钢管端头漏磁检测技术

   铁磁性管道广泛应用于冶金、石油和化工等行业,其质量问题关系重大。自动化钢管检测设备还没有解决端头检测问题,两端端头大约有300 mm以上的检测盲区。笔者用ANSYS软件模拟分析了加入引体后钢管端头及端头缺陷的磁场分布,并用试验加以验证。

1　端头盲区的形成原因

    钢管漏磁检测方法可以检测出铁磁性钢管表面和内部的缺陷,具有检测速度快、灵敏度高、操作简单及稳定可靠等特点,特别适合自动化检测。主要检测原理是,磁敏传感器沿被磁化的铁磁性材料表面扫查,拾取缺陷漏磁场,形成缺陷电信号,达到发现缺陷的位置及参数的目的^_[1]。

    但自动化钢管检测技术还没有解决端头盲区问题。形成端头盲区的主要原因有①通过对一般检测方法的钢管端头磁场的分析可以得出,钢管端头磁场不是束缚在钢管壁内,而是呈散射状;同时磁靴改变了其磁力线分布,使钢管内部磁力线不再平行分布;且端头部分存在尖端效应,产生大量的杂散磁场,导致缺陷漏磁场信号被湮没,无法被拾取。②钢管端头刚进入磁化场时,通电空心线圈逐步变为铁心线圈,线圈的电感量增大,使磁化电流减小,磁化场减弱,使钢管端头部分不能被充分磁化,缺陷不能形成漏磁场,产生检测盲区。③钢管传动过程中传感器与管体良好吻合需要一个过程,从而产生检测盲区^[1~5]。

2　自动化钢管端头检测系统

    针对钢管端头盲区产生的原因,提出了在钢管端头加入引体的端头检测方法。引体是一种加在钢管端头、与端头对接的铁磁性物体,引体的作用是通过与端头对接,把端头变成管体,消除端头的尖端效应。加入引体的钢管端头检测装置如图1a所示,导磁的磁靴跨过端头放置在引体上。传感器拾取的缺陷漏磁场信号波形如图1b所示,在往返过程中同一缺陷漏磁场信号被检测到两次。传感器拾取的磁场信号波形如图1c所示,钢管与引体的接头导致了接头信号的存在

3　ANSYS软件在检测系统中的应用^[6]

    ANSYS软件是国际流行的融结构、力、热流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元分析软件。

    磁化源选择永久磁体,导磁材料为软铁,钢板材料为X52钢,因此在模型中存在的物质有空气、X52钢、永久磁体、软铁和缺陷。

    (1)软铁　模型中的轭铁设置为线性材料,其相对磁导率为62 000,参考的是铁镍合金1J79。

    (2)永久磁体　设置为线性材料,其相对磁导率为1.05,矫顽力设置为8 000 kA/m。

    (3)缺陷　设定为线性材料,相对磁导率为1。