CN101718748A

CN101718748A - 铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法及装置

Info

Publication number: CN101718748A
Application number: CN200910216779A
Authority: CN
Inventors: 邓勇刚; 胡敏; 王辉荣
Original assignee: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-02

Abstract

本发明公开了一种铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法及装置，涉及无损检测技术领域，通过磁感应传感器阵列扫描构件表面，测试构件表面的漏磁场，并将测得的磁信号转换成电信号，经滤波放大、A/D转换处理后输入至处理器，经处理器处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态，最后经显示器显示出来。本发明能检测出已发展成形的缺陷，并且能对金属构件中存在的微裂纹等早期损伤，特别是尚未成型的隐性不连续变化，实施有效的评价；在检测时无需作大量准备工作，在检测过程中，不要求设备必须处于额定载荷的工况下，并且也不需要附加磁化设备及退磁装置，在线检测极其方便。

Description

铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法及装置

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，确切地说涉及一种针对铁磁材料构件损伤的无损检测诊断方法，用于对承受疲劳载荷下的铁磁材料构件进行损伤的早期诊断检查。

背景技术

生产工作中，任何工程结构都不可避免地存在着类似于微裂纹的损伤。这些损伤的存在，降低了结构的承载能力；即使在静态或缓慢变化的载荷作用下，也会由于损伤的动态扩展而导致断裂。传统的无损检测方法由于原理和工艺的局限性仅能检测出已发展成形的缺陷，但对于金属构件中存在的微裂纹等早期损伤，特别是尚未成型的隐性不连续变化，难以实施有效的评价。

目前对于压力容器等承载设备的动态检测手段主要为声发射检测，该技术能够对设备构件存在缺陷的活动性进行监测；但该技术不能对构件缺陷进行早期诊断；同时，声发射检测技术在实施前需要做大量的繁琐的准备工作，并且要求检测时设备必须处于额定载荷的工况，因而限制了该技术的实际应用。

此外，近年来有报导采用磁性无损检测技术，如磁巴克豪森噪声法、磁声发射法等检测铁磁材料损伤状态，这些方法一方面还处于基础研究阶段，尚不成熟，另一方面它们进行检测时需对构件进行磁化，需附加磁化设备及退磁装置。如公开号为CN1975406A，公开日为2007年6月6日的中国专利文献公开了一种铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法与装置，涉及一种利用磁检测方法对铁磁性构件表面缺陷进行检测得方法及设备。其方法是首先采用永久磁铁在铁磁性构件表面产生开放磁场，然后在永久磁铁边缘测量开放磁场变化。若在构件表面存在缺陷，在永久磁铁与被测构件间形成的开放磁场会发生变化，从而实现构件表面缺陷检测。其装置包括依次连接的检测传感器、信号处理电路、A/D转换电路和数据处理器。该发明方法利用永久磁铁在空间形成开放磁场检测缺陷，可广泛应用于钢棒、钢管、钢板等构件的在线和在役检测。但是，该方法需附加磁化设备及退磁装置，给在线检测带来不便，并且其仅能检测出已发展成形的缺陷，但对于金属构件中存在的微裂纹等早期损伤，特别是尚未成型的隐性不连续变化，难以实施有效的评价。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明利用铁磁构件具有的磁记忆现象，提出了一种铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法，本方法能检测出已发展成形的缺陷，并且能对金属构件中存在的微裂纹等早期损伤，特别是尚未成型的隐性不连续变化，实施有效的评价；在检测时无需作大量准备工作，在检测过程中，不要求设备必须处于额定载荷的工况下，并且也不需要附加磁化设备及退磁装置，在线检测极其方便。

本发明同时提供了实现上述磁记忆诊断方法的装置。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法，其特征在于：通过磁感应传感器阵列扫描构件表面，测试构件表面的漏磁场，并将测得的磁信号转换成电信号，经滤波放大、A/D转换处理后输入至处理器，经处理器处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态，最后经显示器显示出来。

所述的经处理器处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态具体是指：经A/D转换处理后输入至处理器的信号为Hp信号，按照公式

k_{in} = \frac{| Δ H_{P} |}{2 l_{k}}

(其中，k_in代表一个应力集中区磁场变化梯度，|ΔH_P|代表位于Hp＝0线两侧同等线段l_k上两检测点之间磁场Hp的差数模量，l_k代表从测量磁场Hp值点到应力集中线的距离)计算出铁磁构件表面测试信号的磁场变化梯度，计算出每个应力集中区域的k_in后，再计算所有应力集中区域k_in的平均值K_IN ^AV；再利用公式

\frac{K_{IN}^{\max}}{K_{IN}^{AV}} = m

(其中，K_IN ^max代表应力集中区的最大场梯度值，m代表金属变形能力的磁指标)计算出磁指标，如m≥m_max，(其中，m_max代表金属破损前强化阶段的变形能力磁指标)就表示铁磁构件该区域处于濒临损伤状态，需要对其进行修复或加固处理；如m＜m_max或m＜＜m_max，则表示铁磁构件检测区域在使用过程中不存在损伤。

实现铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法的装置，其特征在于：包括阵列扫描铁磁构件表面、并将测得的磁信号转化为电信号的磁感应传感器，与磁感应传感器连接并获得扫描距离信号的长度测量传感器，与磁感应传感器和长度测量传感器连接并将所述电信号和距离信号滤波处理的滤波器，和放大处理的放大器，滤波器和放大器级联，与所述滤波器和放大器连接并将经滤波放大处理的信号进行模数转换的A/D转换模块，与所述A/D转换模块连接并对信号进行处理的处理器，和显示处理信号结果的显示器。

所述磁感应传感器、长度测量传感器、滤波器和放大器均集成于检测小车上。

所述显示器集成于处理器上。

与公开号CN1975406A专利文献为代表的现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

1、由于本发明采用“磁感应传感器测得磁信号并转换成电信号，经滤波放大、A/D转换处理后输入至处理器，经处理器处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态”这样的技术方案，或者采用实现该方法的装置“包括磁感应传感器，与磁感应传感器连接的长度测量传感器，与磁感应传感器和长度测量传感器连接的滤波器，和放大器，滤波器和放大器级联，与所述滤波器和放大器连接的A/D转换模块，与所述A/D转换模块连接的处理器，和显示器”这样的技术方案；都可以实现以下技术效果：

无论铁磁构件处于在线或离线工况时，用上述方案在不需对构件表面进行处理和加载的情况下，可快速诊断出构件内部出现的危险区域和缺陷，上述方案无须对铁磁构件附加磁化设备及退磁装置，在线检测极其方便，并且不但能检测出已发展成形的缺陷，还能对金属构件中存在的微裂纹等早期损伤，特别是尚未成型的隐性不连续变化，实施有效的评价。

2、本发明采用“经A/D转换处理后输入至处理器的信号为Hp信号，按照公式

k_{in} = \frac{| Δ H_{P} |}{2 l_{k}}

\frac{K_{IN}^{\max}}{K_{IN}^{AV}} = m

(其中，K_IN ^max代表应力集中区的最大场梯度值，m代表金属变形能力的磁指标)计算出磁指标，如m≥m_max，(其中，m_max代表金属破损前强化阶段的变形能力)就表示铁磁构件该区域处于濒临损伤状态，需要对其进行修复或加固处理；如m＜m_max或m＜＜m_max，则表示铁磁构件检测区域在使用过程中不存在损伤”这样的技术方案，来对磁感应器检测到的信号进行处理，并由此获得铁磁构件的某个区域是否存在损伤，有利于进一步诊断金属构件中是否存在微裂纹等早期损伤，特别是能对尚未成型的隐性不连续变化实施有效的评价。

3、本发明采用“磁感应传感器、长度测量传感器、滤波器和放大器均集成于检测小车上”，这样的技术方案，检测小车在检测时放置在构件表面上，能使集成在小车上的各组成部分一起移动工作，方便本装置的在线检测。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为诊断装置结构示意图

图2为对管件实施诊断时的结构示意图

图3为对钢板焊缝实施诊断时的结构示意图

图中标记：

1、磁感应传感器，2、信号传输线，3、处理器，4、长度测量传感器，5、显示器，6、检测小车，7、铁磁构件，8、缺陷，9、焊缝。

具体实施方式

实施例1

本方法公开了一种铁磁构件7损伤的磁记忆诊断方法，通过磁感应传感器1阵列扫描构件表面，测试构件表面的漏磁场，并将测得的磁信号转换成电信号，经滤波放大、A/D转换处理后输入至处理器3，经处理器3处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态，最后经显示器5显示出来。所述的经处理器3处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态具体是指：经A/D转换处理后输入至处理器3的信号为Hp信号，按照公式

k_{in} = \frac{| Δ H_{P} |}{2 l_{k}}

(其中，k_in代表一个应力集中区磁场变化梯度，|ΔH_P|代表位于Hp＝0线两侧同等线段l_k上两检测点之间磁场Hp的差数模量，l_k代表从测量磁场Hp值点到应力集中线的距离)计算出铁磁构件7表面测试信号的磁场变化梯度，计算出每个应力集中区域的k_in后，再计算所有应力集中区域k_in的平均值K_IN ^AV；最后利用公式

\frac{K_{IN}^{\max}}{K_{IN}^{AV}} = m

(其中，K_IN ^max代表应力集中区的最大场梯度值，m代表金属变形能力的磁指标)计算出磁指标，如m≥m_max，(其中，m_max代表金属破损前强化阶段的变形能力)就表示铁磁构件7该区域处于濒临损伤状态，需要对其进行修复或加固处理；如m＜m_max或m＜＜m_max，则表示铁磁构件7检测区域在使用过程中不存在损伤。

实施例2

参照说明书附图1，本装置包括阵列扫描铁磁构件7表面、并将测得的磁信号转化为电信号的磁感应传感器1，与磁感应传感器1连接并获得扫描距离信号的长度测量传感器4，与磁感应传感器1和长度测量传感器4连接并将所述电信号和距离信号滤波处理的滤波器，和放大处理的放大器，滤波器和放大器级联，与所述滤波器和放大器连接并将经滤波放大处理的信号进行模数转换的A/D转换模块，与所述A/D转换模块连接并对信号进行处理的处理器3，和显示处理信号结果的显示器5。所述磁感应传感器1、长度测量传感器4、滤波器和放大器均集成于检测小车6上，所述显示器5集成于处理器3上。

实施例3

某种型号泥浆高压管汇磁记忆诊断检测如图2所示，包括磁感应传感器1和长度测量传感器4；信号传输线2；处理器3和显示器5。磁感应传感器1、长度测量传感器4、信号滤波器及放大器均集成于检测小车6上，并一同放置到管线表面，磁感应传感器1与处理器3之间由信号传输电缆相连接。检测时，磁记忆检测小车6在管线表面进行快速扫描，管线表面及内部的缺陷8或应力集中区的漏磁场溢出管线本体，被扫描的磁感应传感器1接收到，通过检测小车6中的滤波器和放大器，将信号滤波并放大后传输到处理器3进行处理。在扫描过程中，局部区域出现k_max＝45A/m²，信号Hp同时具有过0点，并且计算出的磁指标m＝16＞＞m_max＝2.5，说明管线局部区域出现濒临损坏或已经损坏，在经过使用其他方法复查时，检测出该管线本体出现15mm裂纹缺陷8；其余检测区的m＜＜m_max，本方法诊断其内部不存在濒临破坏区。

实施例4

某种型号钢板焊缝9磁记忆诊断检测如图3所示，包括磁感应传感器1和长度测量传感器4；信号传输线2；处理器3和显示器5。磁感应传感器1、长度测量传感器4、信号滤波器及放大器均集成于检测小车6上，并一同放置到钢管焊缝9表面，磁感应传感器1小车与处理器3之间由信号传输电缆相连接。检测时，磁记忆检测小车6在焊缝9表面进行快速扫描，焊缝9表面及内部的缺陷8或应力集中区的漏磁场溢出管线本体，被扫描的磁感应传感器1接收到，通过检测小车6中的滤波器和放大器，将信号滤波并放大后传输到处理器3进行处理。在扫描过程中，k＝4A/m²，信号稳定并且检测区的m＜＜m_max，磁记忆诊断其内部不存在濒临破坏区。

显然，本领域的普通技术人员根据所掌握的技术知识和惯用手段，根据以上所述内容，还可以做出不脱离本发明基本技术思想的多种检测形式，这些形式上的变换均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法，其特征在于：通过磁感应传感器(1)阵列扫描构件表面，测试构件表面的漏磁场，并将测得的磁信号转换成电信号，经滤波放大、A/D转换处理后输入至处理器(3)，经处理器(3)处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态，最后经显示器(5)显示出来。

2.根据权利要求1所述的铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法，其特征在于：所述的经处理器(3)处理获得构件表面测试信号信息，从而获得构件的某个区域是否处于濒临损伤状态或不存在损伤状态具体是指：经A/D转换处理后输入至处理器(3)的信号为Hp信号，按照公式

k_{in} = \frac{| Δ H_{P} |}{2 l_{k}}

(其中，k_in代表一个应力集中区磁场变化梯度，|ΔH_P|代表位于Hp＝0线两侧同等线段l_k上两检测点之间磁场Hp的差数模量，l_k代表从测量磁场Hp值点到应力集中线的距离)计算出铁磁构件(7)表面测试信号的磁场变化梯度，计算出每个应力集中区域的k_in后，再计算所有应力集中区域k_in的平均值K_IN ^AV；最后利用公式

\frac{K_{IN}^{\max}}{K_{IN}^{AV}} = m

(其中，K_IN ^max代表应力集中区的最大场梯度值，m代表金属变形能力的磁指标)计算出磁指标，如m≥m_max，(其中，m_max代表金属破损前强化阶段的变形能力)就表示铁磁构件(7)该区域处于濒临损伤状态，需要对其进行修复或加固处理；如m＜m_max或m＜＜m_max，则表示铁磁构件(7)检测区域在使用过程中不存在损伤。

3.实现如权利要求1所述铁磁构件损伤的磁记忆诊断方法的装置，其特征在于：包括阵列扫描铁磁构件(7)表面、并将测得的磁信号转化为电信号的磁感应传感器(1)，与磁感应传感器(1)连接并获得扫描距离信号的长度测量传感器(4)，与磁感应传感器(1)和长度测量传感器(4)连接并将所述电信号和距离信号滤波处理的滤波器，和放大处理的放大器，滤波器和放大器级联，与所述滤波器和放大器连接并将经滤波放大处理的信号进行模数转换的A/D转换模块，与所述A/D转换模块连接并对信号进行处理的处理器(3)，和显示处理信号结果的显示器(5)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述磁感应传感器(1)、长度测量传感器(4)、滤波器和放大器均集成于检测小车(6)上。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于：所述显示器(5)集成于处理器(3)上。