Спосіб магнітного контролю трубопроводів
Винахід відноситься до галузі техніки неруйнівного контролю труб магістрального трубопровідного транспорту Технічний результат: підвищення надійності та чутливості до виявлення дефектів у трубах магістральних трубопроводів. Сутність: датчики магнітного поля, розташовані на магнітній нейтралі в міжполюсному просторі постійних магнітів, розміщують на заданій відстані один від одного так, що площина кожного датчика паралельна силовим лініям магнітних полюсів. Датчики попарно включають за диференціальною схемою. За характерними ознаками сигналів, що знімаються з датчиків при русі магнітної системи всередині труби, розрізняють поперечні та поздовжньо-орієнтовані дефекти в трубі. 5 іл.
Винахід відноситься до галузі магнітних методів неруйнівного контролю і може бути використане для виявлення дефектів у протяжних об'єктах, наприклад, у трубах магістрального трубопровідного транспорту.
Відомий спосіб магнітного контролю, розроблений ІТЦ "Орггаздефектоскопія" та використовується в інспекційних снарядах "Крот-1000М" та "Крот-1200М", (див. "Додаткові матеріали"). У зазначених снарядах-дефектоскопах застосовано метод реєстрації розсіювання магнітного потоку, що виникає над дефектом. Сигнали від дефектів у трубопроводі, виявлених снарядом-дефектоскопом, записуються та обробляються за допомогою комп'ютерних програм та графічно відображаються на екрані.
Недоліком цього є те, що з аналізі отриманої інформації розглядається лише амплітудне значення сигналу, що дозволяє достовірно визначити вид дефекту.
Відомий спосіб магнітного контролю магістральних трубопроводів (ювілейний збірник МНВО "Спектр", 1994, Г.А.Жукова, Л.А.Хватов, Розвиток методу та засобів магнітної діагностики магістральнихгазопроводів; див. "Додаткові матеріали"), який полягає в тому, що датчики, встановлені по колу з внутрішньої сторони труби, реєструють зміну магнітного поля області дефекту. При цьому аналізується тільки абсолютне значення амплітуди сигналу, що не дозволяє достовірно розпізнати вид дефекту і, крім того, ускладнює проведення аналізу через реєстрацію датчиками сигналів перешкоди, пов'язаної зі зміною зазору між магнітною системою і внутрішньою поверхнею труби, зміною швидкості руху магнітної системи вібрацією та ін.
Найбільш близьким за технічною сутністю пропонованого способу є спосіб магнітного контролю (Патент на винахід №2118816), який полягає в наступному.
Датчики магнітного поля встановлені в магнітній системі по одній лінії, перпендикулярній до магнітної нейтралі, утворюючи "гребінку". У кожній точці вимірювання встановлено по 2 датчики для вимірювання тангенціальної та нормальної складових поля.
Магнітна система з датчиками переміщається над поверхнею, що перевіряється вироби вздовж тріщини. При проходженні магнітної системи над тріщиною з датчиків знімаються сигнали, марковані, тобто. несуть інформацію про номери та координати датчиків, з яких вони зняті.
За сигналами датчиків обчислюються вектори напруженості поля по лінії установки датчиків. За даними обчислення векторів поля, будується векторна функція розподілу поля, яка порівнюється з векторною функцією розподілу, введеною раніше в пам'ять ЕОМ. Порівняння здійснюється з урахуванням характерних ознак. Потім за формульними залежностями, введеними в пам'ять ЕОМ, і за виміряними значеннями параметрів обчислюються характеристики тріщин (глибина, ширина та ін.). Векторні функції розподілу поля дляідентичних тріщин, що мають різні координати щодо полюсів пристрою, що намагнічує, різні, так як для цих точок істотно відрізняється поле фону.
У даному способі з датчиків магнітного поля знімається абсолютне значення сигналу, що ускладнює розпізнавання поздовжніх і поперечних дефектів, так як такі сигнали аналогічні сигналам перешкоди, що виникає, наприклад, через зміну зазору між магнітною системою, що рухається, і внутрішньою поверхнею труби, коливань магнітної системи, зміни її швидкості та ін.
Пропонований спосіб позбавлений зазначеного недоліку. З метою надійного виявлення поперечних та поздовжньо-орієнтованих дефектів у трубі пропонується спосіб магнітного контролю, сутність якого полягає в наступному.
На кресленнях позначено:
Фіг.1 - схема розташування магнітної системи у трубі:
а) схема розташування матриці датчиків магнітного поля міжполюсному просторі;
б) схема диференціального підключення датчиків у варіанті "через два".
1. 10 – датчики магнітного поля;
11 - поздовжня тріщина;
12 - поперечна тріщина;
13 - напрямок утворюючої труби.
14, 15 – магнітні полюси;
16 – матриця датчиків.
Фіг.2 - розподіл поля в області розрізів області темплетів, вирізаних з труби:
а) розподіл магнітних силових ліній.
1 - переріз темплету труби;
2, 3 - скупчення порошку;
5 – надріз глибиною 0.4 Т;
6 – надріз глибиною 0.15 Т;
Т – товщина темплету (труби);
t – товщина немагнітного шару;
L1 - ширина скупчення порошку над надрізом глибиною 0.4 Т;
L2 – ширина області скупчення порошку над надрізом глибиною 0.15 Т;
7 - немагнітна пластина завтовшки5 мм;
N, S – полюси електромагніту;
б) індикаторний малюнок порошку, що осів у області дефекту
Фіг.3 - сигнал від поздовжньої тріщини.
Фіг.4 - сигнал від поперечної тріщини.
Фіг.5 - сигнал від перешкоди (зміна зазору між магнітною системою та поверхнею труби) на бездефектному місці.
Датчики магнітного поля, розташовані на магнітній нейтралі, розміщують на відстані 5. 10 мм один від одного, причому так, що площина кожного датчика паралельна магнітним силовим лініям, і попарно включають за диференціальною схемою. Залежно від вимог до параметрів дефектів, що виявляються, в диференціальну пару можуть включатися датчики, розташовані на відстані 20. 30 мм один від одного, причому деякі датчики можуть входити в дві диференціальні пари. Приклад схеми диференціального підключення "через два" наведено на фіг.1б (1-4, 2-5, 3-6, 4-7, 5-8, 6-9, 7-10 - датчики, включені за диференціальною схемою). По виду ("образу") сигналів, що знімаються з датчиків магнітного поля, визначають сукупність інформативних параметрів, які дозволяють розрізняти поперечні та поздовжньо-орієнтовані дефекти.
Диференціальне підключення датчиків магнітного поля дозволяє значною мірою компенсувати сигнал перешкоди, пов'язаний зі зміною зазору між системою, що намагнічує, і внутрішньою поверхнею труби або іншого об'єкта, що інспектується, а також коливаннями і зміною її швидкості.
При зазначеному способі підключення датчиків сигнали від поздовжніх тріщин мають характерну ознаку, що полягає в тому, що в залежності від розташування тріщини в просторі між датчиками сигнали від однієї або кількох диференціальних пар датчиків обов'язково будуть знаходитись у протифазі по відношенню до сигналів від інших пардатчиків даної магнітної системи. У більшості випадків спостерігається і деякий зсув фази між сигналами від різних датчиків, так як напрям тріщини, як правило, не буває суворо паралельним напрямку руху магнітної системи, а лінія розташування датчиків знаходиться під кутом 45 до цього напрямку, і датчики фіксують дефект по черзі.
Ознаками, що відрізняють сигнали від поперечної тріщини, є дуже різка зміна амплітуди сигналу з подальшою зміною його полярності, мала тривалість сигналу і практично однакове відхилення амплітуди як позитивну, так і негативну область. Крім того, має місце практично постійний зсув фази між сигналами від різних диференціальних пар датчиків магнітної системи (так як датчики фіксують дефект по черзі).
І, нарешті, сигнал від перешкоди відрізняється тим, що всі датчики реагують на перешкоду одночасно, тому сигнали від датчиків змінюватимуться синхронно.
Пропонований спосіб апробовано на експериментальному стенді.
При проведенні експерименту датчики магнітного поля були розташовані в міжполюсному просторі магнітної нейтралі, а магнітна система, яка пересувалася вздовж труби, встановлена так, що вектор магнітної індукції спрямований під кутом 45 градусів по відношенню до утворює труби (фіг.1а).
Для вибору оптимальної відстані між сусідніми датчиками експериментально визначено протяжність магнітного поля над внутрішньою поверхнею труби на відстані 5 мм від неї. З цією метою вирізалися 1 темплети з труби (фіг.2), на поверхні яких робилися надрізи 5, 6 різної глибини. При приміщенні темплету 1 електромагніт N, S і створенні магнітного поля наносилася повітряна суспензія високодисперсного магнітного поляпорошку, який осідав в області штучного дефекту. Вимірювання ширини смужки з осілого порошку, яка пропорційна ефективного значення магнітного поля над дефектом, показали, що при зміні глибини тріщини в межах 15. 40% від товщини стінки труби довжина поля змінюється в межах 13. 16 мм. Експериментально було встановлено, що відстань між датчиками 5. 10 мм при глибині тріщини не менше 15% від товщини труби гарантує появу сигналу від дефекту хоча б на одному з датчиків, що стоять поруч. Крім того, визначено, що оптимальна відстань між датчиками диференціальної пари знаходиться в межах 20. 30 мм. При меншій відстані знижується рівень сигналу, що реєструється, так як зменшується градієнт поля в точках розташування диференціально підключених датчиків. При більшій відстані збільшується вплив сигналу від перешкоди, оскільки, наприклад, через локальну деформацію стінки труби може помітно відрізнятися зазор в точках розташування датчиків між магнітною системою та внутрішньою поверхнею труби.
Деякі з отриманих результатів наведені на фіг.3, 4, 5. На зазначених фігурах показані види сигналів, що знімаються з датчиків магнітного поля від таких дефектів, як поздовжня та поперечна тріщини в стінці труби, а також сигнали, пов'язані зі зміною зазору між магнітною системою та внутрішньою поверхнею труби.
Як видно з наведених даних, сигнали від магнітних полів різноспрямованих дефектів принципово відрізняються один від одного і сигналів перешкоди, що дозволяє їх легко розпізнати.
На фіг.3 показаний сигнал, знятий п'ятьма диференціальними парами датчиків при проходженні магнітної системи над поздовжньою тріщиною в трубі діаметром 1220 мм. Відмітною ознакою поздовжньої тріщини в даномуУ випадку є те, що сигнали від двох диференціальних пар датчиків знаходяться в протифазі з рештою трьох пар. Крім того, між сигналами від датчиків є деякий зсув фази.
Фіг.4 ілюструє ознаки, характерні сигналів від поперечної тріщини. Як зазначалося вище, такими ознаками є різке наростання і зниження амплітуди сигналу і відхилення амплітуди сигналу, що мало відрізняється, в позитивну і негативну область. Тут також спостерігається постійний зсув фази між сигналами від різних датчиків магнітної системи.
Сигнали від датчиків, отримані при русі магнітної системи бездефектному місцю труби при зміні зазору між магнітною системою і внутрішньою поверхнею труби, показані на фіг.5. В даному випадку всі сигнали від датчиків змінюються синфазно, що принципово відрізняє їх від сигналів, отриманих під час проходження над поздовжньою тріщиною.
Таким чином, наведена та обґрунтована сукупність ознак запропонованого способу є необхідною та достатньою для виявлення та розпізнавання поздовжніх та поперечних дефектів у трубах магістрального трубопроводу.
Використання запропонованого способу на снарядах-дефектоскопах забезпечить надійне виявлення поздовжніх та поперечних дефектів у трубах трубопровідного транспорту.
Спосіб магнітного контролю при внутрішньотрубній діагностиці, що полягає в тому, що датчики магнітного поля розташовують в міжполюсному просторі магнітної нейтралі, а магнітну систему встановлюють так, що вектор магнітної індукції спрямований під кутом 45 по відношенню до труби, що утворює, і пересувають її вздовж труби, що відрізняється тим , Що датчики магнітного поля розміщують на відстані 5-10 мм один від одного, причому так, що площина кожного датчика паралельнасиловим лініям магнітних полюсів, включають попарно за диференціальною схемою, а відстань між диференціально включеними датчиками в кожній парі встановлюють в межах 20-30 мм, і за характерними ознаками сигналу розрізняють поперечні та поздовжньо-орієнтовані дефекти в трубі.