用金属磁记忆检测技术确定管道焊接裂纹应力集中的方法

摘要

本发明公开了一种利用金属磁记忆检测技术确定管道焊接裂纹应力集中的方法，属于确定管道焊接裂纹尖端应力集中的技术。该方法的过程包括：将金属磁记忆检测仪测得的磁记忆信号数字化，生成计算机可以读取的文件，并存储到计算机中；根据磁场高斯定律确定管壁内部应力与金属磁记忆信号反应的自有漏磁场之间的关系；产生焊接裂纹时，裂纹的尖端会存在非常严重的应力集中，造成该点应力变化最大，定义这个应力变化的最大值作为焊接裂纹尖端应力集中程度的一种度量。本发明的优点在于可以对管道中焊接裂纹尖端的应力集中程度进行定量的评价，从而实现对在役管道运行的可靠性进行安全评估。

主权项

1、一种利用金属磁记忆检测技术确定管道焊接裂纹应力集中的方法，该方法采用金属磁记忆检测仪对管道焊缝进行检测，可以得到金属磁记忆信号，所述的金属磁记忆检测仪包括磁感应强度传感器、温度传感器、长度传感器、以及滤波、放大电路组成。利用该曲线对管道焊缝的应力集中状态进行评价，其特征在于包括以下过程：1)将利用金属磁记忆检测仪测得的磁记忆信号数字化，生成计算机可以直接读取的文本文件，并存储到计算机中；2)依据磁场的高斯定律确定管壁内部应力与金属磁记忆信号反应的自有漏磁场之间的关系，结合管道为柱体的特点，将高斯定律写成柱坐标的形式，整理后可以得到： $B_{\rho }=-\rho (\frac{{\partial B}_{\theta }}{{\partial l}_{\theta }}+\frac{{\partial B}_z}{\partial z})---\left(1\right)$其中：B_ρ为径向的磁感应强度；B_θ为切向的磁感应强度，B_z为z向的磁感应强度，ρ为管道的公称半径，单位mm；l_θ为任意弧度θ对应的弧长，单位：rad，在管壁内部将式(1)积分可得： $\underset{R-\frac{\delta }{2}}{\overset{R+\frac{\delta }{2}}{\int }}{B}_{\rho }\mathrm{d\rho }=-\underset{R-\frac{\delta }{2}}{\overset{R+\frac{\delta }{2}}{\int }}\rho (\frac{{\partial B}_{\theta }}{{\mathrm{dl}}_{\theta }}+\frac{{\partial B}_z}{\partial z})\mathrm{d\rho }---\left(2\right)$整理后得到： $B_{\rho }=-R(\frac{{\partial B}_{\theta }}{\partial l_{\theta }}+\frac{{\partial B}_z}{\partial z})---\left(3\right)$在管道的表面区段上式(3)取积分可得： $-\underset{0}{\overset{2\mathrm{\pi R}}{\int }}{\mathrm{dl}}_{\theta }\underset{z_1}{\overset{z_2}{\int }}{B}_{\rho }\mathrm{dz}=R(\underset{z_1}{\overset{z_2}{\int }}\mathrm{dz}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\pi R}}{\int }}\frac{{\partial B}_{\theta }}{{\partial l}_{\theta }}{\mathrm{dl}}_{\theta }+\underset{0}{\overset{2\mathrm{\pi R}}{\int }}{\mathrm{dl}}_{\theta }\underset{z_1}{\overset{z_2}{\int }}\frac{{\partial B}_z}{\partial z}\mathrm{dz})$ $=\underset{0}{\overset{2\mathrm{\pi R}}{\int }}{\mathrm{dl}}_{\theta }\left(R\underset{z_1}{\overset{z_2}{\int }}\frac{{\partial B}_z}{\partial z}\right)---\left(4\right)$式中： $B_{\theta }{|}_0^{2\mathrm{\pi R}}=0,$原因是同磁场圆周分量的合数由于圆周的任意积分围道的闭合及围道起点和终点处磁场量值的重合而消失，写成有限小差数比的形式为： $B_P=-R\frac{{\mathrm{\Delta B}}_z}{\mathrm{\Delta z}}---\left(5\right)$利用漏磁场与应力变化量Δσ之间的线性关系 $H_p=\frac{{\lambda }^H}{{\mu }_0}\mathrm{\Delta \sigma },$带入式(5)可以得到： $\mathrm{\Delta \sigma }=-\frac{{\mu }_0}{{\lambda }^{H}R}{H}_P\mathrm{\Delta z}---\left(6\right)$其中：Δσ为检测部位应力的变化量，单位：MPa；λ^H为磁弹性效应的不可逆分量，其数值与被测材料有关，对于确定的材料，可以用实验的方法经最小二乘法确定，μ₀为真空磁导率，μ₀＝4π×10^-7H/m；H_p为金属磁记忆检测信号，也即漏磁场强度的法向分量，单位：A/m，R为管道的外径，单位：mm，ΔZ为磁记忆检测设备的探头的取样长度，单位：mm；3)因为当产生焊接裂纹时，裂纹的尖端会存在非常严重的应力集中，也就是说，在裂纹尖端区域应力的变化值是最大的，定义这个应力变化的最大值作为焊接裂纹尖端应力集中程度的一种度量；设检测段的应力变化量的最大值为σ_max，那么这个最大值就可以表示裂纹尖端的应力集中， ${\sigma }_{\max }=\max \left\{\mathrm{\Delta \sigma }\right\}=\max \{-\frac{{\mu }_0}{{\lambda }^{H}R}{H}_P\mathrm{\Delta z}\}---\left(7\right).$