首頁>技術中心>技術資訊>非常規情況下金屬磁記憶檢測方法的研究
非常規情況下金屬磁記憶檢測方法的研究
發布時間：2017-09-01
引言
金屬磁記憶方法的優點在于對受檢對象無需任何準備(清理表面等),不要求做人工磁化,快速準確等。但是,由于構件在工作載荷和地球磁場作用下形成的自有漏磁場本身很微弱,因此容易受到其他因素的影響,從而對檢測結果產生影響。比如,對于塊狀試件的檢測出現了漏檢[1],檢測方向和提離值對磁記憶信號的影響[2],工件的在線和離線檢測也會對磁記憶信號產生影響[3],低溫和高溫的不同情況對金屬磁記憶信號也產生了很大的影響[4]。
在金屬磁記憶檢測方法實際檢測過程中,檢測環境還可能存在其他干擾因素。比如地下管道實現防腐的一種方法是外加電流陰極保護法,在管道中會通過一定的電流。在工廠等環境會存在穩恒外磁場的干擾。某些檢測方法和工業過程可能對鐵磁構件進行交流磁化。這些都會對金屬磁記憶檢測造成一定的影響,甚至可能使其完全失效。
本文研究了在當鐵磁構件中通有穩恒電流和存在外部穩恒干擾磁場時對金屬磁記憶信號的影響,以及當用巴克豪森躁訊法對構件進行檢測后金屬磁記憶檢測信號的變化。整個試驗過程采用俄羅斯動力診斷公司生產的TSC-1M-4型應力集中磁檢測儀。
1穩恒電流對金屬磁記憶檢測的影響
對一段長2.7m直徑22cm壁厚0.5cm的輸油管道進行試驗檢測。把輸油管接入串聯電路,包括一個0V～30V的可調可讀電流值的晶體管直流穩壓電源和一個阻值0Ω～800Ω的滑動變阻器,滑動變阻器控制通入電流大小。當通入電流分別為0A、2mA、4mA、10mA、40mA、100mA、200mA、400mA、1A時,用4通道小車式探頭對管道進行金屬磁記憶檢測。由檢測結果可見磁記憶信號圖像基本相同,僅列通入電流為0A、10mA、200mA、1A時金屬磁記憶檢測圖像分別如圖1～圖4所示,圖中橫坐標為位移坐標,左側縱坐標為磁場強度大小,右側為磁場梯度值大小。
根據檢測結果可以推斷在距離管道起始端2500mm處存在明顯的應力集中區。在應力集中區內找到3條零支線,如圖5所示。該三條零支線彼此交叉,說明自由漏磁場法向分量的符號在該區域內反復變化。
由圖1～圖4信號波形可以看出,在大小不同的通電電流情況下,金屬磁記憶信號磁場分布基本不變,可見較小通電電流對金屬磁記憶檢測方法對應力集中區的判定并沒有產生實質性影響。這說明該電流產生的磁場附加到構件本身的漏磁場之上不足以影響磁記憶方法的應用,同時也說明了通入構件的電流并沒有改變構件本身的磁結構,沒有造成構件自有漏磁場分布的變化。
通過仔細對比可以看出電流對磁記憶信號也有一定影響,但是影響很小。由電磁學原理可以計算得知,當一條直導線通過1A電流時在距離4mm處產生的磁場大小約為40A/m,而實驗中的輸油管道直徑很大,電流分布較為分散,因此在距離表面4mm處產生的電流磁場相對很小。利用四型探頭(二通道),在不通入電流和通入1A電流時,對鋼管分別定點測量其磁場強度,發現1A的電流只使定點處的漏磁場強度相比無電流通過時改變2A/m左右,對鋼管整體漏磁場沒有大的影響,漏磁磁場的曲線走勢并無大的變化,仍然可以進行應力集中區的判定。因此通過1A以下電流對金屬磁記憶檢測無影響,金屬磁記憶檢測方法仍然有效。
2穩恒磁場對金屬磁記憶檢測的影響
金屬磁記憶方法應用于工業領域,在許多場合都或多或少地存在外磁場干擾的情況。針對這種情況,初步研究了穩定外磁場對于金屬磁記憶信號的影響。實驗所用的磁場由通電螺線管產生。螺線管直徑20cm,線圈數200,在通400mA直流電流時,螺線管中心磁場有180A/m左右。首先,通電螺線管正對管道零支線區域,在螺線管底面距離管道側面切面5cm和2cm分別進行測量。距離5cm時檢測圖像基本不變,距離2cm時測量得到金屬磁記憶信號曲線如圖6所示。然后將通電螺線管正對管道距離測量起始端1200mm處的非應力集中區,在螺線管底面距離管道側面切面2cm時進行測量得到圖7。之后螺線管位置不變,增大螺線管通電電流至600mA,測量得到磁記憶圖像如圖8所示。
在圖6中,第三通道的磁場特征與原始特征相比變化較大,在該位置處磁場由負值變成了正值,在這個局部區域磁場強度增加了50 A/m～80A/m,這是由于螺線管產生磁場并非勻強場的緣故。但可以看到圖像波峰仍然存在,基本上可以看作是磁場的一個整體平移,也就是在原來的自有漏磁場基礎上疊加了一個恒定值的外磁場。線圈對第三通道的影響明顯大于對第一、二通道的影響,這是由于線圈更為靠近第三通道的緣故。雖然此處仍然可以判斷出應力集中區的存在。但由第三通道的較大變化可知外磁場的存在對于金屬磁記憶檢測存在一定影響。
當外磁場加在磁記憶圖像平緩的非應力集中區,由圖7和圖8可以看出磁記憶圖像整體發生了很大改變,在外加磁場影響下多出了一個峰。當通電電流值為400mA時,這個峰的第三通道峰值為118A/m,但磁場梯度值變化不大。當通電電流值變為800mA時,這個峰的第三通道峰值達到了470A/m,同時磁場梯度值也產生了峰值。由此可見外磁場的存在對于磁記憶檢測的影響是致命的。
如果是均勻外磁場,從磁記憶檢測信號上來看僅僅是一個整體信號的上下平移和零支線的位置移動。但對于非均勻外磁場,尤其是空間變化大的外磁場的存在,更可能會造成應力集中區的漏判或誤判。對于整體自有漏磁場數值較小的構件來講,較小磁場強度和分布不均勻的外磁場就可能淹沒構件的自有漏磁場信息,從而使金屬磁記憶方法失效。而對于整體自有漏磁場較大的構件來講,微弱的外磁場干擾(小于構件自有漏磁場一個量級)不會影響金屬磁記憶方法的正常使用。因此,在使用金屬磁記憶方法的過程中需要對構件的自有漏磁場和外磁場進行合理地綜合判定,從而得到正確的檢測結果。
3交流磁化干擾對金屬磁記憶檢測的影響
在某些場合可能會遇到已經形成了自有漏磁場的構件被交流磁化。以下對一根長48.5cm、直徑16.5cm、壁厚0.4cm的管道進行研究。
交流磁化前金屬磁記憶檢測圖像如圖9所示。利用交流變壓器將220V的交流電轉換成頻率50Hz幅值8V的交流電壓,加在U型電磁鐵線圈兩端,產生的交變磁場幅值為90A/m左右,使電磁鐵緊貼管道沿檢測線進行移動,對管道實施交流磁化。磁化后磁記憶信號曲線如圖10。
可以明顯看出,在管道距離起始端220mm～280mm之間存在明顯的自有漏磁場突變,可以判定存在應力集中區。但在進行交流磁化后該處的磁場峰消失了,磁場梯度也變小,磁記憶曲線變化趨勢緩慢,只是曲線出現了鋸齒狀的變化。因此可以判定,交流磁化會改變構件自身的磁結構從而改變構件的自有漏磁場分布。當構件被交流磁化之后,金屬磁記憶檢測方法完全失效。
摘自：中國計量測控網
