基于磁导率扰动的厚壁管道腐蚀检测

范依澄 秦之凡

摘  要：在复杂的工作条件下，流动腐蚀会导致的厚壁管道局部壁厚发生变化。传统的电磁检测方法很难评估深层缺陷，由于磁导率扰动检测（MPPT）拥有对深埋缺陷钢管的高灵敏度优势，因此，采用磁导率扰动检测方法对厚壁管道腐蚀缺陷进行检测。对铁磁材料施加直流电磁化，由于壁薄引起的内部磁场扰动引起表层磁导率扰动，并通过涡流探头检测。实验结果表明，检测电压信号幅值随管壁减薄厚度的增加而增大，可以测量管壁减薄5%的情况。

关键词：腐蚀  磁导率  直流磁化  涡流

中图分类号：TM62;TG142.71

Corrosion Detection of Thick-Walled Pipes Based on Magnetic Permeability Perturbation

FAN Yicheng1  QIN Zhifan2

1. Military Representative Office of the Naval Armament Department in Wuxi， Wuxi， Jiangsu Province， 214000 China; 2.The 7th Military Representative Office of the Naval Armament Department in Beijing， Beijing， 100010 China （请确认翻译准确性？？）

Abstract：Under complex working conditions， flow corrosion can lead to changes in the local wall thickness of thick-walled pipes. The traditional electromagnetic detection method is difficult to evaluate deep defects， and because of the advantage of the high sensitivity of the magnetic permeability perturbation testing （MPPT） for deep-buried defective steel pipes， its method is used to detect the corrosion defects of thick-walled pipes. Direct current magnetization is applied to ferromagnetic materials， and the surface permeability perturbation is caused by the internal magnetic field perturbation caused by wall thinness， which is detected by an eddy current probe. Experimental results show that the amplitude of detection voltage signals increases with the increase of the thinning thickness of pipe walls， and the 5% thinning of pipe walls can be detected.

Key Words： Corrosion; Permeability; Direct current magnetization; Vortex

近年来，随着我国油气发展的需求扩大，长输管道铺设量大幅增加。长输管道经过长时间的运行后会发生多种损伤，管道内壁腐蚀是长输管道运行中的一种常见损伤模式[1，2]。为了防止管道泄漏和爆炸事故的发生，需要采取一定的检测技术对钢管的壁厚减薄情况进行定期测量[3]。目前常用于钢管壁厚测量的无损检测方法主要有声学检测技术[4]、射线检测技术[5]以及电磁检测技术[6]。常规超声检测结果不直观，缺陷特征评价提供的信息量不足；射线检测在在役管道中的检测采用双壁单影透照方式，检测灵敏度较低；常规电磁检测技术由于趋肤深度的影响对于深层缺陷存在磁化作用范围不足的问题。因此，针对厚壁铁磁性构件内部腐蚀缺陷，需要一种新的电磁无损检测方法对管道内壁腐蚀缺陷进行精确测量。

1 厚壁钢管检测技术原理

如图1所示，在直流磁化下铁磁性材料内部缺陷引起周围区域磁场扰动，由于材料的非线性磁化特性，这种磁场扰动会带来磁导率扰动。检测探头在工件表面激发涡流场，当探头经过磁导率扰动区域时，材料表面感应涡流发生变化，从而引起二次磁场变化并被探头接收[7]。但交流激励在材料表面形成涡流场，涡流的趋肤效应使得其受到材料表层的磁导率扰动的影响，因此可将表层磁导率扰动看作磁导率特性缺陷。在该方法中，采用直流磁化主动激发磁导率扰动，不直接测量内部缺陷在外表面空气中产生的漏磁场，而测量由工件内部磁场扰动引起的工件表层磁导率扰动，利用交流激励来主动获取由磁导率扰动引起的磁场变化。

2  实验方法与数据分析

2.1  实验系统及试件

实验系统由信号发生器、示波器、相敏检波电路、直流电源、U型磁化器、探头、样品组成。实验系统如图2所示。稳恒磁场将通过直流电源输出直流电来激励磁化线圈而产生，磁化线圈的匝数为2 000匝，磁化电流为3 A。探头由三个相同的线圈间隔0.5 mm并排分布组成，中间一个是激励线圈，两侧是接收线圈，它们均是由线径0.08 mm的漆包铜线绕制而成，匝数50匝。它们的外径为3 mm，内径为1 mm，高度为1 mm。探头的激励频率为100 kHz，电压幅值为1 V。试件为600 mm×80 mm×8 mm的45#钢板，试件反面加工纵向贯穿的矩形截面切口模拟壁厚减薄，图3所示为试件的具体尺寸参数。钢板共4个矩形槽，深度分别为h=0.5 mm、h=1 mm、h=1.5 mm、h=2 mm。

2.2  实验信号分析

直流磁化器的磁化电流设置为3 A，差分探头的激励频率设置为100 kHz，激励幅值设置为1 V。图4是扫查的检测电压幅值，可以看到当扫过减薄区时，检测电压在靠近减薄区边缘的某一点先达到最大值，然后进入减薄区后减低至最小值。图5是提取的检测电压峰谷值，探头的检测电压峰谷值随着壁厚减薄的增大而增大。这是因为不同壁厚钢板截面上的磁通密度，导致磁导率分布的不同，引起探头感应电压的变化。

3  结语

通过搭建实验平台，对不同减薄深度的缺陷进行检测，提取同一提离高度下的探头检测电压幅值，探头的检测电压峰谷值随着壁厚减薄深度的增大而增大。结果表明，采用磁导率扰动检测方法对厚壁管道腐蚀缺陷进行检测，可以测量管壁减薄5%的情况。

参考文献

[1] 韩烨，薛正林，陈波，等.原油工艺管道内腐蚀检测技术及方法[J].无损检测，2016，38（3）：25-28.

[2] 赵阳，王飞，汪宁宁，等.薄壁不锈钢管道的泄漏分析与检测[J].无损检测，2023，45（6）：52-56.

[3] 曹建树，李杨，林立，等.天然气管道在线无损检测技术[J].无损检测，2013，35（5）：20-25.

[4] 马国.油气管道内检测技术现状及发展趋势[J].石油化工安全环保技术，2021，37（3）：26-29，6.

[5] 司永宏，赵聪，何深远，等.数字射线测厚技术工程应用的误差分析[J].无损探伤，2021，45（5）：42-44.

[6] 孙杰，李绪丰，胡华胜，等.金属保护层厚度对PEC检测结果影响的试验研究[J].无损探伤，2020，44（2）：17-20.

[7] 邓志扬.基于直流磁化的磁导率扰动无损检测新方法[D].武汉：华中科技大学，2019.