Nội dung nghiên cứu của bài viết này là trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo thiết bị đánh giá tính toàn vẹn của các công trình chịu ứng lực như đường ống, thiết bị chịu áp bằng cách xác định vùng tập trung ứng suất. Thiết bị sử dụng cảm biến từ trường 3 trục để đo các thành phần từ trường theo 3 hướng Ox, Oy và Oz trong khoảng từ trường làm việc từ -300 µT đến 300 µT.
CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2021, trang 68 - 75 ISSN 2615-9902 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHÁT HIỆN CÁC VỊ TRÍ TẬP TRUNG ỨNG SUẤT TRÊN VẬT LIỆU SẮT TỪ DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ TỪ TRƯỜNG VILLARI Nguyễn Thị Lê Hiền, Đồn Thành Đạt Viện Dầu khí Việt Nam Email: hienntl@vpi.pvn.vn https://doi.org/10.47800/PVJ.2021.01-05 Tóm tắt Bài báo trình bày kết nghiên cứu chế tạo thiết bị đánh giá tính tồn vẹn cơng trình chịu ứng lực đường ống, thiết bị chịu áp cách xác định vùng tập trung ứng suất Thiết bị sử dụng cảm biến từ trường trục để đo thành phần từ trường theo hướng Ox, Oy Oz khoảng từ trường làm việc từ -300 µT đến 300 µT Kết khảo sát từ thông thiết bị mẫu thép API 5L tác dụng ứng suất kéo cho thấy biến đổi lớn từ trường độ giãn dài mẫu thép nhỏ mm (tương đương với độ giãn dài tương đối 0,5%, ứng với trạng thái biến dạng đàn hồi vật liệu) Trong trường hợp có khuyết tật nhân tạo, thiết bị phát thay đổi từ trường tập trung ứng suất vị trí khuyết tật Từ khóa: Thiết bị đo từ trường, vùng tập trung ứng suất, đánh giá tính tồn vẹn, phát khuyết tật, từ trường rò Mở đầu Hiện nay, kiểm tra không phá hủy (NDT) kỹ thuật sử dụng rộng rãi trình đánh giá độ toàn vẹn thiết bị, đường ống công nghiệp hoạt động Kiểm tra không phá hủy phát hư hại, khuyết tật vật liệu, kết cấu, chi tiết xác định đặc trưng đối tượng kiểm tra mà không làm ảnh hưởng đến khả sử dụng đối tượng kiểm tra [1] Kiểm tra không phá hủy gồm nhiều phương pháp khác thường chia thành nhóm theo khả phát khuyết tật: - Các phương pháp có khả phát khuyết tật nằm sâu bên (và bề mặt) đối tượng kiểm tra: phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT) phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing - UT) - Các phương pháp có khả phát khuyết tật bề mặt (và gần bề mặt): phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing - PT); phương pháp kiểm Ngày nhận bài: 15/10/2020 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 15/10 - 11/11/2020 Ngày báo duyệt đăng: 28/12/2020 68 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 tra bột từ (Magnetic Particle Testing - MT); phương pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing - ET) Ưu điểm phương pháp kiểm tra khuyết tật kim loại mà không cần dừng vận hành, song yêu cầu phải tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đường ống thiết bị Do việc áp dụng phương pháp gặp khó khăn cấu kiện kim loại vị trí khó tiếp cận, ví dụ đường ống chơn ngầm; đường ống, thiết bị có bọc bảo ơn Chính vậy, thử nghiệm triển khai phương pháp kiểm tra không tiếp xúc cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế Từ trường nguyên lý kiểm tra khơng tiếp xúc nghiên cứu có khả ứng dụng rộng rãi Từ giảo thuận (từ giảo Joule) tính chất vật liệu từ thay đổi hình dạng kích thước chịu tác động từ trường [2] Cấu trúc vật liệu từ coi tập hợp nhiều nam châm vĩnh cửu nhỏ, gọi miền từ (domains) Các miền từ bao gồm nhiều nguyên tử xếp ngẫu nhiên chưa bị từ hóa Khi vật liệu bị từ hóa tác động từ trường ngoài, miền từ dịch chuyển quay theo chiều từ trường áp đặt, dẫn đến thay đổi kích thước vật liệu (Hình 1) Hiệu ứng từ giảo nghịch, hay cịn gọi hiệu ứng từ PETROVIETNAM đàn hồi hiệu ứng Villari đặc trưng cho thay đổi độ cảm từ vật liệu chịu tác động ứng suất học [3] Đường ống thiết bị áp lực thường dễ bị ăn mịn bên bên ngồi, làm suy yếu tính tồn vẹn cấu trúc Áp lực ứng suất tác động lên vị trí bất thường (khuyết tật, ăn mịn ) dẫn đến tập trung ứng suất so với vị trí khơng có bất thường Việc đo vùng tập trung ứng suất (Stress Concentration Zone SCZ), phát phát triển khuyết tật có ý nghĩa lớn dự đốn vị trí hư hỏng học đánh giá tuổi thọ đường ống, thiết bị [4] Kỹ thuật nhớ từ (Metal Magnetic Memory - MMM) phát triển Nga năm 1997 [5], dựa hiệu ứng giảo từ Villari [6, 7], mà ứng suất tác dụng lên vật liệu sắt từ gây xếp lại miền từ Khi chịu tác động từ trường từ trường trái đất, từ trường tự cảm vật liệu tạo gây thay đổi từ trường xung quanh vật liệu (Hình 2) Bằng cách đo phân bố từ trường bề mặt vật liệu cho phép phát vị trí bất thường vật liệu từ phương pháp nhớ từ dùng công cụ kiểm tra định tính định kỳ để đánh giá mức độ ứng suất tập trung vật liệu [8, 9] Theo đó, khối vật liệu có từ tính (sắt, thép) chịu tác dụng ứng suất, đặt từ trường trái đất, vật liệu không thay đổi hình dáng kích thước (khơng có khuyết tật), từ thông phát từ vật liệu ổn định Trong trường hợp vật liệu có thay đổi hình dạng kích thước khuyết tật vật liệu, dẫn đến ứng suất tập trung điểm thay đổi làm biến đổi từ thơng theo mức độ khác phụ thuộc vào ứng suất mà điểm chịu, gây nên tượng từ giảo ngược hay cịn H=0 ε H Hình Hiệu ứng từ giảo - Từ trường áp đặt gây thay đổi kích thước mẫu vật liệu từ gọi hiệu ứng Villari Hiệu ứng tồn thời gian kể sau ứng suất khơng cịn Khảo sát mức biến thiên từ thơng tồn khối vật liệu thiết bị đo từ trường cho phép phát từ trường bất thường vị trí có ứng suất tập trung, từ đó, xác định xác vị trí/khu vực xuất khuyết tật Mặc dù không định lượng mức độ hư hỏng, việc tầm soát phát sớm bất thường giúp phòng ngừa cố cho thiết bị đường ống [10 - 13] Kỹ thuật MMM tương đối giống với kỹ thuật kiểm tra từ trường rò (Magnetic Flux Leakage Testing - MFL), phương pháp đo từ trường xung quanh cấu kiện sắt từ, nhiên có khác biệt lớn Kỹ thuật kiểm tra từ trường rò yêu cầu phải đặt từ trường ngồi có cường độ lớn lên vật cần kiểm tra áp dụng chủ yếu để kiểm tra khuyết tật hình học; kỹ thuật MMM dùng địa từ trường yếu (từ trường trái đất) hiệu ứng nhạy với ứng suất Thơng thường thực tế, có khuyết tật hình học vùng tập trung ứng suất cục cấu trúc sắt từ; tín hiệu khuyết tật hình học gây nhiễu từ trường rị tín hiệu tập trung ứng suất gây dị hướng cục [10] Ưu điểm bật kỹ thuật MMM phát vùng tập trung ứng suất (SCZ) Các khu vực ứng suất cao thường vị trí nhạy cảm, dễ hư hỏng Do đó, MMM phương pháp có khả dự đoán khu vực phát triển dị thường trước vật liệu bị phá hủy, phát ứng suất tập trung, phân tích tất khu vực chịu ứng suất cao, bao gồm dị thường, ăn mòn ứng suất uốn, làm cho phương pháp tồn diện cơng nghệ có Tuy nhiên, biến thiên từ trường ứng suất tập trung gây thường nhỏ, theo bậc 10 μT, biến thiên trường (trái đất) khoảng 40 - 60 μT Do đó, việc chế tạo thiết bị đo từ trường khoảng gặp nhiều khó khăn [4] Sự đời dụng cụ đo từ trường nhỏ, gọn cầm tay gần giúp cho việc đo đạc giải thích tín hiệu từ trường thu trở nên khả thi Trên giới có nghiên cứu ứng dụng này, bật sản phẩm phần mềm mơ đầu dị phát khuyết tật kim loại Các công bố dừng sản phẩm nghiên cứu đăng ký quyền, sản phẩm thương mại hóa Một số sản phẩm thương mại bán thị trường Magnetostrictive Linear Position Sensor - MTS (Mỹ), Magnetostrictive Sensor - SwRI (Mỹ) Đặc biệt, sản phẩm thiết bị hoàn chỉnh phục vụ cho trình phát khuyết tật đường ống, thiết bị sở nguyên lý từ giảo nghịch chưa phát triển thị trường DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 69 CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ Từ trường trái đất Từ trường trái đất Đầu dò Đầu dị S N Vật liệu từ tính Vật liệu từ tính N (a) S (b) Hình Hình ảnh từ thơng vật liệu từ tính từ trường (a) không xuất khuyết tật (b) xuất khuyết tật Khuyết tật vật liệu Xuất ứng suất bất thường vị trí khuyết tật Hiệu ứng Villari Xuất từ thông bất thường ví trí khuyết tật Phát thiết bị chuyên dụng Hình Sơ đồ nguyên lý ứng dụng hiệu ứng Villari phát khuyết tật vật liệu từ Ở Việt Nam, việc sử dụng nguyên lý từ giảo nghịch hạn chế [15] Do việc nghiên cứu nhằm thiết kế, chế tạo thiết bị đo rị rỉ từ trường “tự nhiên” (SMLF) từ vị trí bất thường - ứng suất tập trung mà không yêu cầu áp đặt từ trường bên (trên sở nguyên lý Villari) cho phép cảnh báo sớm khuyết tật có ý nghĩa ứng dụng thực tế Bài báo giới thiệu thiết bị đo từ trường chế tạo Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) kết thử nghiệm ban đầu phát ứng suất tập trung mẫu thép tác động ứng suất Thiết kế, chế tạo thiết bị thu nhận tín hiệu từ trường 2.1 Cấu tạo thiết bị Bản mạch kết nối từ phần riêng biệt khối cảm biến, khối khuếch đại vào lọc nhiễu, khối chuyển đổi tương tự - số khối hiển thị, giao tiếp máy tính Khối cảm biến gồm nguồn ni cảm biến Nguồn ni cung cấp nguồn dịng điện điện áp cho cảm biến đồng thời cung cấp nguồn cho linh kiện mạch khuếch đại, chuyển đổi tương tự - số mạch hiển thị Cảm biến lựa chọn cảm biến chiều Honeywell với độ nhạy cao, cảm biến từ trường hoạt động theo nguyên lý từ trường khổng lồ - GMR Đây loại cảm biến lai gồm cảm biến trục cảm biến trục với khoảng đo ±2 Gs Khối khuếch đại vào lọc nhiễu phận sử dụng mạch để lọc nhiễu từ mơi trường Trong nghiên 70 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 cứu chế tạo thiết bị này, khối tầng khuếch đại sử dụng Khối chuyển đổi tương tự - số (ADC): Mạch chuyển đổi tương tự sang số (chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu digital) linh kiện bán dẫn thực chuyển đổi đại lượng vật lý tương tự liên tục thu nhận từ cảm biến sang giá trị số nhằm biểu diễn độ lớn đại lượng Cảm biến từ có khả thu nhận tín hiệu từ thơng qua tín hiệu đầu điện áp Bộ chuyển đổi tương tự sang số IC ADS1262 có độ phân giải cao khuếch đại lập trình khả kháng nhiễu tốt Khối hiển thị, giao tiếp máy tính phận giúp quan sát trực tiếp tín hiệu hình máy tính, đồng thời cho phép lưu trữ giá trị đo máy tính thẻ nhớ 2.2 Khảo sát đặc trưng cảm biến từ Cảm biến từ Honeywell sử dụng đầu dò từ trường dạng tuyến tính Đầu cảm biến tín hiệu điện áp, tỷ lệ thuận với từ trường áp đặt vng góc với bề mặt cảm biến Để kiểm tra đặc tính cảm biến trước chế tạo thiết bị, tương quan điện áp đầu cảm biến với thay đổi từ trường khảo sát Từ trường áp đặt từ trường đều, tạo cuộn dây (từ trường Helmholtz); đó, cường độ từ trường tạo cuộn dây điều khiển PETROVIETNAM Cảm biến ADC 32Bit IN ADC MCU Phần mềm OUT Hình Sơ đồ ghép nối mạch Trục x Trục y Điện áp đầu (V) Điện áp đầu (V) 0 -5 -4 -3 -2 -1 Từ trường (Gs) -3 -2 -1 Từ trường (Gs) (a) (b) Hình Quan hệ tín hiệu đầu cảm biến từ trường áp đặt theo phương trục x (a) trục y (b) (a) Hình Hình dạng điểm đo mẫu (a) khuyết tật nhân tạo mẫu (b) dòng điện chiều khơng đổi qua Tín hiệu đầu cảm biến lấy thông qua vôn kế có độ xác cao, kết nối máy tính Tương quan tín hiệu đầu cảm biến theo từ trường ngồi áp đặt mơ tả Hình Kết thu cho thấy biến thiên điện đầu cảm biến theo từ trường áp đặt tỷ lệ thuận vùng từ trường -3 Gs đến Gs (tương ứng với từ trường từ -300 µT đến 300 µT) Ngồi vùng từ trường cảm biến đạt trạng thái bão hòa Cảm biến lựa chọn phù hợp để đo từ trường rò sinh từ trường tự nhiên trái đất Với đặc tính cảm biến cấu hình thiết bị thiết kế, mạch in lắp đặt linh kiện tạo thiết bị mẫu để đánh giá đặc tính từ mẫu kim loại từ chịu tác động ứng suất trường hợp có khơng có khuyết tật (b) Thử nghiệm đo từ trường mẫu thép chịu ứng suất 3.1 Chuẩn bị mẫu Các mẫu thép thử nghiệm chế tạo từ thép API 5L, vật liệu sử dụng rộng rãi chế tạo đường ống vận chuyển dầu khí Mẫu thử nghiệm dạng phẳng, hình chày, kích thước đoạn giãn dài khảo sát 190 × 10 × mm (Hình 6) Độ nhám bề mặt Ra 1,6 mm Hai đầu đục lỗ để lắp vào thiết bị thử nghiệm kéo Mẫu đánh dấu điểm đo, điểm cách 10 mm Khuyết tật tạo mẫu để tạo ứng suất tập trung mẫu thử nghiệm kéo Để tránh ứng suất dư ảnh hưởng đến kết đo từ trường sau này, khuyết tật tạo thành phương pháp ăn mịn điện hóa, sử dụng dịng điện anode chiều khơng đổi áp đặt lên mẫu Hình dạng, kích thước độ sâu khuyết tật khống chế diện tích phần mẫu tiếp xúc với dung dịch điện ly điện lượng qua mẫu DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 71 CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ 3.2 Ứng suất kéo 300 250 200 150 100 72 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 0,5 1,5 2,5 Trục Oy -90 Điểm -5 Điểm -4 Điểm -3 Điểm -2 Điểm -1 Điểm Khuyết tật Điện (mV) -100 -110 -120 -130 -140 -150 0,5 1,5 2,5 Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Độ giãn dài (mm) Trục Oz Kết thu 450 300 Điện (mV) Thiết bị đo từ trường tự chế tạo sử dụng để khảo sát biến đổi từ trường trái đất xung quanh mẫu kim loại có khuyết tật nhân tạo tác dụng ứng suất kéo Cảm biến di chuyển song song dọc bề mặt mẫu cách bề mặt mẫu cm Các tín hiệu từ trường thu nhận theo trục Ox phương song song với chiều dài mẫu, Oy - phương song song với chiều ngang mẫu Oz - phương vng góc với bề mặt mẫu Các kết khảo sát từ trường điểm -5, -4, -3, -2, -1 cm Điểm -5 Điểm -4 Điểm -3 Điểm -2 Điểm - Điểm Khuyết tật Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Độ giãn dài (mm) 3.3 Thử nghiệm đo từ trường Các giá trị từ trường đo thiết bị tự chế tạo Đầu dò cảm biến thiết bị di chuyển dọc theo chiều dài mẫu thử nghiệm với khoảng cách không đổi so với bề mặt mẫu; mẫu chịu ứng suất kéo tương ứng với độ giãn dài mẫu thử nghiệm Thiết bị đo từ trường xác định độ biến thiên từ trường tạo xung quanh mẫu thép Các kết từ trường ghi nhận phân tích, đánh giá xác định vị trí có ứng suất tập trung (tương ứng với vị trí khuyết tật tác động lực kéo học) Trục Ox 350 Điện (mV) Để kiểm tra khả phát ứng suất tập trung thiết bị tự chế tạo hiệu ứng từ trường đàn hồi, mẫu thép lắp thiết bị thử nghiệm kéo dạng học DLR để tạo ứng suất kéo Trong trình kéo, mẫu thử định vị thẳng đứng giá đỡ máy thử nghiệm Ứng suất kéo áp đặt lên mẫu thử thông qua độ giãn dài mẫu Các giá trị từ trường điểm đường đo thu thập độ giãn dài xác định trước Sau phép đo, mẫu lại kéo giãn tương ứng với độ giãn dài cao quy trình lặp lại mẫu bị đứt gãy 150 -150 0,5 1,5 2,5 Độ giãn dài (mm) Hình Sự biến thiên từ trường theo độ giãn dài mẫu thép thử nghiệm Điểm -5 Điểm -4 Điểm -3 Điểm -2 Điểm -1 Điểm Khuyết tật Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm PETROVIETNAM Trục Ox 350 Điện (mV) Giãn dài 0% 300 Giãn dài 0,2% 250 Giãn dài 0,4% Giãn dài 0,5% 200 Giãn dài 0,7% 150 Giãn dài 0,9% Giãn dài 1% 100 -5 -4 -3 -2 -1 Khoảng cách đến khuyết tật (mm) Trục Oy -90 Giãn dài 0% Điện (mV) -100 Giãn dài 0,2% -110 Giãn dài 0,4% -120 Giãn dài 0,5% -130 Giãn dài 0,7% Giãn dài 0,9% -140 -150 Giãn dài 1% -5 -4 -3 -2 -1 Khoảng cách đến khuyết tật (mm) Trục Oz 500 Giãn dài 0% 400 Giãn dài 0,2% Điện (mV) 300 Giãn dài 0,4% 200 Giãn dài 0,5% 100 Giãn dài 0,7% Giãn dài 0,9% -100 -200 Giãn dài 1% -5 -4 -3 -2 -1 Khoảng cách đến khuyết tật (mm) Hình Sự biến thiên từ trường dọc theo chiều dài mẫu chịu tác động ứng suất kéo 1, 2, 3, 4, cm so với khuyết tật nhân tạo (điểm 0) ứng suất kéo tác động lên mẫu thép tương ứng với giá trị độ giãn dài khác mẫu ghi nhận Hình biểu diễn biến thiên từ trường theo độ giãn dài mẫu thép trình thử nghiệm kéo Kết thu cho thấy từ trường biến đổi mạnh độ giãn dài mẫu < mm Tại thời điểm mẫu bị kéo giãn tương ứng với ứng suất kéo tăng, từ trường có biến đổi mạnh trục Ox, Oy Oz Khi mẫu bị kéo giãn > mm, tương ứng với độ giãn dài tương đối 0,5%, từ trường có xu hướng biến đổi, dự đốn kim loại chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo Sự biến thiên từ trường thu qua vị trí có khuyết tật (điểm 0) ứng với độ giãn dài khác biểu diễn Hình Do lực kéo tác dụng dọc chiều dài mẫu theo phương trục Ox nên tác động lực biến dạng mẫu theo phương Ox rõ ràng từ trường có biến thiên lớn Khi độ giãn dài tương đối mẫu < 0,5%, tương ứng với vùng đàn hồi mẫu kim loại, dễ dàng phát vị trí khuyết tật thơng qua thay đổi từ trường xung quanh khuyết tật Tuy nhiên độ giãn dài > 0,5%, kim loại có khả chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo, moment từ đạt trạng thái bão hịa từ trường biến đổi không thấy rõ khác biệt từ trường xung quanh vị trí khuyết tật Các đường ống thiết bị áp lực thiết kế để hoạt động trạng thái biến dạng đàn hồi vật liệu Do đó, thiết bị đo từ trường chế tạo xác định từ trường rị bất thường tạo vị trí khuyết tật vật liệu sắt từ làm việc vùng đàn hồi có ý nghĩa lớn việc áp dụng thực tế DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 73 CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ 15 Giãn dài 0% Giãn dài 0,2% Giãn dài 0,4% Chênh lệch điện (mV) 12 Giãn dài 0,5% Giãn dài 0,7% Giãn dài 0,9% Giãn dài 1% -3 -5 -3 -1 Khoảng cách đến khuyết tật (mm) Hình Biến thiên điện dọc theo chiều dài mẫu chịu tác động ứng suất kéo Ngoài địa từ trường (từ trường trái đất), từ trường bất thường tạo ứng suất tập trung, từ trường đo cịn nguồn khác từ trường nguồn điện, vật liệu, thiết bị sắt thép xung quanh… Do đó, để loại bỏ từ trường nhiễu, quan tâm đến từ trường rò “tự nhiên” sinh từ khuyết tật tập trung ứng suất, biến thiên từ trường (gradient từ trường) dọc theo chiều dài mẫu thử nghiệm ứng suất kéo khác (tương ứng với độ giãn dài mẫu thử nghiệm) xác định biểu thị Hình Các kết thu cho thấy vùng biến dạng đàn hồi vật liệu, vị trí khuyết tật (điểm 0), tương ứng với ứng suất tập trung lớn nhất, quan sát rõ biến thiên từ trường lớn chứng tỏ khả thiết bị chế tạo việc phát hiện, dự báo vị trí khuyết tật của vật liệu sắt chịu áp lực thơng qua vị trí từ trường bất thường Kết luận Trên sở nguyên lý Villari, thiết bị cảnh báo sớm khuyết tật phương pháp từ Viện Dầu khí Việt Nam chế tạo thành công, với phạm vi làm việc từ -300 µT đến 300 µT Thiết bị thử nghiệm đo từ trường rò mẫu thép API 5L có khuyết tật nhân tạo tác dụng ứng suất kéo cho kết ban đầu khả quan Thiết bị ghi nhận từ trường xung quanh mẫu thép dạng chày trình thử nghiệm kéo cho thấy rõ biến thiên đáng kể từ trường độ giãn dài < mm (tương ứng với trạng thái biến dạng đàn hồi vật liệu) Trong trường hợp có khuyết tật, thiết bị có khả phát thay đổi từ trường vị trí khuyết tật tập trung ứng suất Các nghiên cứu đạt mở hướng nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra không phá hủy xác định nguy hư hỏng tiềm tàng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với bề mặt kim loại Tài liệu tham khảo [1] Ravi Prakash, Non-destructive testing techniques New Age Science, 2009 [2] J.P Joule, “On the effects of magnetism upon the dimensions of iron 74 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 and steel bars”, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, Vol 30, pp 76 - 87, 1847 DOI: 10.1080/14786444708645656 [3] E Villari, “Change of magnetization by tension and by electric current”, Annals of Physics and Chemistry, Vol 126, pp 87 - 122, 1865 [4] Punit Arora, P.K.Singh, V.Bhasin, K.K.Vaze, D.M.Pukazhendhi, P.Gandhi, and G.Raghava, “Fatigue crack growth behavior in pipes and elbows of carbon steel and stainless steel materials”, Procedia Engineering, Vol 55, pp 703 - 709, 2013 DOI: 10.1016/j proeng.2013.03.318 [5] A.A Dubov, “A study of metal properties using the methode of magnetic memery”, Metal Science and Heat Treatment, Vol 39, pp 401 - 405, 1997 [6] Le Sun, Xin'en Liu, and Hongpan Niu, “A method for identifying geometrical defects and stress concentration zones in MMM technique”, NDT & E International, Vol 107, 2019 DOI: 10.1016/j.ndteint.2019.102133 [7] Anatolii A Dubov and Sergey Kolokolnikov, “Technical diagnostics of equipment and constructions with residual life assessment using the method of metal magnetic memory”, 17th World Conference on Nondestructive Testing, Shanghai, China, 25 - 28 October 2008 [8] M.Roskosz and P.Gawrilenko, “Analysis of changes in residual magnetic field in loaded notched samples”, NDT & E International, Vol 41, No 7, pp 570 - 576, 2008 DOI: 10.1016/j ndteint.2008.04.002 [9] Shi Changliang, Dong Shiyun, Xu Binshi and He Peng, “Stress concentration degree affects spontaneous magnetic signals of ferromagnetic steel under dynamic tension load”, NDT & E PETROVIETNAM International, Vol 43, No 1, pp - 12, 2010 DOI: 10.1016/j ndteint.2009.08.002 Materials, Vol 449, pp 165 - 171, 2018 DOI: 10.1016/j jmmm.2017.09.050 [10] Caoyuan Pang, Jianting Zhou, Ruiqiang Zhao, Hu Ma and Yi Zhou, “Resear on internal force detection method of steel bar in plastic and yielding stage based on metal magnetic memory”, Materials, Vol 12, No 7, 2019 DOI: 10.3390/ma12071167 [13] Dong Lihong, Xu Binshia, Dong Shiyuna, Chen Qunzhic, and Wang Dan, “Variation of stress-induced magnetic signals during tensile testing of ferromagnetic steels”, NDT&E International, Vol 41, No 3, pp 184 - 189, 2008 DOI: 10.1016/j.ndteint.2007.10.003 [11] Guo Pengju, Chen Xuedong, Guan Weihe, Cheng Huayun, and Jiang Heng, “Effect of tensil stress on the variation of magnetic field of low-alloy steel”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol 323, No 20, pp 2474 - 2477, 2011 DOI: 10.1016/j.jmmm.2011.05.015 [14] Stephen G.H Staples, “Using magnetostriction and the villari effect to detect anomalies in steel materials”, PhD Transfer Report, June 26, 2012 [12] Shangkun Ren and Xianzhi Ren, “Studies on law of stress-magnetization based on magnetic memory testing technique”, Journal of Magnetism and Magnetic [15] Nguyễn Thị Lê Hiền, Đoàn Thành Đạt Lê Thị Phương Nhung, “Sử dụng nguyên lý Villari kỹ thuật nhớ từ kiểm tra vật liệu từ chịu lực”, Tạp chí Dầu khí, Số 8, tr 60 - 66, 2020 DESIGN AND ASSEMBLY OF AN APPARATUS SYSTEM BASED ON THE VILLARI EFFECT FOR DETECTING STRESS CONCENTRATION ZONE ON FERROMAGNETIC MATERIALS Nguyen Thi Le Hien, Doan Thanh Dat Vietnam Petroleum Institute Email: hienntl@vpi.pvn.vn Summary This paper presents the study results on the fabrication of a structural integrity assessment apparatus by determining stress concentration zones in pressure pipeline and equipment The apparatus uses a triaxial magnetic field sensor to measure magnetic field components in three axes Ox, Oy, and Oz, in the working range of the magnetic field from -300 µT to 300 µT The investigation of the selfmagnetic leakage field by this apparatus in the API 5L steel specimens under tensile stress shows a high variation of the magnetic field at a steel elongation lower than mm (corresponding to the elastic deformation state of the material) In the case of an artificial defect, the apparatus can detect a change in the magnetic field caused by stress concentration Key words: Magnetic field apparatus, stress concentration zone, integrity assessment, defect detection, self-magnetic flux leakage DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 75 ... vật liệu sắt từ gây xếp lại miền từ Khi chịu tác động từ trường từ trường trái đất, từ trường tự cảm vật liệu tạo gây thay đổi từ trường xung quanh vật liệu (Hình 2) Bằng cách đo phân bố từ trường. .. Việt Nam (VPI) kết thử nghiệm ban đầu phát ứng suất tập trung mẫu thép tác động ứng suất Thiết kế, chế tạo thiết bị thu nhận tín hiệu từ trường 2.1 Cấu tạo thiết bị Bản mạch kết nối từ phần riêng... tương ứng với ứng suất tập trung lớn nhất, quan sát rõ biến thiên từ trường lớn chứng tỏ khả thiết bị chế tạo việc phát hiện, dự báo vị trí khuyết tật của vật liệu sắt chịu áp lực thông qua vị trí