平直钢管永磁旋转探伤系统研究

　　油田用承压钢管的质量要求很高,必须逐根进行严格探伤,因而高速探伤设备开发研制十分必要。漏磁检测法易于实现快速自动化检测,是钢管探伤的有效方法。国外对该无损检测方法的研究起步早,技术成熟,其检测设备自动化程度较高,但价格昂贵。为此,本文提出了一种基于永磁磁化的旋转探伤系统,实现平直钢管的在线高速探伤。

　　1　钢管周向多极永磁磁化

　　1.1　周向多级永磁磁化及旋转探头设计

　　纵向裂纹检测是无缝钢管检测需要解决的一个重点问题。为对纵向裂纹沿周向扫描,探头与管体必须发生相对旋转并以螺旋方式扫描管体。通常使用管子直线前进、探头原地旋转或管子原地旋转、探头直线前进的方式来实现这种相对运动关系。前一种方式的速度更快、效率更高,更适合高速批量检测,

　　目前国外的探伤设备采用的都是这种扫描方式,由通电线圈产生磁场经磁轭引导到钢管中,探头与磁化磁轭一起旋转。电磁磁化的特点是磁化能力强,磁化强度调整方便,但磁化器较为笨重,迫使主轴在承载很大重量的情况下高速旋转,且必须通过高速大容量滑环对其供电。这使得系统的制作工艺复杂、加工困难,制造成本很高,这也是进口备非常昂贵的一个原因。

　　若以永久磁铁作为励磁源,可产生与直流恒定电流磁化方式相同的磁化效果,且磁路设计非常灵活,其磁化强度一般通过磁路设计来保证[1]。永磁磁化的一个明显的优点是极大降低了主轴负担并省去大容量输电滑环,利用永磁实现多极磁化,安排多探靴扫描还可降低主轴转速,从而大大简化系统的设计与制造。通常,探靴被放置在一对磁极的中间,因为该处的磁化状态最适合漏磁场的检出,为保证不漏检,各探头在管体上扫过的区域应有一定的重合,重叠范围一般在20%到50%之间。钢管以一定速度前进时,在保证同一重叠率的前提下,探靴转速与个数及长度存在着相互制约的关系,增加探靴个数或长度可降低其转速。因而,采用多极磁场进行局部磁化可安排多个探靴同时扫描,有效降低旋转速度。使用永久磁铁进行多极磁化的关键是合理地设计磁路,在管体周向上形成多处局部饱和磁场。设计中,在4个探靴两侧分别安放极性相反的两组稀土永磁铁磁铁,形成以探头为中心的局部区域周向磁场通路。相邻两个局部磁场互相靠近的两侧极性相反,以使磁铁对管体的吸力相互抵消,从而减小探头对管体的吸引,减小探靴磨损,防止旋转过程的抖动,保证信号的稳定性。利用有限元软件ANSYS进行磁场分析,可以看到从永磁体产生的磁场在气隙、局部管体和衔铁间形成的磁力线回路如图1所示。设计的探头实物如图2所示。