交流电磁场应力测量法在管道应力内检测中的应用

为解决管道本体应力集中区域的内检测问题,以交流电磁场应力测量法(ACSM)为依据,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真建立石油管道电磁场二维仿真模型,分析管道表面磁场分布规律,研究ACSM法应力测量传感器结构和工艺参数对测量结果的影响。研制基于ACSM法的应力测量传感器,设计开发管道应力内检测系统,开展了静载拉伸应力测量试验研究以及现场牵拉试验。仿真模拟结果与应力测量传感器的实际测量结果相吻合,在被测试件弹性限度内,随着施加应力的增加,传感器的测量幅值呈正比增长态势;现场牵拉试验过程中,传感器幅值大小与施加应力大小存在较好的映射关系,对被检管道施加105 MPa应力时,传感器的差值电压幅值可达259 mV,整套系统在应力测量试验中运行良好,可有效识别应力集中区域。

管道应力交流电磁场检测系统设计与试验

铁磁性管道易在服役过程中产生应力畸变现象,导致疲劳损伤、裂纹等破坏性缺陷,引发重大安全事故,因此对铁磁性管道的应力畸变现象进行检测尤为重要。基于交流电磁场检测技术,通过有限元软件COMSOL建立管道应力检测的仿真模型,选取表征应力大小的特征信号,探究应力检测探头的最优激励方式,分析管道受不同大小和方向的应力时的信号变化规律。依据仿真结果与管道应力分布的特点,设计开发一套集便携式机箱-检测探头为一体的管道交流电磁场应力检测系统,对45#钢拉伸试件和X70钢管道在0~105 MPa的应力范围内进行试验测试。仿真和试验结果表明:管道的应力畸变会引起电磁场的扰动,所选取的特征信号可反映应力畸变大小;探头最佳激励方向为与应力垂直方向;设计的便携式管道交流电磁场应力检测系统可检测出管道的应力畸变区域。研究成果可为铁磁性管道的应力畸变现象的快速检测提供参考。

基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列检测探头设计与试验研究

隔水管是海洋钻井的关键设备,由于经受复杂交变应力和腐蚀环境,隔水管很容易产生应力腐蚀裂纹。针对海洋钻井隔水管应力腐蚀裂纹的特点,提出一种基于交流电磁场检测(Alternating current field measurement,ACFM)的链式阵列检测探头,建立针对隔水管表面裂纹的ACFM仿真模型,提取裂纹特征信号并分析U形载流磁心激励区域和裂纹区磁场影响范围,为阵列探头设计提供理论支持,在此基础上利用巨磁电阻(Giant magneto resistance,GMR)传感器设计基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列探头检测系统,并开展隔水管裂纹检测试验。仿真和试验结果表明:单个U形磁心的激励区域为+/-40 mm,阵列激励磁心的设计间距应不大于80 mm;裂纹上方畸变磁场影响区域为+/-5 mm,传感器排布间距应不大于10 mm;利用GMR传感器设计的链式阵列ACFM探头可快速大面积定量、定位检测隔水管表面裂纹。

基于ACFM的轨道缺陷检测系统设计和试验

针对铁路轨道长期与机车车轮滚动接触容易产生应力疲劳裂纹,威胁铁路安全运行的现状,基于交流电磁场检测技术,针对铁路轨道的检测需求,设计开发了一套集检测软件-便携式机箱-检测探头为一体的交流电磁场缺陷检测系统,分别对铁轨上的人工缺陷和自然缺陷进行了检测。检测结果显示,交流电磁场缺陷检测系统可实时检出铁轨上的缺陷,并能初步判断缺陷的位置和大小。得到的结果可以为我国铁路安全评估提供一定的数据支撑。