钢质管道机械损伤漏磁内检测与识别技术研究

作     者：张雪伟 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈金忠;宋凯

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：机械损伤 腐蚀 漏磁检测 最佳磁场强度 小波降噪 

摘      要：在开展管道定期检验工作时,常规漏磁内检测技术检测出的金属损失缺陷信号无法有效区分其性质是机械损伤还是腐蚀,管道机械损伤产生的残余应力和应变等会改变钢质管道机械特性及电磁特性。针对管道漏磁内检测器的缺陷识别和区分问题,本文提出了一种非饱和漏磁检测技术,采用仿真与试验两种方法,确定了检测的最佳磁场强度,分析了机械损伤和腐蚀的检测信号分布特征和规律并进行识别区分。利用仿真软件中的固体力学和低频电磁模块建立了机械损伤凿痕和腐蚀多物理场有限元模型。研究了在外磁场和应力共同作用下管壁机械损伤漏磁通分布规律,对比了不同激励磁场强度对缺陷漏磁信号的影响,并分析了不同几何参数和检测提离值对机械损伤凿痕和腐蚀的漏磁信号分布规律。仿真结果表明:用于检测机械损伤的最佳磁化点为5000A/m,在该磁场强度下可有效地对机械损伤凿痕和腐蚀进行识别和区分。设计了以直流电磁铁为励磁源的磁化装置,制作了机械损伤凿痕、凹陷和腐蚀模拟人工试块,研制了用于机械损伤和腐蚀检测的探头,设计了霍尔电压输出的漏磁信号调理电路,编写了信号采集、实时显示和数据回放程序,搭建了管道机械损伤漏磁检测的试验平台,通过试验测试验证了所设计方案的正确性。选取了sym8小波并利用阈值降噪的方法,对比分析了每种阈值降噪方法的降噪性能。在此基础上,提出了一种基于小波降噪和S-G滤波的方法,结果表明改进的降噪算法在平滑度等方面优于常规小波降噪方法。以凿痕、凹陷和腐蚀三种缺陷为研究对象,通过数据拟合等方法分析建立了漏磁信号波形特征量与缺陷参数之间的量化关系,并根据不同类型缺陷的轴向漏磁场分布特征进行了对比分析。试验结果表明:当磁场强度为5000A/m时,机械损伤和腐蚀漏磁信号存在明显差异,且凿痕信号轴向分量特征呈现“W型,凹陷信号特征呈现“M型,可对凿痕、凹陷和腐蚀三种类型缺陷进行检测和识别,进一步验证了理论和仿真的准确性以及非饱和漏磁检测技术的可行性,该技术可为后期评估管道的剩余强度和制定科学的维修计划提供技术支撑。