CN1136169A - 一种磁探伤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无损探伤领域，提供了一种磁探伤装置，该装置由磁传感器、位移信号器、计算机、支撑轮、万向节和微动力装置组成。磁传感器通过万向节与计算机相连，支撑轮与位移信号器相连，位移信号器直接与计算机连相，微动力装置位于后端部。磁传感器由轭铁、永磁体、探头和支撑杆组成。永磁体为磁化源。本发明能探测深埋地下的各种不同管线，特别是输油输气管线管材内部的缺陷。
Description
本发明属于磁无损探伤领域。主要适用于深埋地下金属管道内缺陷的检测。
诸如输油管线、输送天然气管线之类的钢管，长期深埋地下，使用条件恶劣，加上原有钢管本身可能存在缺陷和环境的腐蚀作用，往往导致钢管在某处破裂，造成石油和天然气的泄漏。而且由于管道深埋地下，这种泄漏一直到石油或天然气大量冒出地面以后才能发现。为此，不仅造成巨大的经济损失，而且造成严重的环境污染。此类损失全国每年上亿元。
为此，实现地下管道的在线无损探伤检测具有重要意义。
目前，普遍采用的电磁无损探伤是磁粉探伤。其主要技术特征是在样品表面涂上一层磁粉，加磁场后，从磁粉的分布情况的变化探知缺陷所在。这种方法的使用范围受到严格的限制，不能用于现场在线检测；另外，该方法的磁化均采用交流电源的电磁铁为磁化电源，需有电源供电，而且电磁铁易发热，不能长时间工作；工作成本高等。
中国专利ZL90109231.2提供了一种电磁超声自动探伤技术。该技术主要适用于中等厚度钢板的自动无损探伤。它也是采用电磁方法直接在被探钢板中激发出声波，而钢板相当于声波导，入射声波在钢板表面反射后，相长干涉而形成Lamb波，板波在钢板中的传播过程中，如果遇到缺陷或板边，就会在介面产生反射，反射波被接收换能器收到，并转换为电压信号后，送至接收机，经计算机数据处理后，将缺陷的位置和大小录下来。但该专利技术只限于用在金属板材上，不能用于管材，另外，它也需要电源供电。
本发明的目的在于提供一种能探测地下金属管道缺陷的一种磁探伤装置。
根据上述目的，本发明装置采用磁探伤原理。
磁探伤方法的原理是基于铁磁性材料具有高导磁率这一特点，通过测量铁磁性材料中由于缺陷处导磁率变化来测出缺陷的所在。铁磁性材料在外磁场作用下被磁化，材料中无缺陷时，磁力线绝大部分通过磁性材料，在材料内部磁力线分布是均匀的。当有缺陷时，由于缺陷处的导磁率远比铁磁材料其它无缺陷处小，使磁力线产生弯曲，在缺陷处有磁力线泄漏出。通过磁测量的方法检测出缺陷处漏磁场的大小和范围，即可得知缺陷所在位置和大小。
本发明采用永磁体做为磁化电源，它与轭铁构成磁路，将被测物体部分磁化。当有缺陷存在时，磁传感器探头便可测出缺陷的信号，进而确定缺陷大小；同时，整个磁化装置以一定速度相对于被测物体移动，产生位移信号，由此可确定缺陷的位置。
现结合附图对本发明作详细说明。
附图1为本发明的工作原理图。
附图2为本发明磁探伤装置的结构立体示意图。
附图3为本发明磁探伤装置的结构示意图。
附图4为磁传感器的结构示意图。
附图5为缺陷处的磁通分量示意图。
附图6为缺陷尺寸与其漏磁场的关系曲线图。
附图7为缺陷的大小与漏磁场大小和缺陷位置的关系曲线。
上述图中，1为被测物体，2为磁传感器，3为计算机，4为位移信号，5为支撑轮，6为万向节，7为微动力装置，11为轭铁，14为探头，15为支撑杆，16为空气隙。
由图1、图2和图3看出，本发明所述的磁探伤装置由磁传感器2、位移信号器4、计算机3、支撑轮5、万向节6和微动力装置7组成。磁传感器2通过万向节6与计算机相连，位移信号器4直接与计算机3相连，支撑轮5与位移信号4相连，微动力装置7位于后端部。
由图4可知，磁传感器2由轭铁11、永磁体12、探头14和支撑杆15组成。轭铁11的两端为圆盘体，中间为圆柱体，互相连接在一起；永磁体12为圆环状，镶嵌在轭铁11两端圆盘体的中间；探头14为圆环状，通过支撑杆15固定在轭铁11中间的圆柱体上。探头14可探测整个360℃钢管内的缺陷。支撑轮5和位移信号器4组合可测量装置的位移距离。永磁体12为磁化源。永磁体12可选择AlNiCo、Fe-Cr-Co、Cu-Ni-Fe、R-Co、Nd-Fe-B和铁氧体中任一种。永磁体12与轭铁11组成磁路，其作用是磁化被测物体。轭铁选择具有高导磁率的金属材料，如工业纯铁、硅钢、Fe-Co合金和低碳钢等。探头14为漏磁通检测元件，由它探测被测物体的缺陷所在，并将缺陷的漏磁信号转换成电信号，再输入计算机3。探头14可选择霍尔元件、磁敏元件、磁通门、探测线圈中任一种。
上述图中，位移信号器4的作用是记录本发明磁探伤装置相对于被测物体1移动的距离，以此确定在被测物体1所发现的缺陷的位置。计算机3的作用一方面接收和处理由磁传感器2送入的电信号，另一方面接收和处理由位移信号器4送入的位移信号，将两者综合处理，得到和记录被测物体1中缺陷的大小和位置，并在屏幕上显示出来。微动力装置7的作用是驱动整个磁探伤装置相对于被测物体1移动的动力。另外，为了使整个磁探伤装置在管状形的被测物体内顺利移动，其装置设计成两头为锥体的圆柱体型。
采用本发明所述的磁探伤装置对被测物体进行缺陷探测的过程如下：
测量时，如探测深埋地下的输油管线钢管缺陷时，首先将本发明磁探伤装置从管线的高压(油压)端放入管线的钢管中。利用压差，或者利用微动力装置7，使整个装置在管线内移动，此时，装置中磁传感器2的轭铁11与被测钢管壁1形成磁回路，由于永磁体12作为磁化源，发出磁力线，磁化源将被测物体磁化，即磁力线也通过被测钢管的管壁，形成磁回路。当钢管内部存在缺陷时，由于缺陷处的导磁率远比无缺陷处小，使磁力线产生弯曲，因此在缺陷处有磁力线泄漏出，通过探头14的探测，即可检测出缺陷处漏磁场大小的信号，随之将此磁信号转换成电信号，并输入计算机3，确定缺陷的大小，同时，通过位移信号器4将位移信号也输入计算机3，由此确定缺陷的位置。
由图2、图3和图4可看出，本发明磁探伤装置在管状被测物体内工作时，整个装置的外径与钢管管壁之间存在空气隙16，该空气隙的存在，影响对被测钢管管壁的磁化程度，因此，空气隙16应尽量小，最好为零。但是，由于整个磁探伤装置要相对于钢管管壁移动，需有一定的空隙。为了既保证对被测钢管管壁内磁化程度无大影响，又能使整个装置顺利地在管内移动，整个装置的外壁与被测钢管管壁之间的空气隙16≤5mm。
另外，为了适用于不同管径的管线钢管内缺陷的探测，本发明可设计成不同外直径的系列磁探伤装置。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、既能探测板状物体的缺陷，又能探测管状体内的缺陷，特别是能探测深埋地下的各种不同输油、输气等管线管材内部的缺陷。
2、可检测被测物体内各种缺陷，如夹杂、气泡、孔隙孔洞等。
3、可实施在线检测。
实施例
采用本发明所述的磁探伤装置对一钢管进行探伤。钢管的材质为A3钢。该钢管的内径Φ500mm，管长3000mm，管壁厚4mm，在该钢管的管壁内的轴向方向的不同位置处用钻头打成以下各种尺寸的盲孔，作为人造缺陷，其尺寸为：直径分别为Φ2、Φ3、Φ4、Φ5mm，每一个直径下又有深孔h为1、2、3mm三种，它们排列在一条平行钢管轴线方向上的管壁的直线上，一共有12个人造缺陷。即：
Φ2×1 Φ2×2 Φ2×3
Φ3×1 Φ3×2 Φ3×3
Φ4×1 Φ4×2 Φ4×3
Φ5×1 Φ5×2 Φ5×3
首先将本发明磁探伤装置放入该钢管管内的一个端部，然后采用人工推动的方法，将该装置从钢管的一端推向另一端，与此同时，启动该装置，使装置的移动与测试同步进行。首先测出缺陷处漏磁的电信号然后经模数转换进入计算机进行数据处理。最后可以从装置内的计算机的内存数据中显示测试结果。如图6、图7和表1所示。图6为缺陷尺寸与漏磁场(By)大小的关系，图中横坐标代表缺陷的深度(mm)纵坐标代表漏磁场By(G)，a、b、c、d四条曲线分别代表直径为Φ2、Φ3、Φ4、Φ5mm的测试结果。图7为缺陷的大小与漏磁场大小和缺陷位置的关系曲线。图中，横坐标为位移距离(mm)，纵坐标为漏磁场强度。
由测试结果看出，本发明磁探伤装置能够准确地探测管线中钢管内存在的缺陷大小和位置。
表1 实施例中缺陷尺寸(mm)与漏磁场By(G)的关系
| 缺陷直径mm | φ1 | φ3 | φ4 | φ5 | ||||||||
| 缺陷深度mm | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 漏磁场By(G) | 1.75 | 3.00 | 3.50 | 2.00 | 5.00 | 10.50 | 3.50 | 8.00 | 15.00 | 5.25 | 12.00 | 18.25 |
Claims (4)
1、一种磁探伤装置，其特征在于：
[1]、该装置由磁传感器(2)、位移信号器(4)、计算机(3)、支撑轮(5)、万向节(6)和微动力装置(7)组成；磁传感器(2)通过万向节(6)与计算机(3)相连，支撑轮(5)与位移信号器(4)相连，位移信号器(4)直接与计算机(3)相连，微动力装置(7)位于地后端部；
[2]、磁传感器(2)由轭铁(11)、永磁体(12)、探头(14)和支撑杆(15)组成；永磁体(12)为圆状，镶嵌在轭铁(11)两端的园盘体中间，探头(14)通过支撑杆(15)固定在轭铁(11)中间的园柱体上；
[3]、永磁体(12)为磁化源。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于轭铁(11)的两端为圆盘体，中间为圆柱体。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于永磁体(12)可为AlNiCo、Fe-Cr-Co、Cu-Ni-Fe、R-Co、Nd-Fe-B和铁氧体中任一种。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于探头(14)可选择霍尔元件、磁敏元件、磁通门、探测线圈中任一种。
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