雙金屬?gòu)?fù)合管弱磁檢測(cè)技術(shù)研究-開題報(bào)告

XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目 雙金屬?gòu)?fù)合油管弱磁檢測(cè)技術(shù)研究 專 業(yè) 名 稱 測(cè)控技術(shù)與儀器班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一、選題的依據(jù)及意義 隨著世界能源需求的日益增長(zhǎng), 油氣田開采逐漸向深井、高腐蝕環(huán)境方向發(fā)展。目前, 高腐蝕性油氣田在開采作業(yè)和油氣輸送中普遍采用耐蝕合金甚至鎳基合金管道。然而, 普通耐蝕管材中用作抗蝕的部分僅占三分之一左右, 其余部分用作結(jié)構(gòu)支撐,造成了資源的極大浪費(fèi)。為了降低開采成本, 延長(zhǎng)管道的使用壽命, 國(guó)內(nèi)針對(duì)高H2S/CO2 油氣田的嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題開展了多年技術(shù)攻關(guān), 并對(duì)多種防腐措施進(jìn)行了應(yīng)用研究。國(guó)外的研究和應(yīng)用結(jié)果表明, 使用耐蝕合金復(fù)合管是解決上述腐蝕問(wèn)題相對(duì)安全和經(jīng)濟(jì)的途徑之一2。雙金屬?gòu)?fù)合復(fù)合鋼管是在鋼管內(nèi)壁復(fù)合薄壁不銹鋼管, 這種雙金屬?gòu)?fù)合鋼管保留了鋼管較高的機(jī)械強(qiáng)度, 提高了鋼管在輸水、輸熱水、輸煤氣、輸天然氣、輸油過(guò)程中的耐腐蝕性能,輸送表面光滑,流體阻力小,克服了普通鋼管易腐蝕和采用熱熔連接的塑料管易漏水和老化的缺點(diǎn)1。無(wú)損檢測(cè)（Nondestructive Testing，NDT），又稱無(wú)損探傷，是指在不損傷被檢測(cè)對(duì)象的條件下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在所引起的對(duì)熱、聲、光、電、磁等物理量的變化，來(lái)探測(cè)各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件等內(nèi)部和表面缺陷。無(wú)損檢測(cè)被廣泛用于金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料及其制品以及一些電子元器件的檢測(cè)。其基本原理可概括為：利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小，位置，性質(zhì)和數(shù)量等信息。根據(jù)能量形式的不同可以分為超聲無(wú)損檢測(cè)、渦流無(wú)損檢測(cè)、漏磁無(wú)損檢測(cè)、射線無(wú)損檢測(cè)、磁粉無(wú)損檢測(cè)、滲透檢測(cè)及其他方法。而通常與渦流、微波、金屬磁記憶一起被列為電磁(EM-Electromagnetic)無(wú)損檢測(cè)方法的弱磁檢測(cè)作為發(fā)展最快的無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，主要應(yīng)用于諸如輸油氣管、儲(chǔ)油罐底板、鋼絲繩、鋼板、鋼管、鋼棒、鏈條、鋼結(jié)構(gòu)件、焊縫、埋地管道等鐵磁性材料表面和近表面的腐蝕、裂紋、氣孔、凹坑、夾雜等缺陷的檢測(cè)。因此,弱磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼鐵、石油、石化等領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛6。隨著雙金屬?gòu)?fù)合管開始在油氣輸送中大展身手,對(duì)于鋼管本身質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。為了延長(zhǎng)油管的使用壽命，防止脫粘等問(wèn)題出現(xiàn)，需要對(duì)油管進(jìn)行全面的缺陷檢測(cè)。然而，目前復(fù)合油管缺陷的精細(xì)無(wú)損檢測(cè)正處于方法探索階段，在檢測(cè)方法方面也有很大的發(fā)展空間。由于常規(guī)方法的局限性，迫切需要一種操作便捷同時(shí)能夠有效檢測(cè)材料內(nèi)部損傷的無(wú)損檢測(cè)方法。本課題提出了利用弱磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)油管基層與雙金屬?gòu)?fù)合管缺陷的檢測(cè)進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)有效的檢測(cè)并對(duì)缺陷定位及定量。 二、國(guó)內(nèi)外有關(guān)概況及研究 雙金屬?gòu)?fù)合管具有很強(qiáng)的綜合性能，既具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能，又有很強(qiáng)的耐蝕性能，可根據(jù)不同服役環(huán)境選擇基體與內(nèi)襯的合理搭配，在節(jié)省貴重金屬的同時(shí)又可降低了成本，因此，自1991雙金屬?gòu)?fù)合管投入使用以來(lái)，經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1998年，美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）制定的雙金屬?gòu)?fù)合管道規(guī)范（API 5LD）更是很大程度上促進(jìn)了雙金屬?gòu)?fù)合管的應(yīng)用。國(guó)外雙金屬?gòu)?fù)合管應(yīng)用成果較多，自投入使用以來(lái)，目前在油氣田應(yīng)用已近20余萬(wàn)噸，美國(guó)墨西哥灣法爾韋油田早已有應(yīng)用，日本NKK公司采用UOE工藝制造的Cu-Ni合金復(fù)合管（含Ni10%或30%）具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性和可焊性，廣泛用于海水淡化系統(tǒng)的海水引入管等4-5。另外，俄羅斯極北部和東部大陸架等油氣田也都有應(yīng)用。國(guó)內(nèi)以316L為內(nèi)襯的雙金屬?gòu)?fù)合管已在塔里木的牙哈氣田、吉那氣田、吉林的長(zhǎng)嶺1號(hào)、長(zhǎng)慶、大慶徐深氣田得到應(yīng)用，已建地面輸氣管線里程10公里，在建70公里，主要應(yīng)用于低含量CO2地面集輸管線和污水管線。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有雙金屬?gòu)?fù)合管相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)30余份，然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍存在不足。無(wú)損檢測(cè)在金屬材料領(lǐng)域已經(jīng)運(yùn)用的很成熟，主要集中在射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)等常規(guī)方法。射線檢測(cè)主要檢測(cè)氣孔、夾渣、未焊透、疏松等體積型缺陷；超聲波檢測(cè)主要檢測(cè)裂紋、未融合、白點(diǎn)等面積型缺陷；磁粉檢測(cè)主要檢測(cè)鐵磁性材料表面、近表面裂紋等缺陷；滲透檢測(cè)主要檢測(cè)非多孔材料開口缺陷；渦流檢測(cè)主要檢測(cè)導(dǎo)電性材料表面、近表面缺陷。復(fù)合油管無(wú)損檢測(cè)技術(shù)一方面在金屬材料無(wú)損檢測(cè)的基礎(chǔ)上根據(jù)復(fù)合材料的特點(diǎn)改進(jìn)而來(lái)，如射線檢測(cè)技術(shù)(包括X射線，紅外線，微波，CT照相等方法)、聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)、超聲檢測(cè)、渦流檢測(cè)、敲擊法檢測(cè)等。另一方面根據(jù)復(fù)合材料的特性，發(fā)展了許多新的檢測(cè)技術(shù)。然而由于復(fù)合材料的非均質(zhì)性和各項(xiàng)異性，在制造過(guò)程中工藝不穩(wěn)定，極易產(chǎn)生缺陷。在應(yīng)用過(guò)程中，由于疲勞累積、撞擊、腐蝕等物理化學(xué)的因素影響，復(fù)合材料也容易產(chǎn)生缺陷，這些缺陷很大一部分還是產(chǎn)生在復(fù)合材料內(nèi)部。為了避免復(fù)合材料構(gòu)件失效帶來(lái)的損失，就必須采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)對(duì)缺陷的檢測(cè)提供有效依據(jù)。國(guó)內(nèi)外對(duì)于雙金屬?gòu)?fù)合管的無(wú)損檢測(cè)正在不斷發(fā)展中，其中不乏有復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)激光電子剪切成像檢測(cè)技術(shù)，便攜式相控陣探傷技術(shù)，X 射線掃描檢測(cè)技術(shù)，超聲F-Scan成像技術(shù)檢測(cè),漏磁檢測(cè)技術(shù)11-15等國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在常用的檢測(cè)手段與方法。然而，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 呈現(xiàn)各向異性, 給無(wú)損檢測(cè)帶來(lái)很大困難。復(fù)合材料在制造過(guò)程中的主要缺陷有：氣孔 、分層、疏松、越層裂紋、界面分離、夾雜、樹脂固化不良、鉆孔損傷；在使用過(guò)程中的主要缺陷有：疲勞損傷和環(huán)境損傷，損傷的形式有脫膠、分層、基本龜裂、空隙增長(zhǎng)、纖維斷裂、皺褶變形、腐蝕坑、劃傷、下陷、燒傷等37-10。目前復(fù)合材料損傷的精細(xì)無(wú)損檢測(cè)正處于方法探索階段，在檢測(cè)方法方面也有很大的發(fā)展空間。由于常規(guī)方法的局限性，而尚未有一種操作便捷同時(shí)能夠有效檢測(cè)材料內(nèi)部損傷的無(wú)損檢測(cè)方法。因此，基于國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況，研究操作便捷檢測(cè)靈敏的弱磁檢測(cè)技術(shù)更加具有實(shí)際意義。3、 研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：1.研究?jī)?nèi)容本文針對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合層中存在的缺陷提出了使用弱磁技術(shù)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法。在地磁場(chǎng)環(huán)境下對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合油管缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，通過(guò)高靈敏度傳感器采集油管缺陷附近產(chǎn)生的微小變化，根據(jù)磁導(dǎo)率變化的大小通過(guò)計(jì)算機(jī)處理得到缺陷的定位與定量。本文從機(jī)理上分析了弱磁檢測(cè)適用于雙金屬?gòu)?fù)合油管檢測(cè)的可行性。2.實(shí)驗(yàn)方案(1)檢測(cè)原理 其檢測(cè)原理是:弱磁檢測(cè)技術(shù)是建立在天然地磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)磁信號(hào)采集儀對(duì)檢測(cè)試樣表面或近遠(yuǎn)處進(jìn)行掃差，采集不同方向上磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化從而判斷檢測(cè)試樣中是否存在缺陷，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理判斷檢測(cè)試樣中存在缺陷的位置及大小的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。對(duì)于鐵磁性和順磁性材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著外加磁場(chǎng)的增大而增大。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著相對(duì)磁導(dǎo)率的增大而增大。對(duì)于抗磁性材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著外加磁場(chǎng)的增大而減小。當(dāng)外加磁場(chǎng)一定時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著相對(duì)磁導(dǎo)率的增大而減小。圖1 弱磁檢測(cè)原理示意圖(2)具體步驟在不進(jìn)行任何磁化的地磁場(chǎng)環(huán)境下，對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合油管板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括對(duì)其缺陷進(jìn)行定性、定位、定量實(shí)驗(yàn)研究。為了更好的計(jì)算出缺陷的具體位置，探頭要求在測(cè)量時(shí)保持勻速水平移動(dòng)，速度大約為3cm/s。1 實(shí)驗(yàn)選用雙金屬?gòu)?fù)合管作為實(shí)驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象，檢測(cè)復(fù)合層缺陷，檢測(cè)環(huán)境為地磁場(chǎng)環(huán)境。2 用弱磁檢測(cè)設(shè)備對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)材料的尺寸劃分檢測(cè)區(qū)域，探頭從左往右勻速滑動(dòng)，依次檢測(cè)，電腦記錄數(shù)據(jù)。3 利用電腦軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)多次檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析和討論，確定材料缺陷的性質(zhì)及位置。4 結(jié)果分析：驗(yàn)證弱磁檢測(cè)對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合管缺陷檢測(cè)的可行性。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1.目標(biāo)： 研究一種可用于雙金屬?gòu)?fù)合管缺陷檢測(cè)的檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)能對(duì)材料的損傷進(jìn)行準(zhǔn)確、直觀化、自動(dòng)化高效率的無(wú)損檢測(cè)。2.主要特色： (1)提出在地磁場(chǎng)環(huán)境下對(duì)非鐵磁性材料缺陷檢測(cè)的磁法檢測(cè)技術(shù)。打破了傳統(tǒng)磁法檢測(cè)方法不能檢測(cè)非鐵磁性材料的局限。 (2)提出了二維磁導(dǎo)率成像算法。弱磁檢測(cè)時(shí)，不僅能夠發(fā)現(xiàn)缺陷，而且能夠?qū)⑷毕莘植记闆r轉(zhuǎn)換為可以直接識(shí)別缺陷的圖像形式，在屏幕上直接顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)缺陷可視化。3.工作進(jìn)度：20xx.3.0920xx.4.09 資料收集，英文翻譯，文獻(xiàn)綜述，開題報(bào)告撰寫 20xx.4.1020xx.4.15 熟悉弱磁檢測(cè)原理和特點(diǎn) 20xx.4.1620xx.5.01 掌握利用弱磁檢測(cè)試塊缺陷的方法 20xx.5.0220xx.5.15 試驗(yàn)研究、結(jié)果分析 20xx.5.1620xx.5.31 試驗(yàn)方法改進(jìn) 20xx.6.0120xx.6.26 論文撰寫與答辯 5、 參考文獻(xiàn)1 /link?url=GSLigyOEgGp0amuwCeGXDFyt9x0he_QvHCT5OOmH NqfHA2qqTQUkPegE_Jow588UF9mDXW6q_GtSE-e9Ond12q, 百度百科.2 李發(fā)根, 魏斌, 邵曉東等. 高腐蝕性油氣田用雙金屬?gòu)?fù)合管J. 油氣儲(chǔ)運(yùn), 2010, 29(5): 359-362.3 朱洪亮. 內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管焊接失效研究D. 西南石油大學(xué), 2013.4 范兆廷. 新型輸油氣雙金屬?gòu)?fù)合管道腐蝕及可靠性研究D. 重慶大學(xué), 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