管道漏磁内检测焊缝缺陷数据的研究

[摘 要]管道漏磁内检测依据漏磁检测原理完成长输油/气管道管道缺陷的检测，由于漏磁场在焊缝处也会发生变化，焊缝缺陷信号隐藏在焊缝漏磁曲线中，使得焊缝处的缺陷很难被识别，但是焊缝缺陷的存在对管道的损害是非常大的。本文通过对各种焊缝的检测数据分析、ANSYS仿真等方法，完成对管道漏磁内检测焊缝数据的研究，并在漏磁检测数据分析软件成功识别出管道焊缝上的缺陷。

[关键词]漏磁内检测；焊缝缺陷；识别；ANSYS

中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0169-01

管道漏磁内检测能检测出管道的缺陷种类很多，其中危害最大、最容易造成安全隐患的就是焊缝缺陷。焊缝缺陷的存在对管道的损害是非常大的，焊缝处存在的补焊、焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺欠等。这些缺陷减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。因此展开管道漏磁内检测焊缝缺陷的研究对管道的维护有着重大的意义[1]。

本文通过对各种焊缝的检测数据分析、ANSYS仿真等方法，完成对管道漏磁内检测焊缝数据的研究，并在漏磁检测数据分析软件成功识别出管道焊缝上的缺陷。

1 管道焊缝的识别

1.1 管道螺旋焊缝的识别

在进行管道螺旋焊缝的识别之前，要先找出管道螺旋焊缝的特征，进而通过采用相关的数据处理算法对管道螺旋焊缝进行识别。通过对管道漏磁内检测数据中的螺旋焊缝数据进行大量的分析之后，发现管道漏磁内检测曲线中的每一个螺旋焊缝都有一个特征点，类似于一个周期的正弦曲线，由于管道漏磁内检测器测量节的磁钢对管道的磁化方向不同，亦可能出现类似一个周期的余弦曲线。

在一个周期内，管道螺旋焊缝特征点有一个最大值和一个最小值，通过对不同检测文件中大量螺旋焊缝的特征点的数据分析，对于同一个检测数据文件，管道螺旋焊缝特征点的波峰值的纵坐标与波谷值的纵坐标之差、波峰值的横坐标与波谷值的横坐标之差分别在一个固定的范围内，即在一定的阈值范围内，因此，可以通过阈值分析法对管道漏磁内检测数据分析软件进行该算法的编程，从而达到自动识别管道螺旋焊缝的目的。

1.2 管道环形焊缝的识别

管道环形焊缝又称管道环焊缝，通过对环形焊缝的数据分析之后，发现环形焊缝与螺旋焊缝的特征点类似，漏磁检测曲线中的每一个环形焊缝也都有一个与螺旋焊缝类似的特征点。

环形焊缝的特征点与螺旋焊缝的特征点有相同的变化趋势，因为两者均属于管道上增厚的地方，可以采用与识别螺旋焊缝类似的方法对环形焊缝进行自动识别。通过对环形焊缝特征点大量的分析发现，环形焊缝特征点波峰的绝对值与波谷的绝对值均大于螺旋焊缝波峰的绝对值和波谷的绝对值，因此不能与识别螺旋焊缝一样采用相同的阈值；其次，螺旋焊缝与环形焊缝对其他检测信息有不同的参考作用，同时为了与螺旋焊缝进行区分且更直观地识别出环形焊缝，选用另一种阈值法对环形焊缝进行识别，一条环形焊缝上所有特征点波峰值的累加和大于一个设定好的阈值，就可以识别出环形焊缝，通过软件编程，可以很好的实现。

1.3 管道焊缝缺陷的识别

通过管道漏磁内检测数据分析软件放大螺旋焊缝或者环形焊缝会发现，若有焊缝缺陷，焊缝缺陷的特征点与焊缝的特征点的相位正好相反，说明焊缝的这个部位是金属减薄处，即为缺陷。通过用与识别螺旋焊缝类似的算法进行编程，可以实现对焊缝缺陷的识别。

2 ANSYS仿真分析

为了捕捉有伤焊缝与无伤焊缝处的漏磁场曲线特征，更好的分辨输油管道焊缝处缺陷的曲线特征，利用ANSYS有限元仿真软件来对检测装置进行仿真。主要对两种不同情况分别做了仿真分析，以便于进行特征曲线的对比。

2.1 无缺陷的焊缝仿真分析

为了简化模型，对所要建立的模型做如下假设：取管道周向1/8作为研究对象，直接将管道内检测器至于其中；将环焊缝的焊接材料假设为与管壁相同的金属材料；忽略管道内介质对检测器的作用；环焊缝的缺陷具有对称性。为了精确模拟管道内检测器在管道内经过环焊缝处的缺陷，采用三维实体模型，选取带有环焊缝缺陷的管道作为研究对象，根据实际缺陷管道的尺寸建立仿真模型。

通过后处理器的显示功能可以知道焊缝处漏磁场的三维磁矢量分布情况，具有一定的规律性，两边的磁矢量为左右两个磁铁的边缘效应，大部分磁力线均匀分布在管壁以及磁极中，还有轭铁中均可以明显看出磁感应线其他部分的磁力线则均匀分布于管壁与磁极与扼铁内壁。由此可以看出由于应力集中的位置的存在，使得磁力线发生弯曲，使感应磁路发生变化，利用磁敏感元件，传感器等检测出缺陷的位置所在[2]。

2.2 有缺陷的焊缝仿真分析

建立磁极后部的仿真漏磁场模型同样需要依据钢板或者管道的磁漏磁检测设备永磁体磁化的实际尺寸和大小及形状，以油气管道剖面积做为仿真对象，建立有限元仿真模型。ANSYS的仿真过程中即3D效果分析中，X坐标值定义为管道长度方向，Y坐标值定义为管道高度方向。

通过观察仿真后的磁通密度曲线，可以知道大部分的感应磁矢量方向均匀分布在磁极和管壁中，可以明显看出磁力线规律分布未发生变化，方向指向空气场的四周范围。由此可以看出若应力集中的位置的存在，引起了磁信号的变化。由此利用磁敏感传感器等元件可以检测出应力集中区域的位置。

3 结论

本文通过对管道漏磁内检测螺旋焊缝检测数据、环形焊缝检测数据及焊缝缺陷检测数据的分析，给出了识别螺旋焊缝、环形焊缝及焊缝缺陷的方法，同时利用ANSYS仿真分析软件对有无缺陷时的焊缝进行了仿真分析，得出可以利用磁敏元件对焊缝缺陷进行检测的结论。

参考文献

[1] 冯庆善、宋汉成、王学力等.螺旋焊缝噘嘴错边缺陷三轴漏磁信号分析[J]，科研成果与学术交流：2009，31（5）：340-344.

[2] 刘秀清、高松巍、杨理践.ANSYS在管道漏磁法检测中的研究与应用[J]，沈阳工业大学学报，2001，23（1）： 28-31.