承压构件缺陷磁记忆检测信号的量化分析

将金属磁记忆检测技术应用于含埋藏缺陷承压构件的检测中,将承压构件简化为平板结构,对平板试件进行单向拉伸的有限元模拟试验,分析了不同裂纹尺寸和载荷对检测信号的影响以及构件焊缝缺陷磁记忆信号的变化规律,得到了磁记忆信号特征参数与缺陷的关系。结合磁记忆检测试验,对磁记忆信号特征参数与缺陷参数、加载结果进行了量化分析。试验结果表明,磁记忆信号可以对承压构件缺陷进行有效表征,并可以对裂纹扩展趋势进行预测。研究为金属磁记忆检测技术在承压构件检测中的应用提供了理论支持。

裂纹对金属磁记忆信号影响的试验研究

为分析构件应力集中区域裂纹对磁记忆信号的影响,分别对Q345钢材有裂纹和无裂纹两类菱形缺陷试件开展逐级加载拉伸试验,采集卸载后试件表面磁记忆信号,通过ABAQUS有限元模拟得出试件卸载后等效残余应力分布,对比分析磁记忆信号分布和演变规律,提取了4个反映磁记忆信号畸变程度的特征参数。结果表明:磁记忆信号可以反映残余应力扩展的演变过程;由于裂纹的存在,磁记忆信号的分布特征会发生改变;对磁记忆信号特征参数定量分析发现,裂纹的存在不会改变磁记忆信号畸变程度随外加荷载变化的整体规律,但是磁记忆信号畸变程度和其随荷载增大的速率都会增加。

自安装井口平台外输海底管道疲劳拉伸磁记忆性能研究

为研究自安装井口平台外输海底管道在地磁激励下疲劳拉伸过程中X80钢表面磁场信号变化规律,使用MTS810 250疲劳拉伸试验机对X80钢的拉伸试样进行了不同载荷下的疲劳拉伸试验。实验过程中借助磁记忆传感器对拉伸试样表面的磁记忆信号变化进行监测,借助手持显微镜观察疲劳过程中试样疲劳破坏情况,借助扫描电镜对断裂后的断口进行分析。结果表明:磁记忆对拉伸疲劳损伤敏感,并归纳提出了以切向信号极值、切向梯度信号极值的连线斜率为特征值的X80钢拉伸疲劳损伤敏感的磁记忆检测参数体系,为磁记忆检测方法的现场应用奠定了基础。

基于BP神经网络管道磁记忆检测模式识别

为区分管道母材及焊缝处不同损伤形式磁记忆信号,运用BP神经网络对管道缺陷检测信号的模式进行识别。以X80管线钢作为试样材质,分别从X80管道母材及焊缝部位取样,加工无缺陷及含裂纹等两种形式的试样并对其进行磁记忆检测。采用有限元分析软件获得其磁场分布,对磁记忆检测信号进行特征参数提取并采用BP神经网络对特征参数进行聚类,建立了管道磁记忆检测模式识别方法。研究结果表明:不同损伤部位及形式的试样,其磁记忆检测信号分布有较大差异;磁记忆检测信号分布与试样表面形貌及损伤形式密切相关;运用BP神经网络能够有效识别管道不同位置及损伤形式的磁记忆检测信号。研究结果为磁记忆检测技术应用于管道内检测并进行管道典型缺陷信号识别提供了新的思路和方法。

焊缝两种典型缺陷的磁记忆特征对比

为了将金属磁记忆检测技术应用于焊缝不同典型缺陷的定性和定量评价上,对Q235钢未焊透和固体夹渣两种缺陷进行实验研究,通过比较0、150和230 kN不同载荷级别下的磁记忆信号检测结果,提取了焊缝未焊透和夹渣两种缺陷的不同磁记忆信号特征,结果表明,未焊透的磁记忆特征信号波宽D的变化更为突出,而固体夹渣的磁记忆特征信号梯度K变化明显,并进一步从磁记忆机理的角度加以推导分析.分别以相应载荷级别下焊缝X射线检测结果作为依据,验证了磁记忆特征信号在焊缝缺陷种类确定和缺陷严重程度定量评价上的可行性与有效性.

钻具材料疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

为及时准确地确定钻具疲劳损伤及应力集中位置,确定疲劳损伤程度,对42CrMo钢缺口试件进行拉扭疲劳试验及磁记忆在线检测。试验中实时采集磁记忆信号的切向分量,分析其梯度变化趋势,并提取Hp(x)max,Hp(x)sub,Kmax,Ksub等4个磁记忆信号特征参量,研究这4个特征参量在整个疲劳循环过程中的变化规律,并比较在线卸载与在线加载检测各特征参量的异同。试验结果表明,在整个疲劳过程中,各磁记忆信号特征参量具有不同的变化规律,很好地诠释了材料的拉扭疲劳过程,表征出不同疲劳阶段材料的应力集中程度。

再制造抽油杆疲劳寿命评估的磁记忆检测实验研究

废旧零部件寿命评估一直是再制造工程的技术难点之一。通过对预制沟槽抽油杆试件的拉-拉疲劳实验,利用磁记忆检测仪在线测量试件表面在不同循环次数下的磁记忆信号,研究抽油杆疲劳损伤演化的切向幅值和法向峰峰值变化规律。通过引入李萨如图,表明随着循环的进行所围成的面积由变大到最大后又逐步减小,而非闭合图形面积达到最大时正好对应着宏观裂纹即将发生失稳扩展的临界状态。在此基础上,提出切向法向合成磁场梯度最大值作为预测疲劳寿命的指标,结果表明该特征参数与疲劳循环发展的不同阶段相对应,基于高斯函数拟合建立了其与归一化寿命之间的定量关系模型,可用于抽油杆的疲劳寿命预测。

载荷激励下预制裂纹位向与磁记忆信号的相关性

基于三维磁敏传感器,通过逐级加载方式研究了FV520B钢件在不同轴向载荷激励下预制裂纹位向与三维磁记忆信号之间的关系,探讨了不同位向裂纹磁记忆信号的特征参量与轴向应力之间的相关性.结果表明:轴向应力使试件产生自发磁化,磁化强度随载荷的增加而增大,磁记忆切向分量特征参量Bxave和法向分量特征参量KBz与轴向应力之间具有线性相关关系;三维磁记忆信号(Bx,By,Bz)对不同位向裂纹的检测灵敏度不同,垂直于三维磁敏探头扫查方向的裂纹漏磁异变特征信号最为强烈,而平行于扫查方向的裂纹无异变特征信号,可以根据三维磁记忆信号变化特征对裂纹进行准确定位;三维磁记忆信号在断裂后均发生激变,可以根据磁记忆特征参量ΔBx和|KG|与轴向应力和残余变形间存在的相关关系评估试件的损伤状态.

套管损伤磁记忆检测信号定量研究

在油气生产过程中,井下套管损伤会造成井况恶化,致使正常井转变为套损井。为了防止套损井的出现和安全事故的发生,有必要对套管进行早期损伤检测。采用金属磁记忆检测技术,开展了实验研究。实验中,通过对套管内壁环切,将套管壁厚设计为等值递增和不等值递增两种形式;根据实验数据,对磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量与壁厚、壁厚变化量的定量关系进行拟合。结果表明:磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量,可以很好的表征套管壁厚的变化情况;信号梯度值与套管壁厚呈线性递增关系;信号梯度波峰值和信号梯度峰宽值均与套管壁厚变化量呈线性递增关系。该试验结果有助于完善磁记忆检测技术的定量化研究和利用磁记忆原理检测套管损伤的评价体系。

铁磁性构件典型缺陷磁记忆信号特征研究

采用磁记忆技术研究了石化企业铁磁性构件典型缺陷(如裂纹、未焊透、错边、气孔、偏析等)的灵敏度和信号特征。结果表明:该技术在检测上述缺陷时有较高的灵敏度,磁信号特征与检测方向和缺陷主平面间相对夹角有关。当两者垂直时,法向磁场强度Hp(y)在缺陷正上方有过零点;当两者平行时,对称置于缺陷主平面两侧的通道的Hp(y)极性相反,且变化趋势相对。但不管夹角如何,磁记忆信号均在裂纹部位出现突变,不易引起漏检。在偏析严重区域,磁记忆信号沿检测位移出现波峰或波谷变化,这为检测铁磁性材料偏析严重部位提供了一种新的检测手段。

静载拉伸过程中三维磁记忆信号的变化特征

基于三维磁敏传感单元,研究了不同载荷激励下FV520B钢试件表面三维自发射漏磁信号的变化及分布特征,分析了磁记忆信号的不同特征参量,并探讨了该特征参量与轴向应力之间的相关性。结果表明:三维弱磁信号在加载阶段和断裂后均呈现不同的变化特征,根据断裂后激变信号特征可对失效部位进行准确定位;磁记忆信号特征参量与外加应力之间存在一定的相关性,Bxave和KBz特征量与外加应力之间近似呈线性变化,根据该特征量的变化可以判断试件承受的工作应力;根据特征值KBz和Byave随应力的变化关系可以区分试件的弹、塑性变形阶段;三维磁记忆技术可为复杂零构件的损伤判定提供指导。

X80管线钢不同变形状态的磁记忆检测试验研究

为探明管线钢在不同变形状态的力磁耦合特性,以实现油气管道塑性变形损伤的早期预警,本文开展了X80管线钢在弹塑性变形阶段的磁记忆检测试验研究。采用疲劳试验机对标准板状试件导入不同变形状态,通过应力-应变监测系统获取试件的实时应变情况,同时利用磁记忆检测仪对卸载后的试件表面磁场强度进行离线扫描。结果表明:在弹性变形阶段,磁场强度分布曲线表现出线性程度较好的直线,在塑性变形阶段则出现局部畸变;以磁场强度法向分量的斜率和切向分量的绝对值为特征参数,其随应力增加先增大后减小的变化规律反映了材料的弹塑性转变过程;利用改进的J-A磁机械模型可以合理地解释弹塑性变形过程中磁信号的反转现象;切向分量对局部塑性变形的表征比法向分量更为敏感,根据切向分量的变化可以判定试件是否进入塑性变形阶段,根据切向磁场梯度最大值与应力的量化关系,可以表征试件的应力集中状态,为塑性变形损伤的诊断提供依据。

利用磁记忆信号特征参数表征拉伸应力状态

通过对Q345B钢试件静载拉伸时法向磁场的在线测量,得到了不同载荷作用下的磁信号特征,研究了试件断裂处法向分量H_p(y)和特征参量随应力的变化,并建立了磁场梯度指数与应力的量化关系。试验结果表明:当拉应力大于308 MPa时,H_p(y)相对于弹性阶段磁信号发生反转现象;根据梯度最大值K_(max)的极大值可准确判定试件是否进入塑性阶段;梯度最大值的算术平均值K_(max)^(avg)随应力变化的3个阶段分别对应力-位移曲线的弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;K_(max)^(avg)值和断裂处H_p(y)值均可反映试件的损伤程度;梯度指数ξ值可表征试件的应力状态。分析结果表明:Jiles-Atherton模型可解释磁信号的反转现象;感应磁场模型可定性解释试件断裂处的磁信号变化原因,与试验结果一致。该研究为利用磁记忆检测技术进行应力表征提供了一种有效方法。

金属磁记忆检测技术在机械设备早期故障诊断中的应用概述

金属磁记忆检测技术(Metal Magnetic Memory Testing)是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的无损检测方法。它能够对铁磁金属构件内部的应力集中区,即微观缺陷、早期失效和损伤等进行诊断,防止突发性的疲劳损伤。金属磁记忆检测技术是迄今为止对金属部件进行早期诊断唯一行之有效的一种无损检测新方法。选择适当的特征值对磁记忆信号进行分析,可以准确可靠地探测出被测对象上以应力集中区为特征的危险部位。介绍了金属磁记忆技术理论,并总结了用于机械设备早期故障诊断的特征值。

基于磁记忆检测的储罐罐壁典型缺陷信号研究

目前将磁记忆检测技术应用于储罐罐壁检测的研究相对较少,缺乏对罐壁典型缺陷磁记忆信号的定性与定量分析。鉴于此,将具有缺陷早期识别能力的磁记忆检测方法应用于油气储罐罐壁缺陷的检测中,根据储罐罐壁典型缺陷的形貌特点,设计加工储罐罐壁典型缺陷刻伤试样,采用自制的磁记忆信号三维检测平台对其进行检测,探究磁记忆信号特征参数与刻伤参数之间的量化关系。研究结果表明:储罐罐壁典型缺陷参数与磁记忆信号突变程度具有相关性,磁记忆检测能定性地反映油气储罐罐壁缺陷的位置信息及基本特征;梯度峰峰值与刻伤深度及一定范围内的孔形直径具有较好的线性关系;梯度峰间距所表征的缺陷直径及长度与真实值具有高度一致性,可通过其拟合方程对缺陷参数进行定量推算。所得结论有助于磁记忆检测技术的定量化研究及进一步完善油气储罐罐壁的检测评价体系。

铁磁性材料缺陷处的磁记忆信号特征分析

为明确缺陷对试件表面磁场的影响,该文对30Cr合金钢进行了逐级加载拉伸试验,在试件表面提前人为预制了缺陷,利用TSC-1M-4型磁检测仪采集磁场信号,研究了试件表面磁记忆信号在缺陷处的特征表现。切向磁记忆信号对试件的局部屈服更敏感。对其进行分析的结果表明:试件表面的磁记忆信号在缺陷边界处有明显的变化,通过表面磁场分布可以对试件的应力集中状况进行评价。

隔水管脉动冲击疲劳损伤磁记忆检测试验研究

为研究深水钻井过程中隔水管疲劳失效的检测问题,将磁记忆技术应用于隔水管疲劳损伤检测。选用典型隔水管材料X80开展脉动冲击疲劳损伤磁记忆检测试验,使用光学显微镜观测试样表面形貌并测量裂纹长度;采集试样表面切向磁记忆信号并提取特征参数,建立基于磁记忆技术的疲劳损伤定量评估方法。研究结果表明:对比显微观测结果,切向磁记忆信号特征参数变化能够实现对疲劳损伤进程的准确表征且能够准确地检测裂纹的萌生及失稳扩展;切向磁记忆信号波谷值绝对值和梯度峰峰值绝对值均与裂纹长度呈线性递增关系。该方法可为进一步研究基于磁记忆技术的隔水管疲劳损伤早期诊断方法提供理论与数据支撑。

连续管损伤磁记忆检测信号定量研究

连续管在恶劣工况下作业时,容易造成管壁减薄,从而引发安全事故。为此,采用磁记忆检测技术开展连续管刻伤试验。对连续管进行等宽不同深度的环形刻伤,根据试验数据对磁记忆信号特征参量与刻伤深度的定量关系进行拟合并得到相应公式。引入Fisher判别思想对刻伤进行多参数综合评价并建立判别准则。分析结果表明:磁记忆检测信号的梯度峰峰值和梯度波峰值与刻伤深度呈线性递增关系;梯度峰面积与刻伤深度呈指数递增关系,而梯度峰面积对数值与刻伤深度呈线性递增关系。研究成果为磁记忆检测技术应用于连续管损伤检测提供了理论支持。

基于PCA与GA-BP神经网络的磁记忆信号定量评价

为实现磁记忆检测中对缺陷承受的拉伸载荷、宽度及深度进行识别,提取出缺陷处磁记忆信号切向分量的最大差值X1、峰值X2、曲线下围面积X3、梯度的峰谷值X4;法向分量的峰谷值X5、曲线下围面积X6、缺陷梯度X7以及梯度的峰峰宽X8等8个特征参数,采用主成分分析法（PCA）与遗传算法优化神经网络（GA-BP）法有机结合对数据处理,该算法可以有效地逼近力磁耦合作用下的复杂非线性关系,实现了对磁记忆信号的定量识别。该算法不仅降低了数据冗余度、提高了计算效率,还使得神经元的权值和阈值更加稳定,避免陷入局部最优解,解决了输出结果不稳定的缺点。其中法向分量所提取指标（X5,X6,X7）和切向分量提取的指标（X1,X4）对第1主成分影响较大,而指标（X2,X3,X8）对第2主成分影响较大,这些指标都可以反映缺陷的信息。检测实例表明,该算法对宽度的预测精度最低,而对深度的预测精度最高。

基于磁记忆检测技术的即时报警功能设计与实现

根据金属磁记忆检测技术中缺陷判定依据的运算特点，为减少程序计算量、提高缺陷检测效率，改进了传统缺陷判定算法．在检测设备基本结构基础上增加了信号调理卡，并借助多功能采集卡的数字输出功能实现了缺陷检出时的即时报警，大幅提高了检测系统的工作效率．