CN101651006A - 大规格铁磁性管件的消磁方法及磁敏传感器 - Google Patents
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Abstract
大规格铁磁性管件的消磁方法及磁敏传感器，其特征是对于大规格铁磁性管件因受轴向直流磁场的作用而在管件端头形成的剩余磁场，采用与剩余磁场反方向、强度与检测的剩磁场一致的直流磁场对所述管件进行消磁，再采用强度逐渐衰减到零的交变磁场对管件进行消磁；对于大规格铁磁性管件因受轴向交变磁化场的作用而在管体轴向形成方向、节距和强度都变化的交变剩磁场，对于每一节距内的一段管件采用与剩余磁场反方向、强度与检测的剩磁场一致的直流磁场对所述管件进行消磁，再采用强度逐渐衰减到零的交变磁场对管件进行消磁。本发明采用复合消磁法克服了常规衰减交流消磁方法中磁滞回线有时不能覆盖管件剩磁的问题。
Description
技术领域
本发明涉及大规格铁磁性管件的消磁方法及磁敏传感器，更具体地说是一种应用于石油钻杆、油管、套管，高压锅炉管和其它各种铁磁性钢管的消磁方法及磁敏传感器的设计。
背景技术
大规格铁磁性管件，如石油钻杆、油管、套管，高压锅炉管和其它各种铁磁性钢管，由于在涡流、漏磁检测中受直流磁场或交变磁场的磁化作用，其后虽然脱离磁化作用，但还会有剩余磁场的存在；管件在仓储堆放时也会受地磁或其它磁场等的磁化作用而形成剩余磁场。30GS以上的剩磁场会导致管件吸附铁硝，影响对管件端头的丝扣精密加工和管件之间的焊接；50GS以上的剩余磁场甚至造成石油钻探、建井和采油施工中管件端头不能精确对接等。
根据美国石油学会API-5CT-2006(石油用管规范)第8版和我国GB/T12606-2000(钢管漏磁探伤方法)和YB/T4083-2000(钢管自动涡流探伤系统综合性能测试方法)规定，铁磁性钢管经过电磁探伤后须消磁至30GS以下。
根据对管件磁化场的研究，在这些管件上可能形成轴向直流剩余磁场，也可能形成强弱、方向和节距都是变化的轴向交变剩余磁场。现有的常规消磁方法的原理是：使带有剩磁的管件穿过通交流电的密绕线圈形成的交流磁场作用，由于图1b所示的受到密绕线圈的强度逐渐衰减到零的交流磁场的作用，管件材料的剩磁减小甚至消失。
图1a表示的现有的单密绕线圈构成的常规管件消磁方法是：当带有剩磁3的管件1从左向右通过通电的消磁器2的左半侧时，管件1受到图1b所示的逐渐增强的交流磁化场4的磁化，被磁化直至最大值；管件1从右半侧离开线圈2时，受到衰减的交流磁化场4作用，实现消磁。
图2所表示的常规管件消磁原理是，管件在消磁线圈中点受到最大的交变磁场4作用，磁滞回线5包围了管件上的剩磁Br2，管件从消磁线圈的右侧退出时，磁滞回线逐渐缩减到磁滞回线的原点，管件剩磁被消除。
但图1a所示的现有常规消磁线圈与图2所示的消磁方法存在如下缺点：
1、管件轴向的剩余磁场，在管件两端表现有异性的最大值Br1。受消磁线圈的阻抗和功率的制约，通交流电的消磁线圈形成的消磁强度的最大值常小于管件两端剩余磁场Br1，就是消磁线圈的磁滞回线不能包围管件上的剩磁Br1，所以常规交流消磁线圈常常不能对管件的轴向直流剩余磁场实现可靠地消磁。
2、若管件上的剩磁场是交变剩余磁场，则可能由于交流消磁线圈的消磁强度的最大值小于Br1，消磁线圈不能实现对管件的彻底消磁；也可能由于消磁磁场瞬间方向与管件在该点剩磁方向一致时，剩磁场有加强的现象。说明常规消磁线圈也很难对管件的交变剩磁进行可靠地消磁。
已有的“AKMT型全自动化漏磁探伤机”所附带的消磁方法，采用常规的逐渐衰减的交变磁场进行消磁，剩余磁场达到80-300GS；已有的“ET-552涡流探伤仪”附带的消磁方法，采用常规的逐渐衰减的交变磁场进行消磁，最小剩余磁场为80GS以上；美国TUBSCOPE公司生产钢管探伤设备附带的消磁方法，也是采用常规的逐渐衰减的交变磁场进行消磁，最小为剩余磁场也在50GS以上，都远高于铁磁性钢管的消磁标准。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种大规格铁磁性管件的消磁方法及磁敏传感器，以可靠地消除各种口径的铁磁质工业管件的剩余磁场，包括轴向直流剩余磁场和交变的剩余磁场，解除这些工业管件在后续加工和安装使用中遇到的剩磁困扰，保证相关系统的安全。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明大规格铁磁性管件复合消磁方法的特点是：
对于大规格铁磁性管件因受轴向直流磁场的作用而在管件端头形成的500GS以上的剩余磁场，消磁方法是：
首先检测管件轴向剩磁场的方向和强度，采用与剩余磁场反方向、强度与检测的剩磁场一致的直流磁场对所述管件进行消磁，使管件端头对外呈现100GS以下的剩磁；再采用强度逐渐衰减到零的交变磁场对管件进行消磁，使管件的剩余磁场低于10GS；
对于大规格铁磁性管件因受轴向交变磁化场的作用而在管体轴向形成方向、节距和强度都变化的交变剩磁场，消磁方法是：
首先检测管件轴向交变剩磁场的方向、节距和强度，对于每一节距内的一段管件采用与剩余磁场反方向、强度与检测的剩磁场一致的直流磁场对所述管件进行消磁，使管件端头对外呈现100GS以下的剩磁；再采用强度逐渐衰减到零的交变磁场对管件进行消磁，使管件的剩余磁场低于10GS。
本发明磁敏传感器的特点是在环状端板上设置用于固定各磁敏探头的探头支架，所述探头支架以被测管件的轴线为中心线呈锥形分布，探头支架的前端固联磁敏探头，探头支架的尾端铰接在所述环状端板上，所述探头支架的尾端与环状端板的铰接处设置为可以使磁敏探头以径向上的弹性压力抵靠在被测管件外侧壁上的弹性铰链。
本发明各磁敏探头具有与被测管件相同弧度的瓦片状内表面。
本发明首先检测待消磁管件上剩磁场的方向、节距和强度的数据，当检测的管件带有轴向直流剩余磁场，先采用与剩余磁场反方向的直流磁场对所述管件进行消磁，再采用通交流电的密绕线圈对管件进行消磁，使管件的剩余磁场低于10GS；当检测的管件带有轴向交变剩余磁场，先采用与每一节距内的一段管件施加反方向磁场，使所在的区段对外呈现的剩磁小于100GS以下的剩磁；再采用通交流电的密绕线圈对管件进行消磁，使管件的剩余磁场低于10GS。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明采用的复合消磁法有效地克服了常规衰减交流消磁方法中磁滞回线有时不能覆盖管件剩磁的问题。
2、本发明先检测管件上的剩余磁场，再根据检测的管件的剩余磁场方向、节距和强度进行有针对地消磁。
克服常规消磁方法中不明确被消磁管件的剩余磁场方向、节距和强度，盲目性地只采用衰减交流消磁法可能造成磁滞回线有时不能覆盖管件剩磁的问题或者瞬间消磁磁场方向与管件该点剩磁方向一致而使剩磁场加强的问题。
3、本发明设置磁敏传感器阵列、可以通过设置剩余磁场信号处理器、控制器和消磁器构成的消磁系统。传感器阵列沿轴向连续逐段检测管件的剩磁方向、节距和强度，经信号处理器处理后由控制器产生与管件中对应区段剩磁场方向相反、节距对应、磁场强度B大于初始剩磁强度Br的消磁电流给消磁器，以智能控制的方法高速彻底地消除管件的剩余磁场。
4、实验表明，本发明装置的消磁速度为10～120m/min，消磁前磁场强度为300～2000GS；消磁后剩磁强度为0～10GS；
5、本发明可用于直径为10～1000mm的大规格铁磁性管件进行彻底消磁，广泛适用于石油用管、钻机中的钻具、油气输送管、发电厂和化工厂管道以及钢管轧制生产线上对铁磁性管件进行彻底消磁。
附图说明
图1a为已有技术中以通交流电单密绕线圈构成的消磁装置。
图1b为已有技术中通交流电密绕线圈的磁场示意图。
图2为已有技术中磁滞回线缩减的消磁原理图。
图3为本发明磁敏传感器阵列示意图。
图4为本发明大规格管件高速消磁装置的组成方框图。
图5为本发明对管件施加反向磁场抵消部分剩余磁场示意图。
图中标号：1管件、2反向消磁器、3剩余磁场、4交流磁化场、5磁滞回线、6磁敏探头、7探头支架、8弹性铰链、9环状端板、10磁敏传感器阵列、11密绕线圈、12剩余磁场信号、13信号处理器、14控制器、15反方向磁场、16剩余磁场信号波形。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
对于图1a所示的大规格铁磁性管件1因受轴向直流磁场的作用，在管件体内形成剩余磁场3，尤其在两端头形成异性的500GS以上的剩余磁场，通过图4所示的大规格管件消磁方法时，首先由磁敏传感器阵列10检测管件轴向剩磁场的方向、节距和强度等剩余磁场信号12，由于管件1只带有轴向直流剩余磁场，通过信号处理器13驱动控制器14馈送到反向消磁器2形成与剩磁场反向的消磁场，抵消大部分剩余磁场，使管件端头对外呈现100GS以下的剩磁；最后采用通交流电的密绕线圈11对管件1进行消磁，使管件的剩余磁场低于10GS。
图2所示缩减磁滞回线5的消磁原理图能进一步说明，消磁器2对管件1施加与剩磁场反向的消磁场，实际是将剩余磁场Br1抵消变成Br2剩余磁场，使它落在随后的交流消磁磁滞回线覆盖的面积内。
对于大规格铁磁性管件因受轴向交变磁化场的作用，在管体轴向形成方向、节距和强度都变化的交变剩磁场，通过图4所示的大规格管件消磁装置时，首先检测管件1的轴向交变剩磁场的方向、节距(管件上剩余磁场的方向发生改变的一段距离称为节距)和强度，对于每一节距内的一段管件施加方向相反、强度与检测的剩磁场一致的磁场，使所在的区段对外呈现的剩磁小于100GS以下的剩磁；再采用通交流电的密绕线圈11对管件1进行消磁，使管件1的剩余磁场低于10GS。
图5所示对管件1施加反向磁场抵消部分剩余磁场的消磁原理图能进一步说明，检测管件1的剩余磁场3被磁敏传感器阵列形成剩余磁场形成的剩余磁场信号波形16，剩余磁场信号波形16的极性代表剩余磁场的轴向方向，改变剩余磁场极性对应的管件1之间的一段距离就是磁场节距。自动先采用与每一节距内的一段管件施加反方向磁场15，使所在的区段对外呈现的剩磁小于100GS以下的剩磁，实际也是将剩余磁场抵消，使它落在随后的交流消磁磁滞回线覆盖的面积内。
具体实施中，设置图3所示的磁敏传感器，是在环状端板9上设置用于固定各磁敏探头6的探头支架7，探头支架7以被测管件1的轴线为中心线呈锥形分布，探头支架的前端固联磁敏探头6，探头支架的尾端铰接在环状端板9上，探头支架7的尾端与环状端板的铰接处设置为可以使磁敏探头以径向上的弹性压力抵靠在被测管件1外侧壁上的弹性铰链8，各磁敏探，6具有与被测管件相同弧度的瓦片状内表面，以便磁敏传感器能可靠地检测到管件各段实际剩余磁场的强度、方向和节距。
Claims (3)
1、大规格铁磁性管件复合消磁方法，其特征是：
对于大规格铁磁性管件因受轴向直流磁场的作用而在管件端头形成的500GS以上的剩余磁场，消磁方法是：
首先检测管件轴向剩磁场的方向和强度，采用与剩余磁场反方向、强度与检测的剩磁场一致的直流磁场对所述管件进行消磁，使管件端头对外呈现100GS以下的剩磁；再采用强度逐渐衰减到零的交变磁场对管件进行消磁，使管件的剩余磁场低于10GS；
对于大规格铁磁性管件因受轴向交变磁化场的作用而在管体轴向形成方向、节距和强度都变化的交变剩磁场，消磁方法是：
首先检测管件轴向交变剩磁场的方向、节距和强度，对于每一节距内的一段管件采用与剩余磁场反方向、强度与检测的剩磁场一致的直流磁场对所述管件进行消磁，使管件端头对外呈现100GS以下的剩磁；再采用强度逐渐衰减到零的交变磁场对管件进行消磁，使管件的剩余磁场低于10GS。
2、一种应用在权利要求1所述方法中的磁敏传感器，其特征是：在环状端板(9)上设置用于固定各磁敏探头(6)的探头支架(7)，所述探头支架以被测管件(1)的轴线为中心线呈锥形分布，探头支架的前端固联磁敏探头(6)，探头支架的尾端铰接在所述环状端板(9)上，所述探头支架的尾端与环状端板的铰接处设置为可以使磁敏探头以径向上的弹性压力抵靠在被测管件(1)外侧壁上的弹性铰链(8)。
3、根据权利要求2所述的磁敏传感器，其特征是所述各磁敏探头具有与被测管件相同弧度的瓦片状内表面。
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