基于磁屏蔽技術的鉆桿漏磁無損檢測方法

1、利用磁屏蔽效應改善鉆桿漏磁探傷信號信噪比馬義來，林立，宋強（中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院 北京 102249）摘要：漏磁檢測技術被認為是一種高效率的無損檢測方法，已被廣泛應用于油田鉆桿的檢測。本文電磁有限元分析表明，有磁屏蔽器存在時鉆桿漏磁信號將明顯集中分布于缺陷附近，此時永磁體元件之間通過空氣介質耦合的背景磁通會大大降低。鉆桿實物漏磁測試證實了這一分析結果，配有磁屏蔽器的探頭可明顯提高漏磁信號信噪比，對提高缺陷漏磁識別率具有

2、重要價值。關鍵詞：磁屏蔽；漏磁；無損檢測；有限元分析Improve SNR of Drill Pipe Leakage Flux Testing Signals by Using Magnetic Shielding EffectMA Yi-lai, LIN Li, SONG Qiang(College of Mechanical and Transportation Engineering in China University of

3、 Petroleum, Beijing 102249)Abstract Abstract：Magnetic flux leakage (MFL) technique is generally considered to be an efficient and effective non-destructive testing (NDT) method and has been widely used in the oil field i

4、nspection industry for the examination of drill pipe. Electromagnetic finite element analysis shows that pipe magnetic flux leakage signals are centralized near defects obviously when the magnetic shielding exists. At th

5、is time, the background magnetic flux between permanent magnet components coupling through the air medium will be reduced greatly. Drill pipe magnetic flux leakage testing confirms the analysis results, and the probe wit

6、h magnetic shielding device can improve SNR of the magnetic flux leakage signals obviously. Thus, it is helpful to improve pipe leakage flux testing sensitivity.Key Key words words：Magnetic shielding; Magnetic flux leaka

7、ge(MFL); Nondestructive testing(NDT); Finite element analysis(FEA)0.引言鉆機井口部位是 II 級防爆區(qū)域，基于交流勵磁原理的鉆桿漏磁探傷成熟技術難以在此發(fā)揮作用。為此中國石油大學開發(fā)了基于永磁鐵勵磁原理的井口在線探傷技術，在一定程度上解決了超深鉆井、海上鉆井等工況下鉆桿難以及時探傷的問題[1]。然而由于永磁鐵產(chǎn)生的鉆桿磁飽和強度有限，漏磁檢測中的信號信噪比過低，致使缺陷

8、識別效果較差。本文采用理論與實驗相結合的辦法對漏磁信號信噪比過低的原因進行了分析，并采用磁屏蔽原理對漏磁傳感器進行了結構優(yōu)化，改善了漏磁檢測精度。1.鉆桿漏磁檢測 1漏磁檢測技術是從磁粉檢測技術發(fā)展起來的，利用磁現(xiàn)象來檢測鐵磁性材料工件表面1作者簡介 作者簡介：馬義來（1987-） ，博士，中國石油大學（北京）在讀研究生，主要從事鉆桿漏磁無損檢測方面的研究。E-mail：chantal1314@163.com。在漏磁模型中需要定義空氣、

9、磁鐵、磁軛和鉆桿材料的屬性[5]。（1）空氣 其磁特性是線性的，定義相對磁導率為 1。（2）鉆桿 其材料特性要根據(jù)所選用的管材確定，常用的鉆桿材料有 Q235，X52，X60和 X70 等多種牌號，試驗模型選用常用的 X52 號鋼。（3）磁軛 采用高磁導率的低碳鋼，選 St37。（4）磁鐵 永磁鐵是通過磁矯頑力矢量和退磁 B-H 曲線描述的，不僅要給出磁特性曲線，而且要給出它的磁化方向。大多數(shù)漏磁檢測中選用的都是剩磁、矯頑力、靜態(tài)最大磁

10、能積具有最優(yōu)值的永磁材料 Nd-Fe-B 型磁鐵作為勵磁裝置。本試驗選用釹鐵硼永磁體，型號為 N38。求解得到空氣耦合磁場和缺陷漏磁場的 ANSYS 仿真圖如圖 3 所示。圖 3 空間耦合磁場的分布從圖 3 中可以看出,大部分磁力線通過了磁體、磁軛、管道組成的主磁路。同時磁極附近有部分磁力線從管壁漏出通過空氣形成回路，構成空氣耦合磁場。在缺陷附近,有部分磁力線透出管壁上下表面，即所要測得漏磁場。由圖中可見，永磁體之間的空氣耦合磁場強度較

11、大。由于此處恰為漏磁信號傳感器的安裝位置，故空氣耦合磁場將與漏磁場的信號一同進入傳感器中，而傳感器在較強的背景磁場中的抖動時易于形成磁噪聲，從而將降低缺陷信號的信噪比及其檢測靈敏度。3.磁屏蔽結構的設計如能把干擾磁場屏蔽掉將對缺陷信號的拾取及提高漏磁檢測缺陷的信噪比具有重要意義。所謂磁屏蔽，就是利用金屬板或金屬網(wǎng)將發(fā)射源限定在某個范圍之內，使之不向外擴散，其目的就是要設法使某一空間不受外界磁場干擾。漏磁場的測量最易受到外界磁場的干擾，采

12、用磁屏蔽技術后可以減弱外界雜散磁場的影響。有別于傳統(tǒng)漏磁檢測方法，采用磁屏蔽技術的漏磁檢測方法的特點：人為地清除較強的背景磁場，讓被磁化的待檢測導磁構件體內的磁通在缺陷處無反向磁壓最大化地泄漏到所創(chuàng)造的磁真空區(qū)域，形成最大化的缺陷漏磁場；同時，將磁敏元件布置于該磁屏蔽區(qū)域內，拾取該最大化的缺陷泄漏場。本文基于減小磁敏元件的外磁場干擾影響的目的，設計了 U 型磁屏蔽器，將兩永磁體之間的干擾磁場屏蔽。磁屏蔽結構主要作用是引導永磁體側面磁場通