磁记忆用于柱塞泵腔体检测的研究

在 一１ ５～２ Ａ ｍ 范 围 内 变 化 ， 值 较 小 ， 有 多 ５／ 幅 但 处过 零点 ； Ｋ值 在 过 零 点 处 有 极 大 值 ， 大 值 在 极 ３ ０～５ ０ ／ ． ．Ａ ｍ或 ｍ ｍ之 间变 化 。锈 蚀会 使腔 体表 面 产生 不 同程 度 的 微 观组 织 变 化 和损 伤 ， 些 变 这
体 的无损 检测方 法 ， 然而 由于 柱 塞 泵腔 体 几 何 结 构 的特殊 性 ， 材料 为高合 金钢 ， 化效果 并不 理 且 磁
想； 同时 磁粉 检测 只能发 现宏 观缺 陷 ， 能对 柱塞 不
图 １ 磁 记 忆 检 测 原 理
２ 柱 塞泵 腔体 三维有 限元仿 真分 析
泵 腔体进 行早 期诊 断 。因此 ， 需要提 出一 种方 便 、
头 体 内部腔体 很 容 易 产生 疲 劳 裂 纹 ， 造成 疲 劳 失 效 。疲 劳裂纹 源往 往位 于应 力集 中 区域 或有 缺陷
的漏磁 场 日 的变 化 。 即磁 场 的切 向分 量 日 （ 。 ）
具有 最大值 ， 法 向分 量 Ｈ （ ） 而 Ｙ 改变 符 号 且 具 有
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图 ６ 锈 蚀 腔 体 磁 记 忆 检 测 结 果
３ ３ 存在轴 向裂 纹缺 陷腔体 的 磁记忆 信号 分析 ． 存在轴 向裂纹缺 陷腔 体 的磁记忆 检测 结果 如 图 ７所 示 。 由图 ７可 以看 出 ： 轴 向裂纹 缺 陷 腔 有 体 的磁场 法 向分 量 Ｈ。 Ｙ 值 在 一１ （） ５～２ Ａ ｍ 范 ５／
龙 飞 飞 ， ，９ ８年 ６月 生 ， 教 授 ， 士生 导 师 。黑 龙 江 省 大 庆 市 ，６ ３ ８ 男 １７ 副 硕 １３ １ 。
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４ ２ 无 缺 陷腔 体 的磁 记 忆 信 号 全 部 为 负 值 ， ． 曲
线变 化平 缓 。 ４ ３ 锈蚀腔体 的磁记忆 号有多处过 零点 ， ． 磁记忆
检测 对腐蚀造成 的应力集 中区有较好 的判断 。
４ ４ 轴 向裂纹 缺 陷处 Ａ Ｓ Ｓ三 维有 限元 分 析结 ． ＮＹ 果 和 实 际磁记 忆 检测 结 果 有 很 好 的 一致 性 ， 在 存 轴 向裂纹 缺陷 腔 体 的 磁记 忆 信 号 有 多 处 过零 点 ， 轴 向裂纹 处漏 磁 场法 向分 量 Ｈ （ ） 化 激 烈 、 Ｙ 变 有
化 和损 伤不 仅会 引 发 材料 磁 性 的大 幅度 变 化 ， 还
测 的漏 磁场 ， 处漏 磁场 法 向分 量存 在过 零点 ， 此 法 向分量梯 度 值存 在极 大值 ， 磁记 忆 检测 正是 通 过 对缺 陷处漏 磁场 法 向分 量 的测量 完成 对宏 观缺
陷的判 别 。从 图 ４ ｂ可 以观 察到 ， 测 出的裂 纹 已 检
准确 、 高效 的柱 塞 泵 腔 体检 测 方 法 。磁 记忆 检 测 技 术是 迄今 为止对 金属 部件 进行早 期诊 断上 唯一 可行 的无 损检测 方法 ， 它具 有既 能检测 宏观 缺 陷 ， 又能检 测微 观 缺 陷 的 优 点 。为此 ， 者 应 用 磁记 笔 忆检 测技 术对 柱塞 泵 腔 体 进行 检 测 ， 对 检 测 结 并 果进行 分 析 。
贯穿整 个腔 体 ， 明裂 纹一旦 萌生 ， 高压交 变 载 说 在 荷下会 很快 扩展 ， 容易 造成 很大 的破 坏 ， 腔体 应 对 力集 中区进行早 期诊 断是 十分 必要 的 。 ３ ４ 缺 陷判别 方法 ． 由不 同类型腔 体磁记 忆 检测数 据 （ １ 分析 表 ） 可知 ， 对于 柱塞泵 腔体 的缺 陷判别 方法 ， 首先 可 以 通过 磁场 法 向分 量 日 （ ） 在过零 点来 判断 应 力 ｙ 存 集 中区域 ， 再通 过对 磁 场法 向分量 梯 度 Ｋ值 进 行 分 析 ， 区分锈 蚀 产 生 的应 力 集 中 和裂 纹 产 生 的 来 应 力集 中区 ， 中裂 纹 产 生应 力 集 中 的 值 明显 其
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图 ７ 存 在 轴 向 裂 纹 缺 陷腔 体 磁 记 忆 检 测 结 果
缺 陷 磁 记 忆 信 号 进 行 分 类 分 析 。 分 析 结 果 表 明 ： 记 忆 检 测 技 术 是 检 测 柱 塞 泵 腔 体 的 有 效 方 法 ， 腔 体 磁 对
不 同类 型 缺 陷有 较 好 的 识 别 效 果 。
关 键 词 柱 塞 泵腔 体 磁 记 忆 检 测 疲 劳 失效
中 图分 类 号
Ｔ ０ １ ２ Ｑ ５．１
文献标识码
Ａ
文章编号
０ ５ —０ ４ ２ １ ） ５０ １ －４ ２ ４ ６ ９ （ ０ ２ ０ －６ ０ ０
柱 塞泵是 油 田生产 中的 主 要设 备 ， 是 保 证 也
１ 磁 记忆检 测原 理
磁 记 忆 检 测 原 理 （ １ 可 以 表 述 为 ： 于 地 图 ） 处
统 的核 心部 件 。柱塞泵 泵 头体 内部安装 有 吸入 阀
逆 的重 新取 向 ， 在 应 力 与 变形 集 中 区形 成 最大 并
和排 出 阀 ， 工作 过 程 中它 受 到 高 压液 体 和 低 压 液
体 同时作 用 ， 且 高压 液 体 和 低 压液 体 还 不 断 变 并 化 ， 以泵 头 体 在 工 作 时 承 受 着 很 高 的疲 劳 载 所 荷 。 同时注入 液体 具 有 一 定 的腐 蚀 性 ， 以泵 所
高 于锈蚀 。
表 １ 不 同 类 型腔 体 磁 记 忆检 测 数 据
会 在缺 陷 区域形 成可 以探测 的漏 磁场 。磁记 忆检 测对 柱塞 泵腔体 因腐 蚀 造 成 的 、 尚未形 成 宏 观 缺 陷 的应力 集 中 区有 较好 的判 断 ， 够 及 时找 出潜 能 在 的危 险 区域 ， 到早期 诊 断的 目的 。 达
［ ］ 田丽 ， 宝 军 ，尚廷 义 ．往 复 泵 泵 阀故 障智 能诊 断 １ 刘
系统 ［ ］ Ｊ ．油 气 田地 面 工 程 ， ０ ０ ２ （ ） ６ ６ ． ２ １ ， ９ ４ ： ２— ３
［ ］ 黄 天 成 ，吕伦 ，袁 新 梅 ．柱 塞 泵 泵 头 体 应 力 集 中 及 ２
零值 点 ， 这种磁 状 态 的不 可 逆 变 化在 工 作 载 荷 消
Hale Waihona Puke 除后 继续 保 留。从 而通过 漏磁 场法 向分量 Ｈ．Ｙ 、 ） （
的测定 ， 便可 准确 地推断 工件 的应 力集 中区 。
的部位 ， 时发现 腔体 早期 损伤 ， 进行 合理 的预 及 并
报 和处 理是 十分 重要 的 。 目前 ， 磁粉 检测 是 应 用较 为广 泛 的 柱 塞 泵腔
３ ２ 锈 蚀腔 体 的磁记忆 信 号分析 ． 锈蚀 腔体 的磁记 忆检测 结果 如 图 ６所 示 。由 图 ６可 以看 出 ： 蚀 腔体 磁 场 法 向分 量 Ｈ。 Ｙ 值 锈 ） （
料 的磁 导率 不 同 ， 陷处 的磁阻 大 ， 缺 在磁 路 中可视
为 障碍物 ， 磁通 会在 此处 发生 畸变 ， 分 畸变 的磁 部 通离 开铁 磁材料 表 面 ， 空气绕 过缺 陷 ， 成 可探 经 形
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化 工 机 械
２１ ０ ２拄
磁 记 忆 用 于 柱 塞 泵 腔 体 检 测 的研 究
龙 飞 飞 高果 柱 邢 海 燕
（ 北 石 油 大 学 机 械科 学 与工 程 学 院 ） 东
摘
要
将ｒ Ｌ忆检 测技 术 应 用 于 柱 塞 泵腔 体 检 测 ， 出 了柱 塞 泵 腔 体 的磁 记 忆检 测 方 法 ， 对 发 现 的 ， ｄｉ 提 并
通过 对磁 记忆 检 测结 果 的分 析 发 现 ， 纹 缺 裂 陷处 实 际磁记 忆 检 测结 果 和 Ａ Ｓ Ｓ三 维 有 限 元 ＮＹ
图 ５ 无 缺 陷腔 体 磁 记 忆 检 测 结 果
分 析结 果一致 ， 记 忆 能很 好 地 检 测 到 裂 纹处 的 磁
漏 磁场 。轴 向裂 纹 缺 陷 处 ， 铁磁 材 料 与 缺 陷 处材
２ １ 柱塞 泵腔 体应 力分析 ．
由于柱 塞泵腔 体面 积较 大 ， 力复杂 ， 先通 受 首 过 Ａ Ｓ Ｓ软件 对柱塞 泵腔 体进 行应 力分 析 ， 出 ＮＹ 找
承压较 大 ， 容易产 生破 坏 的部位 ， 然后 根据应 力 分 析结果 对 易受损 部分进 行重 点检 测 。柱塞 泵腔 体 材料 为 ３ Ｃ Ｎ２ ５ Ｖ， 性 模 量 Ｅ＝２ ０ Ｐ ， ０ ｒ ｉ． Ｍｏ 弹 １ Ｇ ａ 泊 松 比 ＝ ． ， 定 工 作 压 力 ４ ＭＰ ， 用 ８节 点 ０３额 ０ ａ采 Ｓ ＬＤ ８ Ｏ Ｉ １ ５单元 。由于实 际柱塞 泵腔 体 形状 复 杂 ，
围 内变 化 ， 值 较小 ， 多 处 过零 点 ， 在裂 纹 处 幅 有 且
４ 结 论