钢管整体关联消磁技术.pdf

收稿日期 2002202226;修改日期 2002205209 作者简介徐明亮1973- ,男,安徽宣城人,合肥工业大学硕士生; 何辅云1949- ,男,安徽巢湖人,合肥工业大学研究员,硕士生导师. 第25卷第4期合 肥 工 业 大 学 学 报自然科学版Vol . 25 No. 4 2002年8月JOURNAL OF HEFE IUN I V ERSITY OF TECHNOLOGYA ug. 2002 钢管整体关联消磁技术 徐明亮, 何辅云, 张 勇, 陈礼娟 合肥工业大学 计算机与信息学院,安徽 合肥 230009 摘 要在钢管无损检测中,常常利用钢管的磁异常现象进行缺陷检测。检测前,首先对钢管磁化,然后再进行检测,但是,磁 化后的钢管会有剩磁,这种剩磁不但给后继加工如螺纹加工、 焊接、 安装及使用造成不便,也会影响仪器设备的正常工作, 所以,检测后的钢管必须进行消磁处理。常规消磁技术效果差,不能满足实际需要,故提出一种新的消磁技术,即整体关联消 磁技术,该技术把消磁与磁化统一起来,利用磁体的特性与磁感应强度的矢量特性进行消磁,实际使用证明,该技术设备简 单、 功耗低,消磁效果好。 关键词钢管整体消磁技术;钢管无损检测;剩磁 中图分类号 TM 14 文献标识码 A 文章编号 10032506020020420528203 Techn ique of integral and related demagnetizing of steel tubes XU M ing2liang, HE Fu2yun, ZHAN G Yong, CHEN L i2juan School of Computer and Ination, HefeiU niversity of Technology, Hefei 230009, China Abstract In the steel tube nondestructive inspection by using magnetic technique, the steel tube needs to be magnetized, thus the magnetized steel tube has remanence.This remanence w ill influence the subsequent processing and installation of the tube, the instruments′precision and the normal working of the equipment. So the inspected steel tube needs to be demagnetized. But the common demagnetiza2 tion technique does not work w ell .In this paper, the integral and related demagnetizing technique is proposed.This technique is based on vectorial resultant of magnetic induction, and the original disor2 der state of magnetic domain need not be restored, so the magnetizing and demagnetizing course of the steel tube is consolidated.Practical application of the technique proves that the equipment is si mple, the pow er consumption is low , and the demagnetization result is satisfying. Key words the technique of integral demagnetizing of steel tubes; nondestructive inspection; rema2 nence 在钢管无损检测中,常常利用钢管的磁异常现象进行缺陷检测 [1, 2]。检测前, 首先对钢管磁化,然后 再进行检测。 但是,磁化后的钢管就会有剩磁,这种剩磁不但给后继加工如螺纹加工、 安装及使用造成 不便,也会影响仪器设备的正常工作,所以,检测后的钢管必须进行消磁处理。 常规的消磁方法有2种,一种是采用衰减的振荡磁场来进行消磁,这种方法对于大工件很不方便, 而且振荡频率无法达到实际需要,消磁效果也不能达到实际要求,消磁后的钢管仍然有较大的剩磁;另 外一种是采用加热方法,这种方法会影响钢管的物理特性,如硬度及韧性等 [3]。 根据实验启示,当对采用双线绕制成的螺线管通以等值反向电流时,螺线管内、 外部磁场强度为零, 故本文提出整体关联消磁技术。 该技术利用磁体特性与磁感应强度的矢量特性进行消磁,无需将钢管的 磁畴恢复为原始的无序状态来实现消磁,打破了以往的消磁理念,把磁化与消磁统一起来。 1 技术机理 整体关联消磁技术是基于磁感应强度的矢量合成特性与磁体特性的基础之上 [4], 磁感应强度的合 成遵循平行四边形法则,当2个磁场在某点磁感应强度方向相反而大小相等,则该点的合成磁感应强度 为零。 另外,磁体有南北极之分,而且磁极附近磁场最强,因此,如果能使磁极附近的磁感应强度为零,则 磁体外部各处磁感应强度也为零,至于磁体内部如何,可不必关心。 这就是所谓 “整体”,即不追求将钢管 的磁畴恢复成原始的无序状态,只要钢管整体对外不显磁性或磁性较弱即可。 如何实现磁极附近的磁感应强度为零,这就是所谓 “关联”,是指根据钢管剩磁磁场的分布特点在其 内部产生与剩磁方向反向的磁场来实现消磁,从而把消磁与磁化联系起来。 2 技术实现与验证 2. 1 钢管剩磁分析及消磁措施 如图1所示,在钢管检测时,钢管是按线圈磁场及电流方向均为假定方向被磁化,在瞬间亥姆霍 1.剩磁磁场方向 2.线圈磁场方向 3.磁化线圈 图1 钢管磁化示意图 图2 钢管内部剩磁磁场 兹线圈 [5]所覆盖的区域被磁化后, 其内部剩磁磁场方向与线圈磁 场方向一致。因此,形成一个短条形磁体,在下一时刻同样如此反 复,形成许多条形磁体,这些条形磁体异性磁极首尾相接,使钢管 成为一个大磁体,其内部磁场分布如图2所示。据此,可以在钢管 中产生一个与剩磁磁场方向反向的磁场,以实现消磁,理论上任一 段都可以,其中较简便的3种方案如图3所示。 由于钢管并非是理想的铁磁体,而且在线圈进入与离开钢管 时,造成电流变化,因此,钢管两端磁场强度并非相等,而是入端 小,出端大 [6], 所以,只在一端产生反向磁场无法使两端合成磁感 应强度同时为零。 在中间某段产生反向磁场也是可以的,但定位困 难,而且因钢管较长及总磁阻较大,以致一端产生的反向磁场对另 一端没有多大影响,对在中间某段产生反向磁场同样如此。 1.M表示钢管剩磁磁场区域 2.L表示消磁磁场区域 图3 3种消磁措施 因而实际可行的最佳方案是图 3c 所示的方案,也就是在两端产生反向磁场,使其内部磁场分布如 图 3c 所示,在钢管两端形成2个与剩磁反向的磁场,只要L、M两段磁场场强大小合适,那么在钢棒两 端合成磁场为零,由磁体特性所述,外部也为零。 925第4期 徐明亮,等钢管整体关联消磁技术 2. 2 实验结果讨论 为验证整体关联消磁技术的有效性和优越性,采用对比实验,将钢管磁化,先采用整体关联消磁技 术进行消磁,然后进行磁化,再用衰减的振荡磁场进行消磁,振荡频率为50 Hz,反复实验验证,实验结 果见表1所列。 表1 采用整体关联消磁技术进行消磁的4次实验结果10- 4T 第1次 头部尾部 第2次 头部尾部 第3次 头部尾部 第4次 头部尾部 磁化后剩磁70758195647592102 消磁后剩磁45573135 采用交流消磁时,在同样磁化条件下,消磁后剩磁不低于4210 - 4 T。由实验结果可见,在对钢管 1.传感器 2. V型轮 3.消磁线圈 4.钢管 图4 消磁系统组成 消磁时,只需要对其两端进行处理,使其产生与剩磁方向 反方向的磁场就实现消磁,并没有将磁畴恢复成原始的 无序状态来实现消磁,消磁效果明显优于交流消磁技术。 而采用交流消磁时,电能较大一部分由于涡流而损 耗掉,实际转化为磁能的较少,又由于振荡频率难以达到 理想值,因而消磁效率低,效果差。 2. 3 系统设计 为与检测线配套,实现流水作业,其设计系统如图4 所示,系统中V型轮的作用是支撑和驱动钢管。当钢管 行进至红外传感器时,红外传感器动作,将钢管的位置信 息送至控制系统,由控制系统 [6]输出消磁信号给位于钢管两端的消磁线圈, 由它们产生2个反向磁场进 行消磁。 3 结束语 由于该技术将磁化与消磁统一起来,因此无需特别的设备,功耗低、 维护简单及可靠性高。 实际使用 表明,只要系统参数选择恰当,效果明显。最优时,消磁后的钢管剩磁强度低于310 - 4 T, 它不仅适用 于各类钢管,也适用于对其它大工件进行消磁处理。 通过实验对比,说明整体关联消磁技术远远优于常规消磁方法,而且能够得到广泛应用。 [参 考 文 献] [1] 何辅云.钢管磁法高速探伤议的研制[J ].合肥工业大学学报自然科学版, 1998, 211 90- 95. [2] 何辅云.采油油管高速探伤技术的研究[J ].石油学报, 1999, 201 73- 76. [3] 无损检测学会.磁粉探伤[M ].北京机械工业出版社, 1987. 139- 143. [4] 程守洙,江之永.普通物理学[M ].北京高等教育出版社, 1985. 223- 234. [5] 内山晋.应用磁学[M ].姜恩永译.天津天津科学技术出版社, 1982. 4- 5. [6] 李翰荪.电路分析基础[M ].北京高等教育出版社, 1983. 422- 458. 责任编辑 瞿尔仁 035 合肥工业大学学报自然科学版 第25卷