【摘要】：帶金屬保護(hù)層的管道、壓力容器等承壓構(gòu)件在千萬(wàn)噸煉油、百萬(wàn)噸乙烯等大型成套裝置中大量使用,局部大面積腐蝕引起的壁厚減薄嚴(yán)重影響其安全、可靠運(yùn)行,因此,需進(jìn)行定期檢測(cè)。常規(guī)檢測(cè)方法需要拆除保護(hù)層,效率低、成本高,脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)因穿透力強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)承壓構(gòu)件不停機(jī)檢測(cè),近年來(lái)開(kāi)始廣泛應(yīng)用。然而,金屬保護(hù)層的電磁屏蔽特性不僅使脈沖渦流的檢測(cè)機(jī)理更復(fù)雜,也嚴(yán)重影響了其穿透能力和檢測(cè)性能,給傳感器研制和信號(hào)處理方法提出了挑戰(zhàn)。本學(xué)位論文圍繞帶金屬保護(hù)層構(gòu)件脈沖渦流檢測(cè)模型和方法展開(kāi)研究。首先,根據(jù)承壓設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn),通過(guò)分析構(gòu)件和保護(hù)層所在區(qū)域的磁場(chǎng)方向,改進(jìn)經(jīng)典截?cái)鄥^(qū)域展開(kāi)式法(Truncated region eigenfunction expansion,TREE),提出基于羅賓邊界條件的帶保護(hù)層構(gòu)件脈沖渦流檢測(cè)解析模型,提高了模型求解精度。其次,針對(duì)現(xiàn)有模型將構(gòu)件缺陷等效為均勻壁厚減薄,僅能獲取缺陷一維尺寸的問(wèn)題,提出含二維平底盲孔缺陷構(gòu)件(以下簡(jiǎn)稱平底盲孔構(gòu)件)脈沖渦流傳感器檢測(cè)解析模型,并求解了同軸式傳感器和非同軸Transmitter-Receiver傳感器(以下簡(jiǎn)稱TR傳感器)兩種情況下模型的解析解,解決了現(xiàn)有方法只適用于非鐵磁性材料構(gòu)件和矩形截面接收線圈TR傳感器解析解難于計(jì)算的問(wèn)題。然后,以上述模型為基礎(chǔ),從傳感器和信號(hào)處理方法兩個(gè)角度研究減小保護(hù)層電磁屏蔽特性的方法。傳感器方面,通過(guò)研究保護(hù)層的屏蔽效能分布和傳感器線圈系數(shù)特點(diǎn),分析了同軸傳感器和TR傳感器的性能,明確了根據(jù)保護(hù)層材料選取傳感器結(jié)構(gòu)的原則;信號(hào)處理方面,通過(guò)分析脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)解析解的組成,提出與保護(hù)層等干擾因素?zé)o關(guān)的特征量—基于歸一化信號(hào)相似性度量的特征量,并將其用于缺陷評(píng)估,結(jié)果表明,對(duì)于均勻壁厚減薄,其最小能檢測(cè)減薄量7.5%的缺陷,對(duì)于平底盲孔,其能有效檢測(cè)傳感器覆蓋區(qū)(3倍激勵(lì)線圈外徑)內(nèi)的缺陷。最后,將上述研究成果集成在一起,開(kāi)發(fā)具有信號(hào)仿真和缺陷定量評(píng)估功能的脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)仿真評(píng)估軟件平臺(tái),并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。本論文的研究工作豐富了脈沖渦流檢測(cè)理論和方法,支持了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《ISO20669:2017 Non-destructive testing—Pulsed eddy current testing of ferromagnetic metallic components》的編制,有助于推動(dòng)脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)在帶保護(hù)層承壓構(gòu)件檢測(cè)中的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
【圖文】：

(a) 壓力管道 (b) 內(nèi)壁腐蝕圖 1.1 帶保護(hù)層承壓構(gòu)件及典型失效形式帶保護(hù)層承壓構(gòu)件的失效模式大致可分為“動(dòng)”、“靜”兩種[4]。“動(dòng)”指承壓構(gòu)件在生產(chǎn)過(guò)程中的頻繁加、卸載或使用過(guò)程中溫度和壓力波動(dòng)造成的交變應(yīng)力引起的疲勞裂紋[5]�！办o”一般指由于沖刷、電化學(xué)作用等在承壓構(gòu)件內(nèi)、外壁均造成的局部大面積腐蝕[6]，如圖 1.1(b)所示。腐蝕直接導(dǎo)致設(shè)備壁厚減薄，當(dāng)壁厚減薄達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)突然爆裂，引發(fā)事故。某石化企業(yè)對(duì)鍋爐主蒸汽管道的統(tǒng)計(jì)分析表明，，由腐蝕引起的壁厚減薄造成的主蒸汽管道事故約占鍋爐全部事故的 16.2%[7-8]；某單位對(duì)國(guó)內(nèi) 200起壓力管道事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕引起的事故占所有事故的 10.6%；同時(shí)對(duì)國(guó)外399 起壓力管道事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕造成的管道事故高達(dá) 28.1%[9]。因此，檢測(cè)和承壓構(gòu)件腐蝕缺陷對(duì)減少帶保護(hù)層承壓構(gòu)件事故發(fā)生率至關(guān)重要。帶保護(hù)層承壓構(gòu)件的保護(hù)層一般由 0.3-1.0 mm 的鍍鋅鐵皮(又名白鐵皮)、鋁皮或不銹鋼皮組成，其內(nèi)部的絕熱層通常由巖棉、聚氨酯、硅酸鈣等非導(dǎo)電材料組成，厚度從

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文 。隨后李勇將 TREE 法擴(kuò)展到接收元件為 Hall 元件的情況，并考慮 Hall 元件的實(shí)寸，推導(dǎo)了空間中磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的表達(dá)式，為磁敏元件的空間布置提供了理論基礎(chǔ)方法的應(yīng)用促進(jìn)了解析模型的進(jìn)一步發(fā)展，借助上述方法，脈沖渦流檢測(cè)中的很多得到了解決。如 de Haan 等[41]從感應(yīng)電壓解析表達(dá)式中提取出了與線圈結(jié)構(gòu)相關(guān)的式，稱為線圈系數(shù)，表征了不同波數(shù)對(duì)脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)的貢獻(xiàn)程度，并提出利用系數(shù)優(yōu)化線圈參數(shù)的方法；陳興樂(lè)等[42]通過(guò)比較測(cè)量得到的感應(yīng)電壓和解析模型計(jì)到的感應(yīng)電壓，確定構(gòu)件厚度、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率；Tian 等[43]利用脈沖渦流檢測(cè)解析分析了接收元件為 Hall 元件時(shí)，提離交叉點(diǎn)(Lift-Off Invariance, LOI)的特性，提出除提離的方法等。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TG115.28

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2650156