管道弱磁应力内检测装置的设计与应用

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1、文章编号：1000-8241（2015）××-0×××-0×管道弱磁应力内检测装置的设计与应用伍奕荣军中国石油西部管道公司工程项目管理部，新疆乌鲁木齐830001摘要：新建管道的应力检测是保障其长期稳定运行的有力保障，传统内检测方法只能检测出管道已经产生的腐蚀和缺陷，无法检测出应力集中区域。为此，应用弱磁检测理论，基于数据采集系统、传感器及采集定位系统、变形检测系统、视觉检测系统、机械结构等的设计，完成了管道弱磁内检测装置的设计制造。该装置利用自主爬行装置，携带弱磁检测视觉记录装置，将变形检测、弱磁检测，视觉分析检测3种检测方法相结合，可以准确检测出

2、新投产管道的缺陷应力集中区域，针对管道打压前后的变化状况，实现对新建管道事故的提前预防。关键词：管道；弱磁；内应力；检测中图分类号：TP277文献标识码：Adoi：网络出版时间：2015-03-2009:21网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1093.TE.20150320.0921.005.html新建管道采用高等级钢焊接工艺，焊接产生的热应力是传统检测手段无法检测出来的。同时，进行新管道打压试验后，热应力得到释放，但会产生新应力。新应力是管道应力腐蚀区域和延时裂纹爆裂区域发生破裂的主要原因。因此，

3、对新建管道进行应力检测是保障新建管道长期稳定运行的有力保障。传统的管[1-12]道内检测方法只能检测出已经产生的腐蚀及缺陷，无法检测出管道的应力集中区域。弱磁检测可以利用铁磁性金属自有漏磁场进行应力分布检测，应力集中区一般情况下对应于微观缺陷区，将现有缺陷形成后的管道内检测转化为没有形成体积缺陷下的事故预报检测，是管道内检测技术领域的重大创新。管道弱磁内检测装置应用弱磁检测理论，利用自主爬行装置，携带弱磁检测视觉记录装置，将变形检测、弱磁检测，视觉分析检测3种检测方法相结合，可以准确检测出新投产管道的缺陷应力集中区域，针对管道打压前后的变化状况，实现

4、对新建管道事故的提前预防。管道应力弱磁内检测技术基于磁记忆检测原理完成管道内表面应力的分布检测，国内外均未见相关报道。1弱磁检测原理外加磁场后，各磁畴的自发磁化均转向外磁场方向，产生宏观磁致伸缩效应（图1、图2）。如果晶体沿自发磁化方向的变形是伸长的，则材料在外加磁场方向将伸长（图2b），反之，材料在外加磁场方向将缩短（图2c）。（a）退磁状态（b）饱和状态图1磁致伸缩效应示意图图2应力作用下磁致伸缩效应示意图若对铁磁材料施加外力，则将影响铁磁材料磁畴结构磁矩的排列和方向，从而使磁特性发生变化。当拉应力作用于正磁致伸缩的铁磁材料时，沿着拉应力方向的磁

5、化强度增大；当铁磁材料受压应力作用时，沿着压应力方向的磁化强度减小。应力使铁磁材料产生逆磁致伸缩效应。处于地磁环境下的铁制试件受工作载荷的作用，内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，并在应力集中区形成漏磁场磁场强度的变化。只要存在应力分布，就会有弱磁信号产生，因此，弱磁探头可以检测到所有的应力分布区域，包括热应力、缺陷应力、裂纹应力等。目前应力检测采取对比方法，即对同一管道进行两次检测，打压前对管道进行一次弱磁检测，打压后对管道再次进行弱磁检测，将两次检测结果进行对比，正常情况下原有应力在打压后会得到释放，如果原有应力信号得到增

6、强，或产生新的应力信号，证明此区域为危险管段，应该进一步分析。2弱磁检测试验验证2.1应力集中区域检测试验对测试试件进行应力集中区域检测试验（图3），结果表明：试件在受到应力发生变形后，其应力将在水平和垂直方向发生不同的变化（图4图6）。图3测试试件形状和折叠方式图4无应力试件表面磁场强度图5应力试件①表面漏磁场强度图6应力试件②表面漏磁场强度2.2弱磁内检测管道打压试验2.2.1实验室试验在沈阳工业大学试验场选用一根426×T.Q235的螺旋管，两侧焊接封头，在管道轴向制作12条标记线，沿线测量弱磁信号，用水压机进行打压试验，并监测p-V曲线，

7、在试验过程中每上升2MPa，测试一次弱磁信号。在0MPa、2MPa、4MPa、6MPa压力下，弱磁信号可见螺旋焊缝信号，无应力集中区域信号，弱磁信号出现基值信号平均变化区域，在8MPa、10MPa压力下，焊缝弱磁信号明显下降，并出现小范围的弱磁信号集中区域，且信号区域在打压过程中有所位移，区域范围在直径100mm左右。继续升压至11.5MPa时，p-V图出现拐点，打入水容量超过0.2%时，停止加压。管道距密封头3m位置4点方向发现面积为300mm×300mm的弱磁信号集中区域，信号幅度变化量为25%，经判断为一塑性变形区域，泄压后重新测量，这一区域的

8、弱磁信号仍存在，信号范围和量值变化在10%以内。2.2.2水压爆破试验将应力集中区域信号明显的管段进行截管，