【摘要】：作為一種高效、可靠的無損檢測(cè)方法,漏磁檢測(cè)在鐵磁性材料的檢測(cè)中占有最主要的地位。鋼管在出廠前都需要進(jìn)行全面探傷以保證其在后續(xù)使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)安全隱患,其高速檢測(cè)基本都采用漏磁方法。目前鋼管生產(chǎn)節(jié)奏和速度越來越快,因此有必要研究影響高速漏磁檢測(cè)信號(hào)的因素,進(jìn)而去消除這一影響,實(shí)現(xiàn)更高速度的漏磁檢測(cè)。通過麥克斯韋方程組等電磁學(xué)理論構(gòu)建了動(dòng)生渦流的控制方程,研究了兩種類型的鋼管磁化方式(穿過式線圈磁化、磁極式磁化)產(chǎn)生的動(dòng)生渦流分布,分別在磁化器和鋼管兩個(gè)參考系中闡明了動(dòng)生渦流的表現(xiàn)形式。理論分析和仿真結(jié)果表明：在穿過式線圈磁化方式中,管壁中的渦流主要集中在線圈邊緣處；在磁極式磁化方式中,管壁內(nèi)的渦流主要集中在磁極正下方。由于鋼管自感的存在,在兩種磁化方式中,渦流都會(huì)向鋼管運(yùn)動(dòng)方向擴(kuò)散至檢測(cè)探頭下方,并且渦流強(qiáng)度隨速度的增大而增大。在磁化器坐標(biāo)系下研究發(fā)現(xiàn),動(dòng)生渦流對(duì)鋼管漏磁檢測(cè)信號(hào)的影響主要分為兩方面：一方面是渦流導(dǎo)致鋼管內(nèi)磁場(chǎng)分布的變化；另一方面是渦流受裂紋阻礙產(chǎn)生擾動(dòng)磁場(chǎng)。在檢測(cè)鋼管周向裂紋時(shí),動(dòng)生渦流導(dǎo)致鋼管管壁外層磁場(chǎng)增大而內(nèi)層磁場(chǎng)減小,從而使外壁裂紋信號(hào)增大而內(nèi)壁裂紋信號(hào)減小,但當(dāng)磁化逐漸加強(qiáng)到強(qiáng)飽和磁化條件時(shí),渦流擾動(dòng)場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位,導(dǎo)致內(nèi)壁、外壁裂紋信號(hào)的減小。在檢測(cè)鋼管軸向裂紋時(shí),在鋼管旋離磁極且偏離磁極中心線45°位置處,渦流導(dǎo)致管壁外層磁場(chǎng)增大而內(nèi)層磁場(chǎng)減小,進(jìn)而導(dǎo)致外壁裂紋信號(hào)增大而內(nèi)壁裂紋信號(hào)減��；而在鋼管旋向磁極且偏離磁極中心線45°位置處,管壁內(nèi)的渦流較弱,對(duì)檢測(cè)信號(hào)影響較��；在偏離磁極中心線90°位置處,管壁內(nèi)渦流同樣較弱,對(duì)檢測(cè)信號(hào)影響較小。在鋼管坐標(biāo)系下進(jìn)行研究,將鋼管在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的空間域問題轉(zhuǎn)換為鋼管經(jīng)歷一個(gè)變化磁場(chǎng)的時(shí)間域問題,由麥克斯韋方程出發(fā),推導(dǎo)了外磁場(chǎng)突變時(shí)鋼管內(nèi)部磁場(chǎng)的變化過程,計(jì)算了磁場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間,從磁化滯后的角度說明了速度對(duì)漏磁檢測(cè)的影響,并基于計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得到的磁化滯后時(shí)間,提出了一種消除高速檢測(cè)中動(dòng)生渦流影響的方法。最后,提出一種基于動(dòng)生渦流的電磁無損檢測(cè)新方法,金屬導(dǎo)體穿過直流磁化線圈時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生渦流,若存在缺陷則會(huì)對(duì)該渦流產(chǎn)生擾動(dòng),通過磁場(chǎng)傳感器拾取磁場(chǎng)擾動(dòng)信號(hào)則可對(duì)缺陷進(jìn)行探測(cè)。理論分析了該方法的可行性,并通過仿真和實(shí)驗(yàn)提取了檢測(cè)信號(hào),最后對(duì)該方法的檢測(cè)特性進(jìn)行了研究,得到傳感器位置、檢測(cè)速度、材料屬性等參數(shù)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響。
【圖文】：

動(dòng)生鍋流問題考慮的是磁源和導(dǎo)體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在導(dǎo)體中引起的鍋流，相對(duì)逡逑運(yùn)動(dòng)中就必然牽涉到參考系選擇的問題。逡逑漏磁檢測(cè)中，兩種典型的動(dòng)生鍋流模型如圖２．１所示。一種是穿過式磁化模型，逡逑如鋼管探傷中的穿過式線圈磁化；一種是磁極式磁化模型，如鋼板漏磁檢測(cè)中的磁逡逑巧式磁化。逡逑Ｙ逡逑（ａ）

２．４穿過式線巧謀化時(shí)鋼管內(nèi)巧流分布逡逑２．４．１理論分析逡逑穿過式線圈如圖２．３所示。電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)可ＬN(yùn)B適過Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律計(jì)算，線逡逑面產(chǎn)生的總磁場(chǎng)可對(duì)各電流元積分得到。圖２．３給出了線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)分布的示意逡逑圖，線圈內(nèi)部磁場(chǎng)主要沿軸線方向，，在線圈邊緣處磁場(chǎng)開始向四周擴(kuò)散。逡逑
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG115.28

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本文編號(hào)：2556571