钢管自动化电磁超声测厚方法研究

摘要

随着国内外无缝钢管供应推行以长度计价取代以重量计价以来，高品质钢管和油井管生产中的壁厚测量与控制越来越重要。依靠电磁耦合方式产生超声波的电磁超声传感器(ElectromagneticAcoustic Transducer,EMAT)测厚方法以其具有非接触、适应快速度等优点成为钢管自动测厚的首选方法。长期以来，EMAT测厚方法实施的难点在于其换能效率低、激励功率大、信号微弱易受干扰、设备成本高，为此，研究这一方法的信号增强方法具有重要的应用价值。
　　为寻求增强EMAT测厚信号的途径，首先提出研究了平面型电磁超声测厚传感器解析分析方法，得到了工程应用中EMAT测厚的两种通用的洛仑兹力解析式，系统研究传感器主要参数对测厚回波信号的影响，发现平面线圈的形状和磁化器的磁化强度是增强测厚回波信号强度的关键。
　　针对钢管的测厚，在平面线圈和平面磁铁分析基础上，提出和建立了马鞍型EMAT测厚的分析模型，系统研究了传感器中线圈和磁铁的轮廓形状对测厚回波信号的影响，发现包络钢管外轮廓的马鞍型线圈和包络钢管外轮廓并沿钢管径向的强力磁化是决定测厚回波信号强度的关键，为此，进一步提出了钢管EMAT测厚设计方法。
　　为了实现钢管自动化EMAT测厚，提出了适用于钢管EMAT测厚的增强电磁磁化方法，结合生产中钢管的两种运动方式，研究了适用于钢管直线和螺旋运动的消除磁吸力的电磁磁化器方法，提出了线圈和磁化器分离的EMAT测厚工作方式，结合线圈的气浮扫查，解决了现有EMAT测厚应用中因吸引力过大造成的控制难、磨损严重等问题，获得了工程实施的有效途径。

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1 绪论

1.1 课题概述

1.2 EMAT检测理论的发展与现状

1.3 EMAT检测技术的发展与现状

1.4 EMAT检测应用

1.5 本论文主要内容的结构安排

2 平面型EMAT测厚的洛仑兹力计算与回波增强方法

2.1 引言

2.2 平面型EMAT测厚解析分析方法

2.3 平面型EMAT测厚的洛仑兹力计算

2.4 实验验证及电磁特性分析

2.5 增强EMAT测厚回波信号幅度的方法

2.6 本章小结

3 马鞍型EMAT测厚的洛仑兹力计算及探头设计方法

3.1 引言

3.2 马鞍型EMAT测厚的洛仑兹力计算

3.3 有限元计算验证及电磁特性分析

3.4 马鞍型EMAT测厚探头设计方法

3.5 本章小结

4 基于电磁铁磁化的钢管自动电磁超声测厚方法

4.1 引言

4.2 钢管自动测厚流程

4.3 ASAMP磁化方法与磁化器设计

4.4 LSAMP磁化方法与磁化器设计

4.5 磁化器与线圈分离的电磁超声测厚探头

4.6 检测系统与信号显示

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的学术论文

附录2 攻读学位期间申请的专利