0 引言

连续管作业时在内压、弯曲载荷、轴向载荷和介质腐蚀等条件的综合作用下，会发生变形、开孔和开裂等损伤，导致连续管壁厚发生改变，从而影响作业，甚至引发安全事故^[1]。因此，对连续管进行早期诊断，检测壁厚的变化情况，并根据检测结果及时修复与更换存在缺陷的连续管，对于其安全作业和预防事故的发生有重大意义。

金属磁记忆检测技术的检测原理是：在地磁场作用下铁磁性材料会在应力集中区域产生漏磁场，通过对漏磁场信息进行采集分析从而反演缺陷。磁记忆检测技术因其具有对应力集中敏感、无需专门磁化以及适合连续管早期损伤检测等诸多优势，在连续管损伤早期诊断方面具有良好的应用前景^[2-4]。笔者对连续管试样做等宽不同深度的环形刻伤，并进行相关检测试验，通过对磁记忆信号进行分析处理得到磁记忆检测信号梯度峰峰值、梯度波峰值、梯度峰面积、梯度峰面积对数值与刻伤深度的关系曲线，并对曲线进行拟合，得到相应拟合公式^[5-9]。此外，引入Fisher判别方法提取典型影响参量并建立线性判别准则，对连续管环形刻伤缺陷进行多参数综合评价，研究结果可为磁记忆检测技术应用于连续管损伤检测提供理论支持。

1 试验装置和材料 1.1 试验装置及参数设置

自主研发的连续管外壁磁记忆信号检测系统由便携式磁记忆检测环、控制箱、锂电源及上位机组成，如图 1所示。便携式磁记忆检测环有若干传感器置于磁记忆检测环的可移动支架上，其中传感器数量可以根据连续管的损伤情况与试验要求来确定。可移动支架可以根据管径进行调节，始终保持传感器与连续管外壁紧密接触。控制箱内配置磁记忆信号采集卡与无线路由器，磁记忆信号经数据采集卡采集后由无线路由器上传至上位机。上位机可以对采集到的磁记忆信号进行显示、储存与分析。

1.2 试验材料

试验材料为API标准连续管，钢级CT80，尺寸为ø38.1 mm×3.2 mm×700.0 mm。材料的抗拉强度为551.2 MPa，屈服强度为482.3 MPa。

为研究磁记忆信号特征参量与连续管因腐蚀、刺割与磨损等因素造成的壁厚损失量之间的定量关系，笔者对连续管进行环形刻伤，刻伤宽度为2 mm，深度依次为0.5、0.5、1.0、1.0、1.5和1.5 mm。

试验时，检测方向从刻深为0.5 mm至刻深为1.5 mm，设置采样频率960 Hz，提离高度1 mm。

2 试验结果及分析 2.1 磁记忆信号特征参量与连续管刻伤深度关系

检测环沿连续管刻伤深度为0.5、0.5、1.0、1.0、1.5和1.5 mm由浅到深的方向进行检测。实验室自主研发的检测环装有3个巨磁阻探头，通过对所采集3个通道的磁记忆信号进行均值降噪和梯度处理，得到连续管表面磁记忆信号梯度值沿连续管长度方向的变化规律，如图 2所示。

由图 2可知，3个通道的磁记忆信号梯度曲线变化规律基本相同。磁记忆信号梯度曲线在环形刻伤区域会出现波峰，并且因环形刻伤深度不同梯度曲线的峰峰值、波峰值与梯度峰面积有所不同而峰宽值相同。由此可见，磁记忆信号的梯度峰峰值、波峰值与梯度峰面积可以很好地表征环形刻伤的深度，而磁记忆信号的梯度峰宽值则可以较好地对环形刻伤宽度进行表征。

为研究磁记忆信号梯度特征参数与环形刻伤深度的定量关系，选取梯度峰峰值与梯度波峰值2个特征参量，研究其与环形刻伤深度的定量关系。分析发现，梯度峰峰值与梯度波峰值随着连续管环形刻伤深度的变化呈线性递增关系。选取磁记忆检测信号梯度曲线的峰峰值和波峰值分别与其对应环形刻伤深度绘图并进行拟合，结果见图 3与图 4。

由图 3可知，梯度曲线峰峰值与连续管环形刻伤深度呈近线性关系。梯度曲线的峰峰值随着连续管环形刻伤深度的增加而增加。拟合公式为：

(1)

式中：y为梯度曲线峰峰值，x为连续管环形刻伤深度。

由图 4可知，梯度曲线波峰值与连续管环形刻伤深度呈近线性关系。梯度曲线的波峰值随着连续管环形刻伤深度增加而增加。拟合公式为：

(2)

式中：y为梯度曲线波峰值。

在此基础上，选取梯度曲线峰面积与连续管环形刻伤深度做图。为研究梯度峰面积与环形刻伤深度的定量关系，对二者进行公式拟合，结果见图 5。通过分析，在普通坐标系中，梯度峰面积与连续管环形刻伤深度呈指数递增关系，而在对数坐标系中梯度峰面积对数值与连续管环形刻伤深度呈线性递增关系。

由图 5a可知，梯度曲线峰面积与连续管环形刻伤深度呈近指数关系。梯度曲线的峰面积随着连续管环形刻伤深度的增加而增加。拟合公式为：

(3)

式中：y为梯度曲线峰面积。

由图 5b可知，梯度曲线峰面积对数值与连续管环形刻伤深度呈近线性关系。梯度曲线的峰面积对数值随着连续管环形刻伤深度的增加而增加。拟合公式为：

(4)

式中：y为梯度曲线峰面积对数值。

2.2 基于Fisher判别思想的连续管刻伤等级综合评价

目前，对于连续管刻伤缺陷的定量评价多采用单指标评价。为改变这种现状，引入Fisher判别思想对连续管刻伤缺陷进行多指标评价。相比于单指标评价方法，Fisher思想可以同时考虑多指标，并且可以避免因指标过多而过于复杂的问题。

刻伤深度与典型参量对应值如表 1所示。选取表中9组典型数据，以梯度峰峰值、梯度波峰值和梯度峰面积作为评价指标进行分析。通过对这3个指标进行处理，得到2个典型变量C_an1与C_an2。典型变量与原始变量的相关系数见表 2。

在选取典型变量后，对9组原始数据进行变量转换并进行中心化处理，可以得到9组数据的处理结果，如图 6所示。观察图 6发现，基于Fisher判别思想的多指标评价可以很好地对3类刻伤等级进行区分。可以通过计算分析得到线性判别准则。通过判别准则对现场检测所得数据进行分析处理，可以得到连续管壁厚的损失量，进而对连续管的安全状况进行评价，提高连续管作业的安全水平。以下3个公式依次是刻伤深度为0.5、1.0和1.5 mm时的判别准则。

(5)

(6)

(7)

3 结论

(1) 磁记忆信号梯度曲线峰峰值、波峰值与峰面积等特征参量可以很好地表征连续管刻伤深度，可以利用磁记忆检测技术对连续管进行早期损伤诊断。

(2) 磁记忆信号的梯度峰峰值随连续管刻伤深度增加而呈线性递增；磁记忆信号的梯度波峰值随连续管刻伤深度的增加呈线性递增；在普通坐标系下磁记忆信号梯度曲线峰面积随连续管刻伤深度增加呈指数递增关系，在对数坐标系下磁记忆信号梯度曲线峰面积对数值随连续管刻伤深度增加呈线性递增关系。

(3) 以Fisher判别思想为基础，通过综合考虑多指标可以对不同刻伤深度实现区分，并得到刻伤深度为0.5、1.0和1.5 mm时相应的Fisher判别准则。可以通过Fisher判别准则对连续管刻伤深度进行定量表征。

(4) 所得磁记忆信号特征参量与连续管刻伤深度之间的定量关系和基于Fisher判别思想的多参数综合评价准则为连续管损伤磁记忆检测定量评估提供了理论支持。