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(1.东北石油大学 机械科学与工程学院，大庆 163318;2.南京锅炉压力容器检验技术研究院，南京 210019)

近几年我国储罐事故频繁出现，国家对储罐的安全也越来越重视[1]，按照标准SYTT 5921-2011《立式圆筒形钢制焊接油罐操作维护修理规程》和SY/T 6620-2014《油罐的检验、修理、改建及翻建》的规定，很多储罐底板都进行了补板维修[2]，在运行一段时间后补板也会发生腐蚀，并且因为补板和原底板材料的差异，更容易发生电化学腐蚀[3]，而国内学者对储罐原底板和补板缺陷信号的相互影响少有研究，因此对补板的漏磁检测特性研究迫在眉急[4]。笔者以漏磁检测原理为基础，以试验分析方法为手段，加工多种类型缺陷，对比分析工程应用下不同缺陷信号的规律，并对已经补板的储罐底板进行漏磁检测试验分析。图1为某5万方原油储罐补板的腐蚀状况显示。

图1 某储罐补板腐蚀状况

1 原底板对储罐补板漏磁场的影响

以TMS-08M型号漏磁检测仪为例，其检测能力为12.5 mm板厚，当检测6 mm的补板时，磁化机构必定会对补板下方的原底板产生磁化效应，在检测过程中，受磁场吸附力的作用补板和原底板会紧密贴合。当补板存在缺陷时，磁场会从缺陷处上下表面溢出[5]，补板下方有一被磁化饱和的原底板，缺陷下方空气中泄漏的磁力线的传播会受到阻力，进而多数磁力线会从缺陷上表面的空气中传播，磁感应元件检测到缺陷上方溢出的磁场的强度会比单板检测时的强度要大[6]。当原底板存在缺陷时，缺陷上方存在的磁力线会对上方的补板产生干扰，如果缺陷产生的漏磁场足够强，则会影响补板中的磁力线走向，在补板上方产生磁场信号，磁感应元件检测到该信号会误认为这是补板中的缺陷。同理，当补板和原底板都存在缺陷时，磁感应元件检测到的漏磁场强度会更大，影响检测人员对缺陷深度的判断。

同样以TMS-08M为例，其检测能力为12.5 mm板厚，当检测8 mm的底板时，磁化机构所产生的磁场不足以将8 mm厚补板和原底板同时磁化至饱和状态。当补板存在缺陷时，缺陷下方溢出的磁力线受未被磁化至饱和状态的原底板中的磁场影响较小，会从原底板中穿过，缺陷上方溢出的磁力线会比单板检测的缺陷信号要小。当未被磁化至饱和状态的原底板存在缺陷时，若缺陷尺寸不大，原底板横截面积中的磁力线不足以从空气中溢出，此时原底板的存在不会对补板的检测产生影响，若缺陷尺寸过大并形成漏磁场，仍会对补板的缺陷检测产生影响。当补板和原底板同时存在缺陷时，磁感应元件检测到的磁场强度会变大。

2 漏磁场缺陷信号仿真分析

笔者采用ANSYS软件，选用SOLID117单元进行电磁场分析，然后进行实体建模并设定单元类型，有限元分析中涉及到的材料有磁化结构外围的空气、永磁铁、储罐底板、衔铁和极靴等，储罐底板厚度设置为12.5 mm，永磁铁尺寸(长×宽×高)为260 mm×60 mm×15 mm，建立有限元模型进行网格划分，模型如图2所示，圆柱形缺陷漏磁场云图如图3所示；分别制作直径为6 mm，深度为10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%板厚的圆柱缺陷进行有限元分析，得出结果如图4所示。由图4可以看出，10%的缺陷可以被检测到，证明12.5 mm的储罐底板已经处于近饱和状态，再用此尺寸的磁化机构模拟8 mm补板的漏磁场检测。

图2 储罐底板网格划分模型

图3 圆柱形缺陷漏磁场云图

图4 不同深度缺陷的磁场水平/竖直分量曲线

分别建立补板上表面圆柱形缺陷-原底板无缺陷、补板下表面圆柱形缺陷-原底板无缺陷两种分析模型，设定缺陷深度为20%板厚，补板和原底板板厚均设置为8mm进行模拟，获取漏磁信号曲线，结果如图5，6所示，图7为补板上表面圆柱形缺陷-原底板无缺陷云图。

图5 补板上表面圆柱形缺陷-原底板无缺陷漏磁场分布

图6 补板下表面圆柱形缺陷-原底板无缺陷漏磁场分布

图7 补板上表面缺陷-原底板无缺陷云图

提取最优信号的仿真数据如图8所示。对图8中波峰波谷做差值处理得到如图9所示曲线，可知缺陷深度为20%板厚时，储罐底板上表面缺陷磁场强度>补板上表面圆柱形缺陷-原底板无缺陷磁场强度>补板下表面圆柱形缺陷-原底板无缺陷磁场强度。

图8 补板上下缺陷漏磁信号对比

图9 补板上下缺陷漏磁信号波峰-波谷差值

建立补板无缺陷-原底板上表面圆柱形缺陷和补板无缺陷-原底板下表面圆柱形缺陷两种分析模型，设定缺陷深度为20%板厚，补板和原底板板厚均设置为8 mm进行模拟，获取漏磁信号曲线，结果获取不到缺陷信号;设定缺陷深度为40%板厚，此时才可以获取微弱缺陷信号，证明原底板未被磁化至近饱和状态。

3 单板腐蚀缺陷试验分析

笔者用Q235钢板试件模拟8 mm厚的储罐底板，分别加工不同深度的矩形缺陷、圆锥形缺陷、圆台形缺陷、圆柱形缺陷和球形缺陷,如图10所示，试板长1 250 mm、宽400 mm，每个缺陷间距为150 mm，缺陷的深度分别为板厚的20%,40%,60%,80%，以东北石油大学研发的TMS-08M(检测范围6～12.5 mm，灵敏度为20%板厚缺陷)漏磁检测仪为试验仪器，探究不同类型缺陷信号的分布规律。

图10 不同类型缺陷试验试板

调试仪器，固定传感器高度，确保在试验过程中提离值不会改变，保证试验的准确性[7]，试验现场图片和所用软件界面如图11所示。多次试验后，对较好的试验数据进行统计分析，图12为最优传感器信号波峰-波谷差值对比，从图中可看出几种缺陷曲线走向趋势基本相同，随着缺陷深度的增加漏磁场信号逐渐增强，且矩形缺陷信号强度>圆台形缺陷信号强度>圆柱形缺陷信号强度>球形缺陷信号强度>圆锥形缺陷信号强度。图12中20%板厚缺陷信号略有偏差，是由于加工缺陷深度误差产生的。

图11 试验现场图片及软件界面示意

图12 不同类型缺陷信号的波峰-波谷差值

4 补板腐蚀缺陷试验分析

采用两个8 mm厚的Q235钢板模拟补板和原底板进行试验分析，试板长1 250 mm、宽400 mm，每个缺陷间距为150 mm，缺陷的深度分别为板厚的20%,40%,60%,80%，将一块试板放置在另一块试板上方，模拟补板检测。为更好地得到试验规律，采用TMS-08M仪器(检测范围6～16 mm、灵敏度为20%板厚缺陷)对补板缺陷特性进行试验，首先将仪器放置在补板上方，调节传感器距离补板的距离为0.5 mm，打开检测软件，设置板厚为8 mm，点击采集选项进行数据采集，补板和原底板分6种组合方式进行分析：单板上表面缺陷；单板下表面缺陷；补板上表面缺陷-原底板无缺陷；补板下表面缺陷-原底板无缺陷；补板无缺陷-原底板上表面缺陷；补板无缺陷-原底板下表面缺陷。

试验设备包括：储罐底板漏磁检测自动行走装置主机一套；安装有检测系统和控制系统的计算机一台；移动储存设备和记录本；游标卡尺一把；实验室条件下预制的Q235钢试板2块，厚度为8 mm，其上加工有圆柱形缺陷，缺陷深度分别为板厚的20%，40%，60%，80%。

图13 试验得到的补板-原底板不同位置缺陷的 彩色带图

试验所获得的彩色带图如图13所示，提取试验结果进行处理，求得最优信号的波峰-波谷差值曲线如图14所示。由图14可以看出，上表面缺陷信号强度略大于下表面缺陷信号强度，补板缺陷信号强度小于单板缺陷信号强度，这是由于补板在磁化过程中有一部分磁力线进入到原底板中，使得补板没有完全磁化至饱和状态；图中可看出20%板厚的缺陷已经被检测到，并且40%，60%，80%板厚的缺陷都被识别为40%以下的缺陷，这是因为原底板对补板的检测信号产生了很大的影响。此外，由单板上下表面数据对比可以看出，随着缺陷深度的增加，上下表面信号波峰-波谷差值越来越接近，最后趋近于相等。而补板上下表面缺陷信号波峰-波谷差值在60%板厚深度缺陷附近有接近趋势。

图14 补板6种组合缺陷信号波峰-波谷差值曲线

图15 补板缺陷信号波峰-波谷差值曲线

笔者忽略磁化过程中补板对原底板磁化产生的影响，用8 mm厚的塑料垫代替补板探究原底板的磁化状况。采集数据，提取波形图如图15所示，20%,40%,60%,80%板厚的缺陷信号在图中都可以观察到，并且被识别成小于20%板厚的缺陷信号，只有80%板厚的缺陷被识别成小于40%板厚的缺陷信号，说明原底板被磁化至近饱和状态。提取波形数据与塑料垫代替补板的单板试验数据进行对比分析，20%板厚的原底板缺陷不能识别，40%，60%，80%板厚的原底板缺陷信号强度整体要小于塑料垫代替补板的原底板缺陷信号强度。这是由于磁化饱和的补板对原底板的缺陷信号产生了影响，致使原底板的缺陷信号无法全部从补板穿过而被有效检测到。

5 结论

(1) 储罐底板缺陷深度越深，漏磁场信号强度越大，在一定范围内，矩形缺陷信号强度>圆柱形缺陷信号强度>圆台形缺陷信号强度>球形缺陷信号强度>圆锥形缺陷信号强度。

(2) 磁化机构在磁化补板和原底板的过程中，会首先将补板磁化至近饱和状态，但补板缺陷处产生的漏磁场会优先选择从未被磁化至饱和状态的原底板中穿过，致使大型缺陷量化结果小于实际值。原底板大型缺陷处的漏磁场信号会对补板检测结果产生影响，影响检测人员对缺陷的判断，此时可以降低磁化机构的磁化能力，在补板磁化至近饱和状态的前提下尽量降低原底板的磁化程度，减少原底板缺陷对补板检测结果的影响。