金属磁记忆技术在石油井架检测中的应用

金属磁记忆技术在石油井架检测中的应用

【摘要】介绍了金属磁记忆技术的基本原理，分析了金属磁记忆技术在石油井架检测中的应用方法，并利用基于应变的石油井架检测方法对金属磁记忆技术进行了验证试验，结果表明金属磁记忆技术在井架检测中的检测结论是可靠的。金属磁记忆技术为石油井架承载能力的高精度检测提供了技术支持。

【关键词】金属磁记忆石油井架应变承载能力

井架检测技术作为保障石油钻井安全的一项重要举措，在各油田得到了充分的实施。但是传统的基于应变测量的石油井架检测技术在实际的操作过程中，由于粘贴应变片的位置不一定是井架应力最大、最危险的位置，这样直接导致了井架检测结果的准确度下降。金属磁记忆技术能检测出井架的应力集中区，然后在此区域粘贴应变片进行应力检测，根据石油行业标准sy 6326-2012《石油钻机和修井机井架、底座承载能力检测评定方法及分级规范》，这样就能计算出更加准确的井架承载能力，用来指导石油钻井生产的安全监督。

1 金属磁记忆检测原理

2 k型井架磁记忆检测试验

磁记忆检测试验的井架类型为k型，井架高度为45m，随即选取井架的1号立柱，立柱的型材为工字钢。在井架1号立柱高度为8m 和42m处，磁场强度出现了突变，对应的磁场梯度分别为3 1 . 2mma/ ）/（和75.5mma/ ）/（，这两处出现了应力集中。对这两

金属磁记忆检测技术研究

金属磁记忆检测技术研究 1金属磁记忆检测技术 金属磁记忆检测技术是上世纪俄罗斯杜波夫教授提出的一种新型无损检测技术，其基本原理是记录在工作载荷作用下铁磁性构件局部应力集中区域中产生的漏磁场，根据漏磁场来判断应力集中及损伤。机械零部件和金属构件发生损坏的主要根源是各种微观和宏观机械应力集中，在应力集中区域，腐蚀、疲劳和蠕变过程的发展最为激烈。机械应力同铁磁材料的自磁化现象和残磁状况有着直接的联系。在地磁作用的条件下，铁磁性构件缺陷处的导磁率减小，工件表面的漏磁场增大，称为铁磁性材料的磁机械效应。该效应可增强铁磁性构件的表面磁场，增强的磁场“记忆”着部件缺陷或应力集中位置，称为金属的“磁记忆”效应。理论和试验均表明，金属构件的损坏与其先天的“遗传”特性和后天的在役工作负荷相关，在缺陷的发生、发展过程中，应力集中是根源，是构件损坏的早期表现。工程部件因为疲劳、蠕变而产生的微裂纹会导致缺陷处出现应力集中。 试验研究表明：铁磁性金属部件存有着磁机械效应，其表面上的磁场分布与部件应力载荷有一定的关系。铁磁性部件缺陷或应力集中区域磁场的切向分量Hp(x)具有最大值，法向分量Hp(y)改变符号且具有零值，如图1所示。金属磁记忆检测技术具有以下显著的特点：①既可检测出宏观缺陷，又可检测出微观缺陷，并进行未来危险预报，准确度高，可通过早期诊断对设备的安全性进行准确评价;②无需专门的磁化装置就能对铁磁性构件进行可靠检测;③提离效应影响小;④无需去除被检测对象表面涂层，就能检测橡胶等蒙皮下的缺陷;⑤无需对被测设备进行清洗、打磨等表面预处理，检测方便，成本低;⑥无需系统、专业的培训，原理可靠，特征信号明显，判据简单;⑦检测快速，能够实现快速检测(100m/h)，效率高;⑧检测设备体积小、重量轻，便于携带，可实现单人作业;⑨对设备外露部分检测时，无需设备停机。在实际应用中，金属磁记忆检测技术可通过检测部件表面的磁场分布情况间接地对部件缺陷或应力集中位置进行诊断。

金属应力集中磁检测仪

产品名称：金属应力集中磁检测仪 /金属磁记忆检测 (诊断)仪 产品型号：HAD-SG1026 金属应力集中磁检测仪 /金属磁记忆检测(诊断)仪型号:HAD-SG1026 金属应力集中磁检测仪主要用于金属工件应力集中及疲劳缺陷的检测，防患于未然。各行业中在役的钢铁零部件断裂，95%以上的原因归结于金属的疲劳裂损，而疲劳裂损的发生是金属应力的集中表现，若能够有效的检测出金属应力集中大小而采取有效的措施，就能杜绝此类事故的发生；因此金属应力集中磁检测仪在完成此项工作中担任重要角色并有出色的表现。 检测原理概况及应用 ____21世纪早期诊断新技术——金属磁记忆技术，它能有效地应用于在役设备早期损伤检测。目前常规无损检测方法都以裂纹、气孔及夹杂等缺陷为搜索目标，它们对于金属构件的早期损伤，难以实施有效地评价，而金属磁记忆检测技术为此提供了新的检测方法，它是集常规检测方法、应用结构力学、金相组织分析法等多科领域中的应用技术，该技术（方法）具有无须对工件表面进行专门预处理等等优点，已迅速地在国内外各行业（航空、石油、压力容器、冶金、电力、铁路等部门）中推广和应用。 ____金属磁记忆就是铁磁金属在工作过程中，发生具有磁致伸缩性质磁畴组织的定向及不可逆的重新取向。掌上型工业级金属应力集中磁检测仪，是根据金属磁记忆特性原理，采用了计算机技术、应用电子技术、组合程序开发技术和磁记忆检测技术研制而成的新一代检测仪器，此检测仪器不但能够检测出应力集中分布及疲劳裂纹的区域，还能检测出已生裂纹发展的走向。金属的磁记忆方法能够快速、准确地对设备进行诊断，从而达到设备疲劳损伤早期预警控制的目的。因此金属应力集中磁检测仪是实现早期诊断，防患于未然的利器。 特点和技术参数 1、检测灵敏度高、速度快，重复性和可靠性好。 2、零点无须校准和自动复位功能、报警提示。 3、传感器无提离效应，无需与工件表面严格耦合。 4、被检测工件表面不需预处理，应用领域广泛；在役设备早期损伤诊断、评估功能（可实现在线检测） 5、可存储200多幅检测曲线；任意图形回放功能，并与上微机网络管理功能。 6、仪器体积小、重量轻、便于携带；智能化波形显示，自动跟踪功能；背磁拟制功能增减。

金属磁记忆检测技术简介

1 金属磁记忆检测技术简介 ------21世纪的诊断方法 赵传明 （云天化股份有限公司，云南水富657800） 摘要：简要介绍了金属磁记忆检测技术的基本原理、应用范围及用前景。 关键词：金属；磁记忆；检测 众所周知，机械应力集中是各种不同用途的金属承力结构件产生疲劳破坏的主要原因之一。因此，结构件应力的测量、应力状态的评估和早期损伤区域的确定一直是人们十分关心的问题。如何应用检测仪器，尽早发现结构件的应力集中和早期损伤区域，并进行有针对性的探伤检查和状态监测，对于早期预防结构件断裂故障、防止发生重大事故具有重要意义。为此，云天化集团压力容器检测站专门从俄罗斯动力诊断公司进口了一整套金属磁记忆检测仪和配套软件，以解决金属承力结构件早期损伤区域全面、快速、准确的诊断问题，并取得了很好的应用效果，从而保证了合成氨、尿素生产装置的长周期安全运行。 1 金属磁记忆基本检测原理 当弹性应力作用于铁磁体时，铁磁体会产生磁致伸缩性质的应变，同时也会产生弹性应变，这种现象称为磁弹性效应。磁记忆检测技术是基于铁磁体的磁弹性效应，是漏磁检测的一种特殊形式。它是利用地磁场作 为磁化场，而不是利用人为外加的磁化场。铁磁结构件在运行时会受到载荷和地球磁场的共同作用，在应力和变形集中区的磁畴组织会在一定方向重新取向，局部区域产生漏磁场，而且由于内应力和变形，这种磁场是不可逆的，即在外加载荷消失后仍能够保持。漏磁场的这种“不可逆”效应就成为磁记忆效应。此外，在地球磁场存在的条件下，金属结构件中缺陷和夹杂物最集中的地方会出现磁畴变化，并也在表面出现漏磁场。通过检测这种漏磁场，即可发现微小缺陷和应力集中区域。 理论分析可知，在缺陷或内应力集中的地方，金属的磁导率最小，而在表面形成最大的漏磁场。在应力集中区内，该磁场的切 向分量H P (x)具有最大值，而法向分量H P (y)改变符号（过零点）。因此，应力集中线可根 据H P (y)值的符号变化进行判断，而应力集 中程度可根据H P (x) 值的大小或H P (y)值在变方向处的变化剃度来计算。这样，通过对

金属磁记忆诊断法有哪些优点

1．什么叫磁记忆效应? 在具有外磁场（地球磁场）存在的条件下，承载的铁磁部件中会产生应力集中，并在应力集中部位出现导磁率减小，工件表面的漏磁场增大的现象，铁磁性金属部件所具有的这一特性称之为“磁机械效应”。由于这一增强了的磁场“记忆”着部件的缺陷或应力集中的位置，故又称“磁记忆”效应。 2．什么叫金属磁记忆检测？ 金属的磁记忆检测（MMT）是利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的一种快速无损检测方法。该方法对铁磁性部件由于疲劳、形变、损伤而产生的微裂纹可进行早期诊断。 3．简述磁记忆检测的原理。 工程部件由于疲劳、形变而产生的微裂纹会导 致出现应力集中，研究表明：承载铁磁性金属部 件存在着磁记忆效应，其表面的磁场分布与部件 应力载荷有一定的关系，因此可通过检测部件表面的磁场分布情况间接地对部件进行诊断。 理论与实践研究证明，铁磁性部件缺陷或应力集中区域磁场的切向分量Ｈｐ（x）具有最大值，法向分量Ｈｐ(y)改变符号且具有零值。实践中，我们通过检测法向分量Ｈｐ(y)来完成对部件的检测工作。 4．适合用磁记忆法（MMT）检测的对象有哪些？ 金属磁记忆法（MMT）检测仪器适用于对铁磁金属制件的早期快速诊断。该仪器配备不同形式的探头，可对管道、容器、汽轮机和燃汽轮机叶片、转子、叶轮，飞机机体、起落架以及各种不同形状构件、焊接头进行检测。MMT检测方法不要求对被检测部件表面进行处理，可直接检测，方便操作。 5．金属磁记忆诊断法有哪些优点？ 金属磁记忆诊断方法和传统的检测方法相比，具有下列优点： ①既可检测出宏观缺陷又可检测出微观缺陷，并能进行未来危险的预报。 ②无需专门的磁化装置就能对铁磁性构件进行可靠的检测。

应力集中引起的金属磁记忆现象的研究

中国矿业大学学报第３３卷 ｆ 暑 ● Ｓ ＼ 赵 骠 辫 擅 测点编号（ａ）１通道各载荷下磁场分布 测点编号 （ｂ）２通道各载荷Ｆ磁场分布 测点编号 （ｃ）３ＮＮ各载荷下磁场分布图３各个通道在各载荷下的磁场分布 Ｆｉｇ３Ｉｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｖｅｒｙｃｈａｎｎｅｌｕｎｄｅｉｓｏｍｅｌｏａｄｓ ＋０ｋＮ；十９８０ｋＮ：，十１９４３５ｋＮ；＋２９３０６ｋＮ；＊４５８３９ｋＮ；＋５３３７８ｋＮ；＋６０９１２ｋＮ，：－－－Ｏ－－６８０５６ｋＮ；一一６９４５０ｋＮ ２．２各载荷下测量区域表面的磁场分布 为了形象表示不同载荷下试样整个测试表面的磁场分布状况，下面给出一些载荷下的测量表面的磁场分布图．图４表示各测点组成的测量区域的磁场分布图．图４中３个坐标轴分别表示测量通道、测点在通道的位置和磁场强度的大小． 由图４可见，加载后试样表面磁场重新分布，并随着载荷的增而增大，当载荷６９．４５０ｋＮ时，可以看出每个通道前３个点的磁场增加，后３个点下降的趋势，原因在前面已经作了介绍．越靠近Ｕ形凹口的通道，磁场越大，中间一个通道最小并且磁场分布较为均匀． （ａ）０ｋＮ测量送域表面磁场强度分：ｆ｝ｊ（ｂ）１９，．４３５ｋＮ测量区域表面磁场强度分布 （ｃ）４５．．８３９ｋＮ测量区域表面磁场强度分布（ｄ）６９４５０ｋＮ测量区域表面磁场强度分布 图４测量区域表面磁场强度分布 Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｎｓｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｇｉｏｎｕｎｄｅｒｓｏｍｅｒｏａｄｓ２．３断裂前整个试样表面磁场测量结果 为了获取整个试样表面的磁场分布状况，取试 样长度方向上中间２００ｍｍ范围进行测量，也是图 １所示的５个通道，长度方向每隔１ｍｍ采一个点． 图５是以４５．８３９ｋＮ为例的测量区域的磁场分布 图，其它载荷下的曲线形状和４５．８３９ｋＮ时基本 相同，不在重复列出． 从图５中可以看出，在长度方向上Ｕ形口位置附近的磁场值比其他位置要大的多，即以Ｕ形 图５试样中问２００ｍｍ长度范围内的磁场分布 Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｎｓｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｔｈｅｍｉｄｄｌｅ２００ｍｍｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅ 狮脚瑚啪姗Ⅲ脚ｍ∞ ∞

金属磁记忆检测法常见问题

金属磁记忆检测法常见问题解答 1. Method of Metal Magnetic Memory Method of Metal Magnetic Memory is method of a nondestructive inspection based on registration and analysis of distribution of self-magnetic leakage fields (SMLF) arising on products and equipment in stress concentration zones (SCZ) and metal defects. At that, SMLF reflect irreversible change of a magnetization in a direction of maximal stresses action from working loads. Also SMLF reflect structural and technological heredity（遗传性）of products and welded joints after their manufacturing and cooling in a weak magnetic field (as a rule, magnetic field of the Earth). A natural magnetization and aftereffect, which appears as magnetic memory of metal to actual strains and structural changes in products and equipment metal, are used in the MMM method. 2. Physical fundamentals of MMM method: Magneto-elastic and magneto-mechanical effects. Effect of formation of domains and domain boundaries on dislocations clusters in stress concentration zones (magnetoplasticity). Effect of magnetic field leakage by structural and mechanical heterogeneities at metal natural magnetization. 3. Magnetic parameters used at inspection: Normal and/or tangential component of proper magnetic leakage fields Нр. Magnetic field gradient on leng th (dНр/dx) or on base between measurement channels. 4. What is inspected in metal and welded joints by MMM method? Stressed-strained state (SSS), structure heterogeneity and progressing defects. 5. What is determined by MMM method? Stress concentration zones – basic sources of damages development. Micro and macro-defects on the metal surface and in deep layers of metal. 6. Advantages of MMM method: Any special preparation (metal dressing and the like) of the object to be examined is not required. Special magnetization is not required because the natural magnetization formed at manufacturing and working of products is used. MMM method can be used both at operation of the object to be examined and at its repair. MMM method is unique NDT method to detect stress concentration zones and defects on the surface and in the deep layers of metal within 1mm in express-inspection mode. At the inspection by MMM method the small-size instruments having self-contained supply, recording device, microprocessor and up to 32MB memory unit are used. MMM method allows to carry out 100% quality control of engineering products and their sorting in mass line production. Increasing of inspection efficiency and reliability at combination of the MMM method with conventional NDT methods. 7. Differences from conventional NDT methods (ultrasonic inspection, magnetic

容器和装置的金属磁记忆快速诊断方法

“动力诊断技术”公司 容器和装置的金属磁记忆快速诊断方法 莫斯科1996年

经俄罗斯联邦国家矿山技术监督局批准 1996年1月8日 容器和装置的金属磁记忆快速诊断方法 发明人副博士杜波夫 “动力诊断技术”公司 莫斯科1996年 1.总则 1.1. 评估设备，容器以及装置的实际寿命时，要有能够找出腐蚀，蠕变和疲劳等过 程发展得最为迅猛的最大应力集中区的诊断技术和方法。目前在能源，化工，石油和天然气工业中广泛使用的无损检测方法，满足不了这一要求。它们旨在查找已出现和发展了的缺陷，而不能实现疲劳损伤的早期诊断。 1.2. “动力诊断技术”公司（莫斯科）研制和在实践中成功地运用了崭新的设备和结 构的诊断方法，该方法是根据金属的磁记忆原理。所推荐的诊断方法能考虑金属质量和被检设备的实际运行条件及其结构特点，对该设备的状态做出综合评定。依照残余磁化强度分布的特点，去确定将要损坏的最大应力集中部位和部件。 1.3. 新磁性诊断方法的主要优点是： 不要求清理金属而且对被检测表面也无需进行任何其它准备； 不要求采用专门的磁化装置，而是利用设备，容器以及装置在使用过程中金属的磁化现象； 应力集中的部位事先并不清楚，而是在检测过程中加以确定； 检测时使用体积小，自带电源且有记录装置的仪表。 1.4. 这一崭新的磁性诊断方法，历经了广泛的工业验证，而且在俄罗斯，乌克兰， 保加利亚，波兰，印度，澳大利亚，中国，德国，芬兰等国家100多个企业证明了它的效率。“动力诊断技术”公司（莫斯科）组织了检测仪表的批量生产。 1.5.在能源、石油、化工，以及天然气工业使用的管道，容器，压缩机等设备装置 上积累了使用该新诊断方法的经验。 2. 用途和使用范围 2.1. 容器和装置的快速诊断方法是确定应力集中区一破损的主要根源。 2.2. 采用检测设备表面磁场强度Hp的方式来确定机械应力集中区。这里利用的是磁 机械效应，依照该效应，被检测磁场的矢量方向，与被测残余应力矢量方向一致。 用仪表（机械应力指示器）探头垂直于被测表面扫描的方式去确定Hp为零值的线，在这些线上，Hp值变为相反符号，这些线就是残余应力集中线。 2.3. 本方法适用于磁性牌号钢制成的容器和设备。 2.4. 本方法可以： 确定被检测部件金属和焊接联结处的应力集中区； 无需切割专门的试样，就能作出应力集中区金属状态的评定；

金属磁记忆方法

金属磁记忆方法——设备和金属结构技术诊断的新方向 ——发展与应用的简要总结、标准化问题 俄罗斯“动力诊断技术”公司国际机械科技发展研究会 金属磁记忆方法——这是一种新型无损检测方法，其基本原理是记录在工作载荷作用下设备和金属结构局部应力集中区域中产生的漏磁场。 这时，被检测对象漏磁场的量值反映导磁率张量，而这一张相当于荼载荷作用下形成的变形和应力张量。 单个零件、制品和焊接接头的漏磁场，相当于它们在地球磁场中制造和冷却后的残余应力张量。 零件、制品和焊接接头磁化强度沿着工作载荷造成的主应力作用方向的不可逆变化以及它们在地球磁场中制造和冷却后的残余磁化强度，我们称之谓金属的磁记忆。而基于利用这一记忆功能的新型检测方法，我们冠以金属磁记忆方法的名称。“磁记忆”这一术语以往就曾得到应用和普及，例如在矿石原始磁性研究方面。在实验室和工业试验中都已提示出金属对于拉伸、压缩、扭曲和周期载茶的磁记忆效应。磁记忆方法的特殊之点在于，其原理是基于利用在工作戴荷作用下形成之金属稳定位错滑移带区域中所产生的自有漏磁场。自有漏磁场作为铁磁材料各向异性的外部条件下对工作结构进行人工磁化，都不可能得到像自有漏磁场这样的信息源。只有在地球磁场这样的小强度外部磁场中，随受载荷结构的奕形能量才能大幅度超过外部磁场能量，也才能形成并获得这样的信息。 我们认为，金属磁记忆方法是技术诊断领域的全新方向。这是继场发射之后第二次利用结构自身发射信息的方法。同时，除可早期发现已发展缺陷之外，金属磁记忆方法还能补充提供关于被检测对象实际应力——变形状况的信息，并找出应力集中区域——损伤发展根源的形成原因。 金属磁记忆方法兼有无损检测功能和断裂力学所提供的潜力。因此，在对工业对象进行检测时，这一方法同其他方法相比较具有一系列重要优点。它不要求对被检测对象表面做专门准备（清理、打磨等），也不需要专门的人工磁化装置，因为可以利用设备和金属结构在制造和使用过程中的自磁化现象；可实现早期诊断，防患于未然；可完成大体积、大长度结构的检测。 人们知道，工作结构发生损坏的根源是应力集中区域，在这时腐蚀、疲劳和蠕交的发展最为剧烈。由此可见，判断应力集中区域是设备和金属结构诊断方面的一项重要任务。运行损坏发生之前的过程，是应力集中区域中金属性能的改变。相应地，反映设备和金属结构实际应力一变形状况的金属磁化强度也随之变化。 采用磁记忆方法进行设备和金属结构诊断的基本定性准则，是漏磁场法向分量零值所表征的应力集中区域。 为了对应力集中水平进行定量评估，要确定通过应力集中线（HP=0线）时的磁场Hp法向分量梯度（变化强度） 式中：K -由诮力集中区域中金属磁性变化强度表征的，因而也是由磁场H 变化强度表征的。应力强度磁秕数 --位于H =0线两侧同等线段L 上两检测点之间磁场H 的差数模量。 这时，，线段L 应垂直于H =0线。线段L对于H =0线的垂直位置，是由于这些线段同最大的拉应力方向相重合所决定的。 人们知道，任何一种新的无损检测方法在成为工业应用方法之前，都要经过几个发展阶段。大部分已知无损检测方法发展的第一阶段，一般须通过实验室条件下的试验，以确定其物理原理。后续阶段则包括：开发技术手段；制订检测方法；编制检测结果评价准则，并进而制订技术规范文件。 积极发展金属磁记忆方法的第一阶段可追溯到80年代中期。当时，按照发明人的建议，在甘斯科电力公司系