[发明专利]用于无损材料检查的方法和系统

说明书

一种用于确定磁滞铁磁材料和/或非磁滞材料的一种或多种材料状态的方法可以包括用输入时变磁场询问磁滞铁磁材料和/或非磁滞材料，并从磁滞铁磁材料和/或非磁滞材料检测随时间的磁响应和/或声响应。该方法还可以包括确定所接收的磁响应和/或声响应的时间依赖的非线性特性，并使所接收的磁响应或声响应的时间依赖的非线性特性与材料的一种或多种材料状态相关联。

技术领域

本公开涉及材料检查，更具体地，涉及无损材料检查。

背景技术

评价硬质点和/或其他合适的材料状态和不均匀性(例如，在管线钢或其他合适的材料中)以对管线、管道、钢板、焊接结构以及可包括但不限于环焊接部、角焊接部、搭接焊接部和对接焊接部的不同类型的焊接部进行无损检查的系统和方法在确定材料完整性(例如，管线完整性)方面是有价值的。例如，此类系统和方法可以无损地获得关于此类材料的焊接部和管线材料的信息。

当前，管线检查仪(PIGS)以用作工具来执行无损管线检查，以检测管道中的异常和缺陷，诸如裂纹和硬质点。最常用的技术包括磁通量泄漏(MFL)、超声裂纹检测工具(UT)和将电磁能与机械波耦合的电磁声换能器(EMAT)。同样地，也使用包括磁粉探测、超声探测和涡流探测的技术对焊接部进行无损检查。这些检查技术基于这样的原理，即，异常和缺陷具有某些材料特性，这些材料特性可检测地不同于体材料的特性，例如，由于磁导率的不同而引起的泄漏的磁通量或者由于机械振动行为的不同而引起的反射的超声波。

存在有用但被忽略的材料特性，该材料特性可用于检测管线、管道、钢板、焊接结构以及可包括但不限于环焊接部、角焊接部、搭接焊接部和对接焊接部的不同类型的焊接部中的异常和缺陷。这是铁磁材料中磁响应的非线性性质。非线性磁响应提供了使用探测磁通量泄漏或线性响应函数的当前方法无法获得的信息和准确度。由于材料完整性以及材料和焊接质量的重要性，存在通过改进检查系统和方法来进一步改进无损材料检查技术的技术水平的持续的需要。本公开提供了用于这种需要的解决方案。

发明内容

根据本公开的至少一个方面，一种用于确定由至少一种磁滞铁磁材料和/或至少一种非磁滞材料构成的样品的一种或多种材料状态的方法。该方法可包括用输入时变磁场询问(interrogate)样品，以及从磁滞铁磁材料和/或至少一种非磁滞材料中检测随时间的磁响应或声响应。该方法还可包括确定所接收的磁场或声响应的时间依赖的非线性特性，以及使所接收的磁响应或声响应的时间依赖的非线性特性与材料的一种或多种材料状态相关。

确定时间依赖的非线性特性可包括执行频域分析，例如对接收到的磁场或声学响应进行功率谱密度分析，以创建功率谱密度数据。在某些实施例中，确定时间依赖的非线性特性可包括确定功率谱密度(PSD)数据中的一个或多个谐波峰值。

确定一个或多个谐波峰值可包括确定谱密度数据的一个或多个谐波系数。例如，确定一个或多个谐波系数和/或峰值可包括确定谱密度数据的奇次谐波系数和/或峰值。

在某些实施例中，确定奇次谐波系数和/或峰值可包括确谱密度数据的3次和/或5次谐波。关联时间依赖的非线性特性可包括将3次谐波和/或5次谐波与被询问样品的一种或多种材料状态进行比较和关联。

被询问的样品(包括至少一种磁滞铁磁材料和/或至少一种非磁滞材料)可包括但不限于由具有一种或多种材料状态的至少一种材料相构成的测试材料。一种或多种材料状态可包括但不限于磁滞铁磁材料和/或非磁滞材料中的至少一种材料相的存在。在某些实施例中，磁滞铁磁材料可包括但不限于钢、镍、钴及其合金，例如各种碳钢。在某些实施例中，非磁滞材料可包括但不限于空气、铝、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和高锰钢。材料相可包括但不限于具有不同化学组成和/或晶体取向的奥氏体、马氏体、铁素体、珠光体、贝氏体、板条贝氏体、针状铁素体和准多边形铁素体中的至少一种。样品的不均匀性可包括但不限于由一种以上的材料相组成的测试材料。不均匀性的非限制性示例是例如钢管中的硬质斑(spot)和/或裂纹/缺陷。