中, 由于速度项的加入, 料为1010钢, 长度为300mm , 厚度为5mm , 电导

控制方程失去了原有的对称性, 增加了求解难度; 针
-1
率为2S · m 。管壁的B-H 曲线如图3所示。
对这一问题, 在原控制方程的基础上引入了阻磁项
v , 并令
*
1
2
*
v < σv Δt ( 9 )
2
式中: v 为金属导体的运动速度; Δ t 为时间间隔。
由此可得出加入阻磁项v 后的运动变化电磁
*
场的微分控制方程为
∂A 1
×A
J 0- σ + × 1
∂t μ < σv Δt
2
2 图3 管壁的B-H 仿真曲线

σ× ×A
-
( 10 ) 2.2 缺陷形状与动生涡流场之间的关系
在工程实际中, 管道缺陷主要是腐蚀造成的, 且
2 管道缺陷动生涡流场建模与仿真分析
形状、 尺寸各有不同。在动生涡流数值模拟过程中
2.1 管道缺陷动生涡流场建模 将复杂的缺陷形状进行简化, 不同形状、 尺寸和位置

借助 ANSYSElectronics有限元分析软件对管 的缺陷如图4所示。

图4 不同形状、 尺寸和位置的缺陷示意

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2023年 第45卷 第3期
无损检测