徐金龍 ，徐凌云，林 海，馮浚漢，呂善勝，華 斌，田 瓊

（1.湛江出入境檢驗檢疫局，湛江 524022；2.上海出入境檢驗檢疫局工業(yè)品與原材料檢測中心，上海 200135）

鐵磁性構件在加工冷卻硬化過程中，冷卻硬化嚴重的地方可能形成頸變，在構件形成頸變處會發(fā)生位錯的快速趨近，并引起微裂紋——形成后來構件損壞的發(fā)源點或應力集中線。當應力集中線與外部負荷作用力的方向垂直時，頸變引發(fā)的構件斷裂常常發(fā)生在應力集中線上，因此，及時地找到在役金屬構件的應力集中線是非常重要的。工程部件由于疲勞、蠕變而產生的微裂紋會導致缺陷處出現應力集中。研究表明［1］：鐵磁性金屬部件存在著磁機械效應，其表面上的磁場分布與部件所受應力有一定的關系，因此可通過檢測部件表面的磁場分布情況間接地對部件缺陷和／或應力集中位置進行診斷。

鐵磁性部件缺陷或應力集中區(qū)域磁場的切向分量Hp（x）具有最大值，法向分量Hp（y）值改變符號且具有零值，如圖1所示。實際應用中，通過檢測法向分量Hp（y）來完成對部件的檢測。

圖1 應力集中線磁場強度示意

石油套管屬于鐵磁性構件，且其產生應力腐蝕裂紋的一個主要原因是應力集中，故利用金屬磁記憶檢測技術［2－4］對石油套管的應力集中進行檢測具有實際的意義。目前，金屬磁記憶檢測對石油套管的檢測應用尚處于起步階段。筆者利用金屬磁記憶檢測手段對石油套管進行應力集中分析，并輔以超聲波檢測方法判斷該應力集中部位是否有宏觀缺陷產生［5］。

1 檢測過程及分析

1.1 檢測儀器

金屬磁記憶檢測儀器采用廈門愛德森公司生產的EMS－2000智能磁記憶金屬診斷儀，檢測條件：兩通道檢測模式和八通道檢測模式；通道增益：依據探頭與被測物距離而定，選擇32；數字濾波：范圍1～100，選擇8；背景磁場抑制：－CH1；每米記數值：選用20 000；時基速度：選擇10，與檢測速度配合。

超聲波檢測采用MasterScan 380M 便攜式數字超聲波探傷儀，檢測范圍0.1～20m，脈沖重復頻率30～6 000Hz，適用快速掃描。

1.2 檢測過程及分析

選取四根已服役套管做管體金屬磁記憶掃描，并在圖2～5 中列出檢測管體和磁記憶檢測圖。

a號套管采用雙通道縱向折返掃描，距離探測采用內時鐘方式。圖2為被檢測套管外觀及其磁記憶檢測信號。對如圖2（a）所示的兩個圓形區(qū)域掃查后發(fā)現在A和B兩線段處出現應力集中現象；在圖3上方曲線中主要表現為在A、B兩線段處明顯尖銳的峰形（峰形代表磁場強度變化率K，且下方圖形出現過零點（下方為磁場強度Hp（y）），經便攜式超聲波檢測，a號套管該區(qū)域并沒有發(fā)現宏觀缺陷。

圖2 a號套管外觀及其磁記憶檢測信號

b號套管亦采用兩通道縱向折返掃描，套管外觀和磁記憶檢測信號如圖3所示。套管被掃描區(qū)域為圖3（a）所示黑鉛方框內。掃描過程中發(fā)現在b號套管的C、D、E三處磁場強度Hp（y）過零點，且K峰形尖銳，K值遠大于45。按照磁記憶檢測原理可以判斷在C、D、E三處有應力集中。而經便攜式超聲波探測儀檢測，在C、D、E三處并沒有發(fā)現宏觀缺陷。

c號套管左半部分采用兩通道半環(huán)向掃描方式掃描，從圖4（a）所示的套管中部環(huán)向折返向管體左方向掃描；右半部分采用八通道縱向折返掃描。

c號套管左半部分磁記憶檢測信號見圖4（b），在該套管G、F兩個位置處有明顯的峰信號（前半部分峰形雖有磁場強度過零點，但磁場變化率低，且信號不穩(wěn)定故不足判定為應力集中，后半部分兩個峰值過高顯示在G、F兩處），且Hp（y）過零點，K值大于45。故可判斷在G、F兩個位置應力集中明顯。

c號套管右半部分縱向折返掃描磁記憶檢測信號見圖4（c），在該套管H處（線段）有明顯的峰形，Hp（y）過零點，磁場強度變化率（K值）大于45；圖4（c）中表現為幾處峰形（實際都是在H線段處，因為是折返掃描）。故可以判斷在該處存在應力集中現象。經便攜式超聲波探測儀檢測，在G、F兩個位置沒有發(fā)現宏觀缺陷，在H處發(fā)現有埋藏性裂紋缺陷（長12mm 深3mm）。

d號套管采用八通道半環(huán)向折返掃查方式，從管體管端處向管體掃描，掃描方式為半環(huán)向掃描，套管外觀及其磁記憶檢測信號見圖5。

圖3 b號套管外觀及其磁記憶檢測信號

圖4 c號套管外觀及其左、右部分磁記憶檢測信號

圖5 d號套管外觀及其檢測信號

從圖5（b）中可見，如圖5（a）中所示的I、J線段處有明顯的峰信號。由Hp（y）過零點，K值大于45，可以判定在該處存在應力集中現象。對d號套管，使用便攜式超聲波探測儀檢測，在I、J線段處沒有發(fā)現宏觀缺陷。

2 結論

（1）所抽檢的四根已服役石油套管均存在不同程度應力集中，且應力集中并沒有因為套管的停用而消失，說明應力集中沒有得到釋放，在該應力集中部位可能已發(fā)生塑性變形。c號套管存在應力性裂紋，在裂紋的尖端應力集中現象依然存在；該套管如繼續(xù)使用，裂紋在應力作用下有繼續(xù)擴展的趨勢，從而真正影響到油井的安全。

（2）磁記憶檢測技術能夠發(fā)現石油套管的應力集中區(qū)域，即使該區(qū)域尚未出現宏觀缺陷；其有助于油井檢測維護人員及時地預防因石油套管應力集中而引起的宏觀缺陷，從而減少油井事故的發(fā)生。

［1］任吉林，林俊明，池永濱，等.金屬磁記憶檢測技術［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［2］胡先龍，池永濱.磁記憶診斷技術中應力集中水平定量評估方法［J］.華北電力技術，2005（6）：9－13.

［3］章彬斌，梁斌.基于金屬磁記憶方法的壓力容器對接焊縫應力測試［J］.無損檢測，2011，33（3）：31－33.

［4］任吉林，周培，陳曦，等.磁記憶切向分量信號的檢測試驗［J］.無損檢測，2011，33（12）：1－5.

［5］汪超，熊偉，李雅可.鋼管超聲波檢測時缺陷波形的識別［J］.無損檢測，2011，33（4）：75－78.