双金属复合管弱磁检测技术研究.doc

1、 XX大学 毕业设计（论文）题目： 双金属复合油管弱磁检测技术研究 学 院： 测试与光电工程系专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx 年 六 月 双金属复合油管弱磁检测技术研究 摘要：随着当今世界能源需求的不断增长, 油气田开采逐渐向深井、高腐蚀环境方向发展。近年来为了延长管道的服役期限，国内外对多种防腐措施进行了应用研究，其结果表明, 使用耐蚀合金复合管是解决腐蚀问题相对安全和经济的途径之一。然而，随着双金属复合油管的应用，材料本身的缺陷问题随之突显出来。目前复合管缺陷的精细无损检测正处于探索阶段，并且有很大的发展空间。本研究以普通钢管作基体，内衬不锈钢层的双

2、金属复合管为实验材料。在实验室环境下，使用实验室便携式弱磁检测系统对试件进行内表面、外表面扫查。实验过程中，当探头扫过缺陷区域时，实时原始信号曲线产生明显的突变，从而论证了弱磁检测方法的确适用于双金属复合管的检测。在此基础上，通过对原始信号曲线和差分处理后的信号曲线进行对比，对预置人工缺陷完成了定位与定量，并根据实验数据用matlab软件绘制出缺陷大小与磁场强度的关系图，证明了缺陷处磁场强度随缺陷大小的增加而逐渐增加，完成了本研究的数据分析。本文为双金属复合管中缺陷的有效检测提供新的方法与思路。 关键词：双金属复合管 弱磁检测 信号处理分析 Investigation on weak magn

3、etic detection technology for bimetal composite pipeAbstract:With the increasing demand of energy, oil and gas exploration gradually head to the deep, high corrosion environment. In order to prolong the service life of the pipeline, domestic researchers carried out so many researches and application

4、 studies for the serious corrosion problems of oil and gas pipelines in recent years.The results show that using anti-corrosion alloy composite pipe is relatively a safe and economic way to solve the corrosion problem.However, with the application of bimetal composite pipes, the flaws of these pipes

5、 subsequently highlighted.For present,the non-destructive testing technology for bimetal composite pipes is still in the exploratory stage and there is a huge space for development.In my study,I use one piece of bimetal composite pipe which has ordinary steel as matrix with stainless steel inside ,a

6、s the object of my study.Under the laboratory environment, I used portable weak magnetic detection system to implement the internal surface and external surface scanning for specimen. In the process of the experiment, the real-time signal curve had the obvious mutation when the probe goes over the f

7、law area,thus it proved that weak magnetic detection method was suitable for the detection of bimetal composite tubes.On top of this, by comparing original signal curve and differential processing of signal curve, I completed the localization and quantification of the preset artificial defects , and

8、 I draw diagrams of the defect size and the strength of the magnetic field according to the experimental data using MATLAB software . It is proved that the defect magnetic field augments with the increases of defects size. This paper provides new methods and ideas to detect defects in bimetal compos

9、ite pipe. Keywords: bimetal composite pipe weak magnetic detection signal processing 目 录1 引言1.1 课题研究背景和意义11.2 国内外研究现状21.3 课题主要研究内容32 弱磁检测的物理基础2.1 物质的磁性42.1.1 物质的磁性分类42.2 地磁场特性42.2.1 磁场42.3 恒定磁场的边界条件52.4 弱磁检测技术的基本原理63 试验材料及仪器3.1 试验材料73.2 弱磁检测系统93.2.1 仪器介绍93.2.2 仪器性能参数113.2.3 集磁通门传感器（探头）113.3 弱磁检测仪的使用

10、114 试验结果分析4.1 实验方案134.2 双金属复合管缺陷外表面检测结果分析134.2.1 无缺陷处检测结果分析144.2.2 人工缺陷点检测结果分析154.3 双金属复合管缺陷内表面检测结果分析184.3.1 无缺陷处检测结果分析194.3.2 人工缺陷点检测结果分析194.4 数据处理225 总结与展望参考文献24致 谢251双金属复合油管弱磁检测技术研究1 引言随着全球能源需求的快速增长， 油气资源的开采逐渐向更深、腐蚀更强的环境方向发展。目前， 高腐蚀性油气田在开采和输送过程中普遍采用耐腐蚀合金甚至镍基复合管道。全球的研究和应用结果证明， 使用抗腐蚀双金属复合管是解决油气管道腐蚀

11、问题相对安全和经济的途径之一2。双金属复合钢管是将镀锌钢管或焊管、无缝钢管和壁厚更薄的不锈钢管强力嵌合在一起的新型复合管材，也是一种更理想的管道升级换代产品。它保留了两种不同材料内在的优点，互补了它们内在的不足，并且沿用了镀锌钢管传统成熟的安装方式和工艺，因此在使用中方便、可靠、卫生、安全。这种双金属复合管保留了钢管较好的机械强度， 提高了钢管在市政工程如城市用水的输入与输出以及能源开采如煤气、天然气、石油的运输过程中的抗腐蚀性能，由于其内表面光滑，流体阻力小，解决了普通钢管易腐蚀和塑料管易漏水和老化的问题1。根据基管与内衬管选材的不同，以及制造工艺的提升，已有各种双金属复合管广泛应用于油田、

12、化工、电力等工业领域，其适用范围越来越广泛，带来的经济、环境、社会效益也更加明显。随着双金属复合管开始在油气输送中大展身手，对于钢管本身质量的要求也越来越高。为了延长油管的使用寿命，防止脱粘等问题出现，需要对油管进行全面的缺陷检测。然而，目前复合油管缺陷的精细无损检测正处于方法探索阶段，在检测方法方面也有很大的发展空间。由于常规方法的局限性，迫切需要一种操作便捷同时能够有效检测材料内部损伤的无损检测方法。本课题提出了利用弱磁无损检测技术，对油管基层与双金属复合管缺陷的检测进行研究，从而实现有效的检测并对缺陷定位及定量。1.1 课题研究背景和意义 无损检测在金属材料领域已经运用的很成熟，主要集中

13、在射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等常规方法。射线检测主要检测气孔、夹渣、未焊透、疏松等体积型缺陷；超声波检测主要检测裂纹、未融合、白点等面积型缺陷；磁粉检测主要检测铁磁性材料表面、近表面裂纹等缺陷；渗透检测主要检测非多孔材料开口缺陷；涡流检测主要检测导电性材料表面、近表面缺陷。复合管无损检测技术一方面在金属材料无损检测的基础上根据复合材料的特点改进而来，如射线检测技术(包括X射线，红外线，微波，CT照相等方法)、声发射检测技术、超声检测、涡流检测、敲击法检测等。另一方面根据复合材料的特性，发展了许多新的检测技术。然而由于复合材料的非均质性和各项异性，在制造过程中工艺不稳定，

14、极易产生缺陷。在应用过程中，由于疲劳累积、撞击、腐蚀等物理化学的因素影响，复合材料也容易产生缺陷，这些缺陷很大一部分还是产生在复合材料内部。为了避免复合材料构件失效带来的损失，就必须采用适当的技术来对缺陷的检测提供有效依据。因此，本课题具有极强的研究意义。1.2 国内外研究现状 双金属复合管具有很强的综合性能，既具有优异的机械力学性能，又有很强的抗腐蚀性能，可根据不同的使用环境合理搭配基体与内衬，在节约金属资源的同时又可降低了成本，因此，自双金属复合管投入使用以来，经过十多年的发展，已经有了较为广泛的应用，并取得了明显的经济效益和社会效益。1998年，美国石油协会（API）制定的双金属复合管道

15、规范（API 5LD）更是很大程度上促进了双金属复合管的应用。国外双金属复合管应用成果较多，自投入使用以来，目前在油气田应用已近20余万吨，美国墨西哥湾法尔韦油田早已有应用，日本NKK公司采用UOE工艺制造的Cu-Ni合金复合管（含Ni10%或30%）具有优良的耐海水腐蚀性和可焊性，广泛用于海水淡化系统的海水引入管等4。另外，俄罗斯极北部和东部大陆架等油气田也都有应用。国内以316L为内衬的双金属复合管已在塔里木的牙哈气田、吉那气田、吉林的长岭1号、长庆、大庆徐深气田得到应用。到目前，国内外现有双金属复合管相关标准30余份5。然而，在实际应用过程中双金属复合管的使用性能仍存在明显不足，这主要是因为在服役期内产生的各类缺陷导致其使用性能降低。 近年来，国内外对于双金属复合管的无损检测正在不断发展中，其中不乏有复合材料胶接结构激光电子剪切成像检测技术，便携式相控阵探伤技术，X 射线扫描检测技术，超声F-Scan成像技术检测,漏磁检测技术,纵