磁记忆法检测井下金属套管应力的实验研究.pdfVIP

维普资讯 · 100 · 第25卷 第2期 大庆石油地质与开发 P．G．0．D．D． 2006年4月 文章编号：1000-3754 (2006)02-0100-03 磁记忆法检测井下金属套管应力的实验研究 刘青昕 ，刘兴斌 ，陈茂龙 (1．中国地质大学地球物理与信息技术学院，北京 100083；2大庆油田有限责任公司 测试技术服务分公司，黑龙江 大庆 163453) 摘要：依据铁磁材料的磁致伸缩方程，推导出磁记忆方程，并进一步解释 了磁记忆效应，阐明了应力 与地磁场的作用。通过大量的套管加力检测实验，发现套管所受应力与磁记忆检测信息间具有 良好的 对应关系，磁记忆检测方法可以分级评价套管的应力状况。 关 键 词：磁记忆；套管；应力；磁场；磁致伸缩方程 中图分类号：P63l 文献标识码：A 当铁磁材料受外磁场作用、存在残余应力或缺陷 呈现磁性，因为磁畴处于随机取向状态。在磁化或弱 时，其磁性能和力学性能一般要发生变化，这些变化 化状态时，磁畴将重新取向，畴壁在磁化方向有微弱 往往就是无损检测的物理基础或依据。近几年迅速发 的延伸，越靠近磁场，磁畴取向越一致，90。壁移将 展起来的金属磁记忆检测技术¨j，在某种程度上就 产生磁致伸缩，使磁畴平行或垂直磁场。应力改变磁 是利用铁磁性材料的磁致伸缩效应进行的检测。该技 畴的磁致伸缩能，也影响畴壁运动。磁畴的变化平行 术通过检测应力集中区域而发现疲劳裂纹或潜在疲劳 于拉力方向或垂直于压力方向，在宏观上表现为弹性 裂纹，是一种全新的无损检测手段 ，能够对磁性金属 变形。因此外应力作用于未磁化工件时会引起构件内 部件和构件安全性能进行早期诊断，因而有着广阔的 部磁畴的重新取向，但晶体中不可避免地存在一些应 应用前景。 力、缺陷和杂质，而晶体本身存在各向异性与磁致伸 缩，它们都可能造成畴壁迁移的阻力，故在磁场很弱 1 金属套管磁记忆效应形成机理 和外应力很小时，磁畴壁的移动是可逆的，增强磁场 时，磁畴壁迅速移动达到一个新的平衡位置，形成不 铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积要 可逆迁移，去除磁场后磁畴壁不再回到原来的位置， 发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩 j，反过 表现出一定的剩磁场。 来 ，如果对材料施加一个压力或拉力，使材料的长度 铁磁构件在外应力和地磁场的共同作用下，在构 发生变化，则材料内部的磁化状态也随之变化，这是 件的应力集中区引发了磁畴组织沿地磁场的定向和不 磁致伸缩的逆效应。磁致伸缩现象在单晶中观测最清 可逆的重新取向，并在应力消除后保留这种磁状态的 晰。晶体的磁致伸缩大小可以用磁致伸缩系数A表 不可逆变化，以微弱的漏磁场的形式在工件表面出 示 ，即 现，表现为金属的磁记忆性。 jI= Al／l 式中 f一 晶体在某晶轴方向上长度；△f一 由磁 2 磁致伸缩方程和磁记忆方程 致伸缩引起该晶轴方向上长度变化量。 当弹性应力作用于铁磁体时，铁磁体会产生磁致 铁磁体是弹性体，也是压磁体或磁致伸缩 体， 伸缩性质的应变，同时也会产生弹性应变，这种现象