提高漏磁法检测裂纹深度的方法研究

摘要

随着能源问题的日益突出，油田开采设备的故障诊断正被人们所重视。抽油杆作为油井采油作业的主要部件，一旦在井下发生断裂，将给油田生产带来很大损失。为了在抽油杆发生断裂之前就检测出业已存在的裂纹缺陷，避免抽油杆断裂事故的发生，需要应用无损检测技术，这正是本实验系统的研制所要解决的问题。 本文以自行设计制造的抽油杆无损检测实验系统为研究基础，首先阐述实验系统进行无损检测所采用的漏磁技术原理，然后按照在实验系统中所实现的功能，分别对组成系统的机械部分(包括专用夹具的设计)、检测部分、液压部分和电控部分进行了说明。本文根据实验系统检测部分漏磁场的分布，运用ANSYS软件分别建立了二维和三维的漏磁场有限元模型，在模型的运算结果中得到了漏磁场的磁力线分布图、磁矢量分布图及相应的磁力线密度和漏磁通密度值。在二维有限元模型的基础上，本文通过改变模型中抽油杆缺陷的几何参数，得到了漏磁通密度最大值与缺陷几何参数相互关系的表达函数与曲线；通过感生电动势与漏磁通密度关系的推导，得到理论上的检测信号波形，并将其与实际检测信号的波形进行对比。在实验阶段，本文首先介绍了作为前期准备的标定检测实验和疲劳实验，标定检测实验是通过检测用线切割的方法加工的具有已知深度缺陷的试件，进而计算得出电压值与缺陷深度的对应关系，作为后续检测实验的参照标准；疲劳实验的目的是预制出带有萌生阶段疲劳裂纹的检测试件。根据前期实验得到的标定值和带有萌生阶段疲劳裂纹的试件，在未施加拉伸力和施加不同拉伸力的条件下，本文分别对疲劳裂纹处于闭合与张开状态的试件进行检测，并将检测信号波形图进行对比，得出拉伸对不同状态疲劳裂纹检测信号所产生影响的相关结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文的研究背景

1.2抽油杆疲劳失效概述

1.3无损检测的常用技术

1.3.1超声波检测

1.3.2电磁超声检测

1.3.3涡流检测

1.3.4液体渗透检测

1.3.5射线检测

1.3.6声发射检测

1.3.7磁粉检测

1.3.8漏磁检测

1.4本文的研究意义

1.5本文研究的主要内容及特色

第二章实验系统的功能原理及组成

2.1实验系统的检测原理及所实现的功能

2.1.1漏磁检测技术原理

2.1.2实验系统所实现的功能及技术参数

2.2实验系统的各组成部分

2.2.1机械部分

2.2.2检测部分

2.2.3液压部分

2.2.4电控部分

第三章实验系统静态磁场的ANSYS实体建模

3.1电磁场的有限元分析介绍

3.1.1电磁场有限元分析的基本原理

3.1.2ANSYS软件在电磁场有限元分析中的应用

3.2静磁场分析的ANSYS建模过程

3.2.1确定ANSYS坐标系

3.2.2定义单元类型

3.2.3定义材料特性

3.2.4创建有限元分析的几何模型

3.2.5分配单元类型和材料属性并划分网格

3.2.6定义边界条件

3.2.7求解

3.3模型运算结果

第四章基于有限元模型的漏磁通密度与检测信号关系的分析

4.1缺陷几何参数与漏磁通量密度的关系

4.2沿自定义路径的BX波形

4.3沿自定义路径的信号波形

第五章缺陷检测的实验研究

5.1实验系统检测信号的标定

5.2闭合状态疲劳裂纹的拉伸对比检测实验

5.3张开状态疲劳裂纹的拉伸对比检测实验

第六章结论与展望

6.1结论

6.2研究展望

参考文献

致谢