磁记忆检测原理及应用

・应用技术・　长安科技２００６年第１２卷第２期　

一种崭新的金属诊断技术—＿＿磁记忆检测技术　

一工厂西检站陈军　

【摘要】介绍金属磁记忆检测技术的检测原理、与常规无损检测方法的区别、适用现状、应用　范围，指出磁记忆检测技术作为金属早期诊断的检测技术必将在工业生产中得到广泛推广普及。　主题词：磁记忆无损检测应力集中早期诊断检测技术　

１　引言　

随着现代工业和科学技术的发展，无损　检测技术的重要性越来越被各个部门所重　视。在工业生产和工程建设中多次发生的爆　炸、断裂等事故对无损检测新技术的开发提　出了迫切要求。近年来，随着电磁理论的不　断发展，测量工艺和测量精度的不断提高，　电磁无损检测技术得到了较快发展。２０世纪　９０年代后期，以杜波夫教授为代表的俄罗斯　学者率先提出一种崭新的金属诊断技　术——金属磁记忆检测（Ｍｅｔａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｍｏｒｙ　ｔｅｓｔｉｎｇ）。该方法是利用铁磁材料的磁　弹性和磁机械效应，通过载体与地磁场共同　作用下产生的磁记忆现象的检测来确定构　件表面或近表面的应力集中部位，可以准确　可靠地探测铁磁构件上以应力集中区为特　征的危险部位，是对金属构件进行早期诊断　唯一行之有效的无损检测方法。　

２磁记忆检测原理　

磁记忆检测的物理基础包括：金属天然　磁化条件下组织和机械强度不均匀造成的　漏磁场效应；应力集中区中位壁上磁畴边界　的固锁效应；磁弹性效应和磁机械效应。　常规的漏磁检测方法（如磁粉检测）是　利用探测铁磁材料表面或近表面缺陷在外　

４２　部强磁场的作用下产生的漏磁场来检测缺　陷。可见，依赖外部激励磁场是这一方法的　主要特点。现代材料科学和铁磁学研究证　明，铁磁工件在运行时受工作载荷的作用，　材料内部磁畴的取向会发生变化，并在地磁　环境中表现为应力集中部位的局部磁场异　常，亦形成所谓的“漏磁场”，并在工作载荷　消除后仍然保留，这就是磁记忆检测技术的　物理基础。　金属磁记忆检测技术是通过检测工件　外部漏磁场的状况来判断工件自身的应力　集中情况，从而能得到对被测工件的工作寿　命等情况的正确评估。　磁记忆检测原理可以由拉伸试验中得　到验证。在拉力压力试验机上，测量试件表　面沿轴线漏磁场Ｈｐ（ｙ）的分布，如图１（ａ）所　示，其中Ｈｐ（ｙ）＝０处表示试验开始前的应力　集中线，此后，在对试样加上和应力集中线　垂直的负荷Ｐ的情况下做拉力试验，直至试　样断裂。从图１（ｂ）可见，该试样的断裂正好　出现在应力集中线处［Ｈｐ（ｙ）－０］。　铁磁体在应力的作用下具有磁弹性效　应早已为铁磁学的研究所证实。磁记忆检测　最重要的贡献在于只需要通过铁制工件表　面的漏磁场法向分量Ｈｐ（ｙ）的测量就能确定　工件上应力集中区域。　那为什么会存在Ｈｐ（ｙ）

技术研究

86 2019年第6期

塔河油田是我国第一个古生界海相亿吨级大油田，地处塔里木河上中游胡杨林生态保护区。管输介质具有 “五高一低”强腐蚀性特点，集输工况高温、高压，随着开发历程延伸，腐蚀问题成为制约安全环保、经济高效的瓶颈。集输管道沿线自然环境和社会环境复杂、人文素质差异大，给集输管道防腐技术带来了新的挑战。随着油田开发历程延伸，提高采收率注水、注气措施的实施，溶解氧的介入，集输管道服役年限增加，腐蚀历经孕育期、发展期，进入高发期，集输管道在强腐蚀环境下服役，腐蚀失效问题突显，对油田的安全环保生产构成了巨大威胁，腐蚀穿孔油气泄漏易造成管道周围环境污染，特别是管输介质中高H2S逸散，易带来周边人员中毒的隐患风险，同时管道频繁穿孔导致抢维修工程量增大、治污工作量增加，各类经济损失大幅上升，腐蚀问题已成为油田发展和社会稳定的瓶颈问题，因此提前发现腐蚀、有效防治腐蚀、满足安全环保要求，是埋地金属集输管道防腐的关键。塔河油田埋地金属管道腐蚀主要为内壁点蚀，常规检测技术主要为低频导波、C扫描等技术，主要为局部检测技术，目前的开挖检测技术只是针对埋地金属管道某段或局部区域进行腐蚀详测，无法全面整体掌握腐蚀状况，检测效率低，5km/天，且对管线本体有损伤，检测费用较高，因此无法进行大规模的推广应用。因此，亟待开展埋地金属管道非开挖检测技术研究及应用，能够快速、准确、经济及全面的实现管道腐蚀风险识别，为腐蚀治理提供依据，通过调研及文献查阅，针对塔河油田尚未开展埋地金属管道非开挖检测的技术应用及研究，也未建立油田腐蚀风险评价方法，通过引进非开挖磁记忆检测技术研究，建立风险指标及评级方法，开展高风险埋地管道现场应用及验证，提高腐蚀风险预警能力。1 非开挖磁记忆检测技术分析非开挖检测技术是利用埋地金属管道地磁记忆原理，处于地磁环境下的铁制物件受工作载荷的作用时，其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的重新取向，并在应力与变形集中区形成最大的磁场变化，即测量磁场切向分量最大值，法向分量过零值，即为应力集中的缺陷。携带设备检测，每天可检测15km，检测最小缺陷分辨率达到5%的壁厚损失，检测管径涉及DN50~DN1000，具有质量轻、分辨率高、非开挖、无需剥离防腐层的特点，通过数据处理、信号分析，得出管道本体缺陷风险及等级。目前，埋地金属管道腐蚀主要以内腐蚀为主、点蚀为主，单纯应用一种技术无法满足对缺陷精准定位和修复需要。以磁记忆检测为主的电磁非开挖检测是管道检测技术的发展方向，处于快速发展阶段。通过比选，管道非开挖检测技术具有检测效率高，15km/天；检测全面，能够覆盖整条管线；检测费用低，较常规开挖检测下降50%等优势，目前已在国非开挖磁记忆检测技术应用研究杨春海1 张江江2 曾文广21.中国石化销售股份有限公司新疆乌鲁木齐石油分公司 新疆 乌鲁木齐 8300112 .中国石油化工股份有限公司西北油田分公司石油工程技术研究院 新疆 乌鲁木齐 830011摘要：由腐蚀引发的安全及环保风险较高、后果严重，为了提高腐蚀风险预警能力，利用管道本体缺陷地球磁场畸变原理，引进操作简便、效率高、费用低的非开挖磁记忆检测技术，并针对高风险管道开展现场检测，结合管道工况、实际敷设海拔高程变化、风险参数计算，进行腐蚀风险评级及缺陷定位，现场开挖检测及断管验证与非开挖检测结果吻合。非开挖磁记忆检测技术解决了常规检测技术开挖工作量大、费用高及检测不全面的问题，检测效率提高5倍，检测成本降低50%，通过对缺陷提前治理，节约了穿孔形成的治污费及油气损失，该技术在精准防腐等方面具有较好的应用前景。关键词：非开挖 磁记忆 腐蚀检测 风险评价Application of trenchless magnetic memory testing technologyYang Chunhai1，Zhang Jiangjiang2，Zeng Wenguang21. Sinopec Sales Co.，Ltd. Xinjiang Urumqi Petroleum Branch，Xinjiang，Urumqi 830011Abstract：The risk of safety and environmental protection caused by corrosion is high and the consequences are great.In order to improve the early warning ability of corrosion risk，the geomagnetic field distortion principle of pipeline body defect is used.Introduce trenchless magnetic memory testing technology with simple operation，high efficiency and low cost，and carry out on-site testing for high-risk pipelines.Corrosion risk rating and defect location are carried out according to pipeline working conditions，elevation variation of actual laying and calculation of risk parameters.Field excavation detection and pipe breakage verification coincide with trenchless test results.The trenchless magnetic memory testing technology solves the problems of large excavation workload，high cost and incomplete detection of conventional testing technology.The detection efficiency is increased by five times and the cost is reduced by 50%. The defects are treated in advance.It saves the cost of pollution control and oil and gas loss caused by perforation，and has a good application prospect in precise anticorrosion and other aspects.Keywords：Trenchless；Magnetic memory；Corrosion detection；risk evaluation

技术创新　

记．ｊ乙检测方涪的应用　口中国石油天然气管道局　范向红　那晶　摘　要：金属磁记忆检测方法是通过检测铁碰制件的磁场分布情况来诊断和预防压力容器、管道等设备　未来缺陷和危险因素的一种新方法。此方法在诊断和核查隐性缺陷方面具有得天独厚的优势，在油罐检测中得　到了很好的应用。　关键词：磁记忆应力　缺陷检测　随着世界各国工业化进程的加快，人们对工业设备　的安全性越来越关注，各种检测安全性的设备和技术应　运而生，且得到快速发展，无损检测技术就是其中之一。　无损检测技术主要有ｘ射线探伤、超声波探伤、磁粉探　伤、液体渗透、应力探伤以及目前比较先进的金属磁记　忆检测等方法。在确定管路、设备和结构的应力变形状　态时，目前获得日益广泛应用的方法是金属磁记忆法。它　集中了非破坏检测、断裂力学和金属学的潜在能力。　一、金属磁记忆方法　金属磁记忆检测技术是无损检测领域的一项新技术，　它不同于其他常规无损检测方法的独特之处在于能对铁　磁金属构件的应力集中、失效、损伤等进行快速、准确　的早期诊断，以防止设备发生突发性的疲劳破坏。　该方法的原理是利用铁磁制件在应力和变形集中区　域内产生的磁状态不可逆变化特性（即这种状态在工作　载荷消除后仍然存在）对铁磁制件的状态进行诊断。专　门的研究表明：在铁磁制件承受拉伸、压缩、扭转和周　５２　石油科技论坛　２００７．２　期性载荷时，发生的剩余磁性变化都与最大作用应力有　关系，通过对磁场的分布状态进行分析，模拟应力状况，　可以诊断出制件的未来缺陷。　利用传统的无损检测方法无法解决设备突发的疲劳　破坏问题，因为这些方法的目的均是寻找已经发生和发　展的缺陷，而金属磁记忆检测法则是通过对设备的早期　诊断来确定出可能或将要发生的问题。金属磁记忆的基　本任务，就是在检测对象上确定出以应力集中区为标志　的最危险的区段和部件，然后在应力集中区采用超声波　探伤等方法确定具体的缺陷存在。　金属磁记忆检测方法能够同时完成两项实际任务：　一是评估焊接接头应力变形状况，并找出残余应力　集中区（ＳＣＺ）损伤发展的主要根源。　二是减少传统性检测方法（如超声、ｘ射线等）的工　作量，并提高焊接接头无损检测的效率。　对于接触点焊、管子接触焊、丁字焊角焊、小厚度焊　接接头（６ｒａｍ以下）、三通式焊接接头等型式的焊接接　

・ｌ８・　科技论坛　

金属磁记忆检测技术在特种设备中的应用　

刘宏宇　

（贵州省特种设备检验所，贵州贵阳５５０００１）　，　摘要：对在役的工程机械构件、承压设备进行应力分析，以及各种宏观、微观的缺陷的检测与判别，一直是无损检测领域中的重点。　

本文通过使用金属磁记忆检测技术用于特种设备压力容器中，发现其可以预测缺陷，且判别方便，是一种方便有效的无损检测手段。　关键词：金属磁记忆；检测；特种设备　

随着经济的陕速发展，特种设备越来越多被用于工业生产中，特种设　

备就是涉及生命安全、危险眭大的承医　备（如压力容器、锅炉、压力管　道等）、常规应用的电梯、起重设施等以及各种大型游乐设施。这些结构复　

杂、焊接部分多，工作ｎ，－ｌｌ￣３长，容易产生—定的应力集中。众所周知，设备的　

失效部位主要发生在各种机械应力集中作用的区域，因为在材料的疲劳、　蠕变以及腐蚀经常在这些部位发生。因此，金属器件缺陷形成和发展的根　

本原因是在其应力集中区域。其内部的应力产生与它的加工工艺（焊接、　机加工、热处理锻造等）密切相关。尽管人们已经认识到对特种设备进行　

全面｝佥测的必要性，但在实践中完成这项任务需要耗费大量时间以及人　力、物力和财力。因此，传统的无损检测方法　声波，ｘ射线，磁粉探伤等）由　于其操作的复杂陛，如要求对被测表面和检测对象进行　

清理，人工磁化，贴附传感器等，在检’坝５大型设备和大长　度结构件时受到严重限制。　

检测技术—金属磁｝己　０，该方法无需对被涣４对象表　面进行专门处理，无需专门的磁化装置。该方法可以快　

速在线检测各类的特种设备的应力，具有广阔的应用前　景。　、　

磁记忆检测工件的原理：即铁磁工件受到工作载荷　（ａ）表面漏磁场的形成　（ｂ）漏磁场的分量　

图１金属磁记忆检测技术原理　

：　些　蹩　登，　磁　；以及漏图２现场的压力容器焊缝编号　磁场分量的检测来判断应力集中线

。具体见图１。　……　＿ｌ　…　一～　～　

金属磁ｉ　乙方法的独到之处在于币『Ｊ用工作载荷下形成的使错稳定的　３２‘检　４结