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非常规情况下金属磁记忆检测方法的研究
发布时间：2017-09-01
引言
金属磁记忆方法的优点在于对受检对象无需任何准备(清理表面等),不要求做人工磁化,快速准确等。但是,由于构件在工作载荷和地球磁场作用下形成的自有漏磁场本身很微弱,因此容易受到其他因素的影响,从而对检测结果产生影响。比如,对于块状试件的检测出现了漏检[1],检测方向和提离值对磁记忆信号的影响[2],工件的在线和离线检测也会对磁记忆信号产生影响[3],低温和高温的不同情况对金属磁记忆信号也产生了很大的影响[4]。
在金属磁记忆检测方法实际检测过程中,检测环境还可能存在其他干扰因素。比如地下管道实现防腐的一种方法是外加电流阴极保护法,在管道中会通过一定的电流。在工厂等环境会存在稳恒外磁场的干扰。某些检测方法和工业过程可能对铁磁构件进行交流磁化。这些都会对金属磁记忆检测造成一定的影响,甚至可能使其完全失效。
本文研究了在当铁磁构件中通有稳恒电流和存在外部稳恒干扰磁场时对金属磁记忆信号的影响,以及当用巴克豪森躁讯法对构件进行检测后金属磁记忆检测信号的变化。整个试验过程采用俄罗斯动力诊断公司生产的TSC-1M-4型应力集中磁检测仪。
1稳恒电流对金属磁记忆检测的影响
对一段长2.7m直径22cm壁厚0.5cm的输油管道进行试验检测。把输油管接入串联电路,包括一个0V～30V的可调可读电流值的晶体管直流稳压电源和一个阻值0Ω～800Ω的滑动变阻器,滑动变阻器控制通入电流大小。当通入电流分别为0A、2mA、4mA、10mA、40mA、100mA、200mA、400mA、1A时,用4通道小车式探头对管道进行金属磁记忆检测。由检测结果可见磁记忆信号图像基本相同,仅列通入电流为0A、10mA、200mA、1A时金属磁记忆检测图像分别如图1～图4所示,图中横坐标为位移坐标,左侧纵坐标为磁场强度大小,右侧为磁场梯度值大小。
根据检测结果可以推断在距离管道起始端2500mm处存在明显的应力集中区。在应力集中区内找到3条零支线,如图5所示。该三条零支线彼此交叉,说明自由漏磁场法向分量的符号在该区域内反复变化。
由图1～图4信号波形可以看出,在大小不同的通电电流情况下,金属磁记忆信号磁场分布基本不变,可见较小通电电流对金属磁记忆检测方法对应力集中区的判定并没有产生实质性影响。这说明该电流产生的磁场附加到构件本身的漏磁场之上不足以影响磁记忆方法的应用,同时也说明了通入构件的电流并没有改变构件本身的磁结构,没有造成构件自有漏磁场分布的变化。
通过仔细对比可以看出电流对磁记忆信号也有一定影响,但是影响很小。由电磁学原理可以计算得知,当一条直导线通过1A电流时在距离4mm处产生的磁场大小约为40A/m,而实验中的输油管道直径很大,电流分布较为分散,因此在距离表面4mm处产生的电流磁场相对很小。利用四型探头(二通道),在不通入电流和通入1A电流时,对钢管分别定点测量其磁场强度,发现1A的电流只使定点处的漏磁场强度相比无电流通过时改变2A/m左右,对钢管整体漏磁场没有大的影响,漏磁磁场的曲线走势并无大的变化,仍然可以进行应力集中区的判定。因此通过1A以下电流对金属磁记忆检测无影响,金属磁记忆检测方法仍然有效。
2稳恒磁场对金属磁记忆检测的影响
金属磁记忆方法应用于工业领域,在许多场合都或多或少地存在外磁场干扰的情况。针对这种情况,初步研究了稳定外磁场对于金属磁记忆信号的影响。实验所用的磁场由通电螺线管产生。螺线管直径20cm,线圈数200,在通400mA直流电流时,螺线管中心磁场有180A/m左右。首先,通电螺线管正对管道零支线区域,在螺线管底面距离管道侧面切面5cm和2cm分别进行测量。距离5cm时检测图像基本不变,距离2cm时测量得到金属磁记忆信号曲线如图6所示。然后将通电螺线管正对管道距离测量起始端1200mm处的非应力集中区,在螺线管底面距离管道侧面切面2cm时进行测量得到图7。之后螺线管位置不变,增大螺线管通电电流至600mA,测量得到磁记忆图像如图8所示。
在图6中,第三通道的磁场特征与原始特征相比变化较大,在该位置处磁场由负值变成了正值,在这个局部区域磁场强度增加了50 A/m～80A/m,这是由于螺线管产生磁场并非匀强场的缘故。但可以看到图像波峰仍然存在,基本上可以看作是磁场的一个整体平移,也就是在原来的自有漏磁场基础上叠加了一个恒定值的外磁场。线圈对第三通道的影响明显大于对第一、二通道的影响,这是由于线圈更为靠近第三通道的缘故。虽然此处仍然可以判断出应力集中区的存在。但由第三通道的较大变化可知外磁场的存在对于金属磁记忆检测存在一定影响。
当外磁场加在磁记忆图像平缓的非应力集中区,由图7和图8可以看出磁记忆图像整体发生了很大改变,在外加磁场影响下多出了一个峰。当通电电流值为400mA时,这个峰的第三通道峰值为118A/m,但磁场梯度值变化不大。当通电电流值变为800mA时,这个峰的第三通道峰值达到了470A/m,同时磁场梯度值也产生了峰值。由此可见外磁场的存在对于磁记忆检测的影响是致命的。
如果是均匀外磁场,从磁记忆检测信号上来看仅仅是一个整体信号的上下平移和零支线的位置移动。但对于非均匀外磁场,尤其是空间变化大的外磁场的存在,更可能会造成应力集中区的漏判或误判。对于整体自有漏磁场数值较小的构件来讲,较小磁场强度和分布不均匀的外磁场就可能淹没构件的自有漏磁场信息,从而使金属磁记忆方法失效。而对于整体自有漏磁场较大的构件来讲,微弱的外磁场干扰(小于构件自有漏磁场一个量级)不会影响金属磁记忆方法的正常使用。因此,在使用金属磁记忆方法的过程中需要对构件的自有漏磁场和外磁场进行合理地综合判定,从而得到正确的检测结果。
3交流磁化干扰对金属磁记忆检测的影响
在某些场合可能会遇到已经形成了自有漏磁场的构件被交流磁化。以下对一根长48.5cm、直径16.5cm、壁厚0.4cm的管道进行研究。
交流磁化前金属磁记忆检测图像如图9所示。利用交流变压器将220V的交流电转换成频率50Hz幅值8V的交流电压,加在U型电磁铁线圈两端,产生的交变磁场幅值为90A/m左右,使电磁铁紧贴管道沿检测线进行移动,对管道实施交流磁化。磁化后磁记忆信号曲线如图10。
可以明显看出,在管道距离起始端220mm～280mm之间存在明显的自有漏磁场突变,可以判定存在应力集中区。但在进行交流磁化后该处的磁场峰消失了,磁场梯度也变小,磁记忆曲线变化趋势缓慢,只是曲线出现了锯齿状的变化。因此可以判定,交流磁化会改变构件自身的磁结构从而改变构件的自有漏磁场分布。当构件被交流磁化之后,金属磁记忆检测方法完全失效。
摘自：中国计量测控网
