RU2714868C1 - Method of detecting pitting corrosion - Google Patents
Method of detecting pitting corrosion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714868C1 RU2714868C1 RU2019117331A RU2019117331A RU2714868C1 RU 2714868 C1 RU2714868 C1 RU 2714868C1 RU 2019117331 A RU2019117331 A RU 2019117331A RU 2019117331 A RU2019117331 A RU 2019117331A RU 2714868 C1 RU2714868 C1 RU 2714868C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- echo
- energy
- echo signal
- signal
- ultrasonic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля трубопроводов, других металлических конструкциях и может быть использовано для обнаружения питтинговой коррозии (питтинга) в контролируемых изделиях методом направленных акустических волн.The invention relates to the field of non-destructive testing of pipelines, other metal structures and can be used to detect pitting corrosion (pitting) in controlled products by the method of directed acoustic waves.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известен метод ультразвукового контроля трубопроводов с помощью устройства ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением, раскрытый в патенте на изобретение RU 2554323 С1 (МПК: G01N 29/04, G01B 17/02, опубл. 07.03.2018). Способ ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением основан на иммерсионном методе, который заключается в особенности распространения ультразвукового импульса в жидких и твердых средах, а также его отражения от границы раздела сред. Излучение и прием ультразвуковых импульсов производится пьезоэлектрическими преобразователями (далее - ПЭП). В иммерсионном методе ультразвуковые импульсы от ПЭП до объекта распространяются через жидкость. Данные, полученные, при вычислении границы начала изменения толщины стенки, в виде электрического сигнала поступают на аналого-цифровой преобразователь, а далее обрабатываются в логическом блоке, который по наличию в принимаемой диагностической информации дополнительных и превышающих порог эхо-импульсов включает анализ амплитуд сигналов и инициирует вычисление корректирующих значений, затем производится поправка диагностических данных с целью определения четких границ дефекта, и откорректированные уточненные данные поступают в блок накопителя информации.The prior art method for ultrasonic inspection of pipelines using a high-resolution ultrasonic thickness gauge device disclosed in the patent for invention RU 2554323 C1 (IPC: G01N 29/04, G01B 17/02, published 07.03.2018). The high-resolution ultrasonic thickness gauge method is based on the immersion method, which consists in the propagation of an ultrasonic pulse in liquid and solid media, as well as its reflection from the interface. Radiation and reception of ultrasonic pulses is carried out by piezoelectric transducers (hereinafter referred to as PEP). In the immersion method, ultrasonic pulses from the probe to the object propagate through the liquid. The data obtained when calculating the boundary of the beginning of the change in wall thickness in the form of an electric signal is fed to an analog-to-digital converter, and then processed in a logic unit, which, by the presence of additional and exceeding the threshold of echo pulses in the received diagnostic information, includes an analysis of signal amplitudes and initiates correction values are calculated, then the diagnostic data are corrected in order to determine the clear boundaries of the defect, and the corrected updated data are sent to ok information storage device.
Наряду с определением толщины стенки трубопровода, данный способ может быть применим к диагностированию некоторых коррозионных дефектов. Однако возможность обнаружения питтинга данным способом характеризуется низкой вероятностьюAlong with determining the wall thickness of the pipeline, this method can be applied to the diagnosis of some corrosion defects. However, the possibility of detecting pitting in this way is characterized by a low probability
Из уровня техники известен также способ дефектоскопии магистральных нефте- и газопроводов в процессе их эксплуатации, защищенный патентом RU 2153163 С1 (МПК: G01N 29/04, G01N 29/10, опубл. 20.07.2000). Способ включает непрерывное перемещение дефектоскопа с электроакустическим преобразователем вдоль стенки трубопровода, генерирование электроакустическим преобразователем импульсов ультразвуковых колебаний, бесконтактную передачу импульсов ультразвуковых колебаний через перекачиваемую среду в стенку трубопровода, возбуждение ультразвуковых колебаний в стенке трубопровода, отражение ультразвуковых колебаний от неоднородностей материала стенки трубопровода, передачу отраженных ультразвуковых колебаний от стенки трубопровода к электроакустическому преобразователю, запись отраженных ультразвуковых колебаний и определение по результатам измерений характера, размеров и местоположения дефектов в стенке трубопровода. Данный способ дефектоскопии, основанный на сравнении амплитуд прямого и обратного импульсов, определении абсолютной величины коэффициента отражения и сравнения с эталонными данными размеров дефекта по толщине трубопровода, также не позволяет обнаружить несплошности (питтинг), плоскость раскрытия которых не ориентированы нормально к направлению акустической оси преобразователя. Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является метод ультразвукового контроля поверхностными методами, раскрытый в главе 9 монографии (Диагностика технических устройств /[Г А. Бигус, Ю.Ф. Даниев, Н.А. Быстрова, Д.И. Галкин]. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014-615 с), основанный на регистрации изменения параметров упругих волн, возбужденных в контролируемом объекте. При реализации данного метода объект контроля прозвучивается короткими импульсами ультразвуковых колебаний, возбужденных с использованием пьезоэлектрического преобразователя. Отраженные от несплошностей колебания регистрируются тем же преобразователем, в результате на экране дефектоскопа появляется эхо-сигнал. Чем больше размер несплошностей, тем больше энергия отраженных колебаний и амплитуда эхо-сигнала.The prior art also knows the method of inspection of oil and gas pipelines during their operation, protected by patent RU 2153163 C1 (IPC: G01N 29/04, G01N 29/10, publ. 20.07.2000). The method includes continuous movement of a flaw detector with an electro-acoustic transducer along the pipeline wall, generation of ultrasonic vibrations pulses by the electro-acoustic transducer, non-contact transmission of ultrasonic vibrations pulses through the pumped medium to the pipeline wall, excitation of ultrasonic vibrations in the pipeline wall, reflection of ultrasonic vibrations from inhomogeneities of the pipeline wall material, transmission of reflected ultrasonic vibrations from the pipe wall to an electro-acoustic transducer, recording reflected ultrasonic vibrations and determining from the results of measurements the nature, size and location of defects in the pipeline wall. This flaw detection method, based on a comparison of the amplitudes of the forward and reverse pulses, determination of the absolute value of the reflection coefficient and comparison with the reference data of the defect sizes by the thickness of the pipeline, also does not allow to detect discontinuities (pitting), the opening plane of which is not oriented normally to the direction of the acoustic axis of the transducer. The closest analogue of the claimed invention is the method of ultrasonic testing by surface methods, disclosed in
Недостатком данного метода являются невозможность выявления тех несплошностей, плоскости раскрытия которых не ориентированы нормально к направлению контроля (акустической оси преобразователя), и не способных сформировать отраженный эхо-сигнал. Для питтинга характерно именно такое расположение плоскости раскрытия.The disadvantage of this method is the inability to identify those discontinuities, the opening planes of which are not oriented normally to the direction of control (the acoustic axis of the transducer), and are not able to form a reflected echo signal. For pitting, it is this arrangement of the disclosure plane that is characteristic.
В приведенных аналогах реализован амплитудный критерий обнаружения дефектов, который предполагает наличие порога обнаружения сигнала, установленного с превышением уровня шума, как минимум 6 дБ и больше. На сильно корродированной поверхности металлических конструкций происходит рассеивание отраженного эхо-сигнала, что приводит к уменьшению амплитуды эхо-сигнала. При понижении амплитуды эхо-сигнала ниже порога происходит фиксация потери сигнала и, соответственно, потери информации о состоянии металлических конструкций (в частности, трубопровода) в контролируемом участках. В силу этих причин в отобранных аналогах невозможно образмерение питтинга и определение его глубины.In the given analogues, the amplitude criterion for defect detection is implemented, which assumes the presence of a signal detection threshold set with an excess of noise level of at least 6 dB or more. On the strongly corroded surface of metal structures, the reflected echo signal is scattered, which leads to a decrease in the amplitude of the echo signal. When the amplitude of the echo signal decreases below the threshold, the signal loss is fixed and, accordingly, the information on the state of metal structures (in particular, the pipeline) is lost in the controlled areas. For these reasons, in the selected analogues it is impossible to measure the pitting and determine its depth.
Питтинг (питтинговая коррозия) является типичным концентратором напряжений, в области которого происходит резкое увеличение механических напряжений, увеличивающих риск разрушения трубопровода, даже в отсутствие сквозного поражения. Питтинговую коррозию оценивают не по потере массы металла, а числом питтингов на единицу площади, их диаметром и глубиной. Поэтому выявление питтинговой коррозии, учитывая малые размеры питтингов и сложность их обнаружения известными способами ультразвуковой толщинометрии, включая способы, заявленные в отобранных аналогах, является трудной задачей при проведении внутритрубной диагностики трубопроводов.Pitting (pitting corrosion) is a typical stress concentrator, in the area of which there is a sharp increase in mechanical stresses, increasing the risk of pipeline failure, even in the absence of through damage. Pitting corrosion is assessed not by the loss of metal mass, but by the number of pitting per unit area, their diameter and depth. Therefore, the identification of pitting corrosion, given the small size of the pits and the complexity of their detection by known methods of ultrasonic thickness gauging, including the methods stated in the selected analogues, is a difficult task when conducting in-line pipe diagnostics.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа обнаружения питтинговой коррозии ультразвуковыми преобразователями, предназначенными для проведения ультразвуковой толщинометрии стенки трубопровода.The technical problem to which the invention is directed is the development of a method for detecting pitting corrosion by ultrasonic transducers designed to conduct ultrasonic thickness measurement of a pipe wall.
Технический результат заявленного изобретения - обеспечение обнаружения питтинговой коррозии в стенке трубопровода за счет применения энергетического критерия обнаружения дефектов, основанного на сравнении энергии отраженных сигналов от стенки трубопровода без дефекта и с наличием дефекта, и определение глубины питтинга.The technical result of the claimed invention is the provision of detection of pitting corrosion in the pipe wall by applying the energy criterion for detecting defects based on a comparison of the energy of the reflected signals from the pipe wall without a defect and with the presence of a defect, and determining the depth of the pitting.
Совокупность существенных признаков, достаточная для достижения указанного технического результата и определяющая объем правовой охраны предлагаемого изобретения, включает способ обнаружения питтинговой коррозии с помощью ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, предназначенных для проведения ультразвуковой толщинометрии стенки трубопровода, при этом осуществляют генерацию запускающего импульса и прием отраженных эхо-сигналов через постоянный интервал дистанции - скан, усиливают, оцифровывают и передают в бортовой вычислитель по каждому пьезоэлектрическому преобразователю оцифрованную осциллограмму принятого эхо-сигнала, производят накопление и усреднение оцифрованных осциллограмм за два и более циклов озвучивания в каждом скане, измеряют интервал времени между фронтом излученного прямого ультразвукового сигнала и фронтом принятого отраженного ультразвукового сигнала от внутренней поверхности стенки трубопровода, образующий первый эхо-сигнал, вычисляют энергию первого эхо-сигнала; измеряют интервал времени между фронтом первого эхо-сигнала и фронтом принятого отраженного эхо-сигнала от внешней поверхности стенки трубопровода, образующий второй эхо-сигнал, вычисляют энергию второго эхо-сигнала, сравнивают величину энергии второго эхо-сигнала текущего А-скана с величинами энергий вторых эхо-сигналов предыдущих А-сканов, обнаруживают третий эхо-сигнал, в интервале между первым и вторым эхо-сигналами, при наличии третьего эхо-сигнала вычисляют энергию третьего эхо-сигнала, измеряют временной интервал между максимумами энергий второго и третьего эхо-сигналов, определяют глубину питтинга.The set of essential features sufficient to achieve the indicated technical result and defining the scope of legal protection of the present invention includes a method for detecting pitting corrosion using ultrasonic piezoelectric transducers designed to conduct ultrasonic thickness measurement of the pipe wall, while generating a triggering pulse and receiving reflected echo signals through constant distance interval - scan, amplify, digitize and transmit to the onboard The calculator for each piezoelectric transducer digitized waveform of the received echo signal, accumulate and average the digitized waveforms for two or more scoring cycles in each scan, measure the time interval between the front of the emitted direct ultrasonic signal and the front of the received reflected ultrasonic signal from the inner surface of the pipeline wall, forming the first echo, calculate the energy of the first echo; the time interval between the front of the first echo signal and the front of the received reflected echo signal from the outer surface of the pipe wall forming the second echo signal is measured, the energy of the second echo signal is calculated, the energy value of the second echo of the current A-scan is compared with the energies of the second echoes of previous A-scans, detect the third echo, in the interval between the first and second echoes, in the presence of the third echo, calculate the energy of the third echo, measure the time interval between the maxim s energies of the second and third echoes determine the depth of pitting.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации изобретения за счет того, что:In addition, the specified technical result is achieved in special cases of the invention due to the fact that:
- применяют когерентное накопление оцифрованных осциллограмм эхо-сигналов в одном А-скане с последующим усреднением;- apply coherent accumulation of digitized waveforms of echo signals in one A-scan with subsequent averaging;
- формируют на А-скане скользящее окно анализа Та, ширина которого определяется исходя из частоты ультразвукового сигнала по соотношению:- form on the A-scan a sliding analysis window T a , the width of which is determined based on the frequency of the ultrasonic signal according to the ratio:
Та=р×1/Fs,T a = p × 1 / F s ,
где р - коэффициент, определяющий ширину окна анализа, равный 0,5…2,0;where p is a coefficient that determines the width of the analysis window, equal to 0.5 ... 2.0;
Fs - частота ультразвукового сигнала озвучивания, сек-1;F s - the frequency of the ultrasonic sound signal, sec -1 ;
- вычисляют энергию эхо-сигналов с последующим определением максимумов энергии.- calculate the energy of the echo signals with the subsequent determination of the maximum energy.
Осуществление способаThe implementation of the method
В основе заявленного способа положен не амплитудный критерий обнаружения дефектов в трубопроводе, реализованный в способах-аналогах, а энергетический критерий, базирующийся на сравнении энергии отраженных сигналов от стенки трубопровода без дефекта и с наличием дефекта (питтингом).The claimed method is not based on the amplitude criterion for detecting defects in the pipeline, implemented in analogous methods, but the energy criterion, based on comparing the energy of the reflected signals from the pipeline wall without a defect and with the presence of a defect (pitting).
Осуществление заявленного способа обнаружения питтинговой коррозии поясняется фиг. 1-8, гдеThe implementation of the claimed method for detecting pitting corrosion is illustrated in FIG. 1-8 where
на фиг. 1 изображена конструкция носителя ПЭП с траекториями ультразвуковых сигналов;in FIG. 1 shows the design of a probe carrier with trajectories of ultrasonic signals;
на фиг. 2 изображена зона затенения питтингом части площади зоны озвучивания стенки трубопровода;in FIG. 2 shows a pitting shading zone of a portion of the area of a pipe wall sound zone;
на фиг. 3 изображен график расчетной зависимости относительной величины затенения от диаметра питтинга для зон озвучивания диаметром 6 мм и 8 мм;in FIG. Figure 3 shows a graph of the calculated dependence of the relative value of shading on the pitting diameter for sound zones with a diameter of 6 mm and 8 mm;
на фиг. 4 изображена осциллограмма эхо-сигнала, полученная при ультразвуковом озвучивании металлической пластины толщиной 12 мм без имитаторов питтингов;in FIG. 4 shows a waveform of an echo signal obtained by ultrasonic scoring of a
на фиг. 5-8 изображены осциллограммы эхо-сигналов, полученные при ультразвуковом озвучивании металлической пластины толщиной 12 мм с имитаторами питтингов диаметром 1,3 мм, 2,0 мм, 3,2 мм, 4,0 мм, соответственно. Глубина имитаторов питтингов составляет 2,0…2,5 мм.in FIG. Figures 5-8 show oscillograms of echo signals obtained by ultrasonic scoring of a
На фиг. 1-8 приняты следующие обозначения:In FIG. 1-8 the following notation is accepted:
1 - пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП);1 - piezoelectric transducer (PEP);
2 - полоз носителя ПЭП;2 - skid carrier PEP;
3 - стенка трубопровода;3 - wall of the pipeline;
4 - питтинг;4 - pitting;
5 - зона озвучивания на внешней поверхности стенки трубопровода;5 - sound zone on the outer surface of the pipeline wall;
6 - зона озвучивания на внутренней поверхности стенки трубопровода;6 - sound zone on the inner surface of the pipeline wall;
7 - иммерсионная среда;7 - immersion medium;
8 - прямой ультразвуковой сигнал;8 - direct ultrasonic signal;
9 - отраженный ультразвуковой сигнал;9 - reflected ultrasonic signal;
10 - диаграмма направленности ПЭП;10 is a radiation pattern of the probe;
11 - внутренняя поверхность стенки трубопровода;11 - the inner surface of the pipe wall;
12 - внешняя поверхность стенки трубопровода;12 - the outer surface of the pipe wall;
13 - зона затенения питтингом;13 - shading zone pitting;
14 - диаметр питтинга;14 - pitting diameter;
15 - диаметр зоны озвучивания стенки трубопровода;15 - diameter of the sound zone of the pipeline wall;
16 - координата К (коэффициент относительного затенения зоны озвучивания);16 - coordinate K (coefficient of relative shading of the sound zone);
17 - координата Dp (Dp - диаметр питтинга, в мм);17 - coordinate D p (D p - pitting diameter, in mm);
18 - график расчетной зависимости относительного затенения зоны озвучивания от диаметра питтинга для зоны озвучивания диаметром 6 мм;18 is a graph of the calculated dependence of the relative shading of the scoring zone on the pitting diameter for the scoring zone with a diameter of 6 mm;
19 - график расчетной зависимости относительного затенения зоны озвучивания от диаметра питтинга для зоны озвучивания диаметром 8 мм;19 is a graph of the calculated dependence of the relative shading of the scoring zone on the pitting diameter for the scoring zone with a diameter of 8 mm;
20 - эхо-сигнал от внутренней (по отношению к направлению прямых ультразвуковых сигналов) поверхности пластины (первый эхо-сигнал);20 - echo signal from the internal (relative to the direction of direct ultrasonic signals) surface of the plate (first echo signal);
21 - величина энергии;21 is the magnitude of the energy;
22 - эхо-сигнал от внешней поверхности стенки трубопровода (второй эхо-сигнал);22 - echo signal from the outer surface of the pipe wall (second echo signal);
23 - эхо-сигнал от внешней поверхности пластины с наличием имитатора питтинга в зоне озвучивания (третий эхо-сигнал);23 - an echo signal from the outer surface of the plate with the presence of a pitting simulator in the scoring zone (third echo signal);
24 - эхо-сигнал от плоской вершины имитатора питтинга.24 - echo from the flat top of the pit simulator.
Технический результат реализуется способом, который основан на иммерсионном методе ультразвуковой толщинометрии, заключающийся в особенности распространения ультразвукового импульса в жидких и твердых средах, а также его отражения от границы раздела сред. В иммерсионном методе ультразвуковые импульсы излучаются и принимаются пьезоэлектрическими преобразователями 1 (фиг. 1), закрепленными на полозе носителя ПЭП 2, и до объекта озвучивания распространяются через иммерсионную среду 7, которая представляет собой перекачиваемую по трубопроводу жидкость. Для определения толщины стенки трубопровода 3 ПЭП 1 располагаются по всей окружности стенки трубопровода 3 на полозе носителя ПЭП 2, при этом акустические оси ПЭП 1 расположены нормально к оси трубопровода. Ультразвуковые импульсы, образуя прямые ультразвуковые сигналы 8 и отраженные ультразвуковые сигналы 9, кроме решения задач толщинометрии используют для обнаружения питтинга 4 на внутренней поверхности 11 или внешней поверхности 12 стенки трубопровода 3.The technical result is realized by a method that is based on the immersion method of ultrasonic thickness measurement, which consists in the propagation of an ultrasonic pulse in liquid and solid media, as well as its reflection from the interface. In the immersion method, ultrasonic pulses are emitted and received by piezoelectric transducers 1 (Fig. 1), mounted on a skid of the
Конструкция носителя ПЭП 1 (фиг. 1) обеспечивает расположение излучающей и принимающей поверхности ПЭП на некотором фиксированном расстоянии от внутренней поверхности стенки трубопровода 11. Диаграмма направленности 10 ПЭП 1 обеспечивает формирование зон озвучивания 5, 6 на стенках трубопровода.The design of the carrier of the probe 1 (Fig. 1) provides the location of the emitting and receiving surface of the probe at a certain distance from the inner surface of the wall of the pipe 11. The
Полость между ПЭП 1 и внутренней поверхностью стенки трубопровода 11 заполнена иммерсионной средой 7. Ультразвуковой импульс, излученный ПЭП 1, достигает до поверхностей стенки трубопровода 3. После частичного отражения от дефекта на внутренней поверхности 11 или внешней поверхности 12 стенки трубопровода отраженные ультразвуковые сигналы 9 поступают в ПЭП 1, где они преобразуются в электрический сигнал.The cavity between the
При этом процесс генерации запускающего импульса и прием отраженных эхо-сигналов осуществляют через некоторый постоянный интервал дистанции - скан, который вырабатывает электронная аппаратура, расположенная в секции электроники устройства ультразвуковой толщинометрии (на фиг. 1-8 не показана). С помощью электронной аппаратуры усиливают, оцифровывают и передают в бортовой вычислитель (на фиг. 1-8 не показан) по каждому ПЭП 1 оцифрованную осциллограмму (фиг. 4-8) принятого эхо-сигнала, где производят формирование А-скана путем накопления и усреднения оцифрованных осциллограмм, полученных за N циклов озвучивания в этом скане (N - целое число, равное или более двух).In this case, the process of generating a triggering pulse and receiving reflected echo signals is carried out at a certain constant distance interval — a scan, which is generated by electronic equipment located in the electronics section of the ultrasonic thickness gauge device (not shown in Fig. 1-8). Using electronic equipment, amplify, digitize and transmit to the on-board computer (not shown in Fig. 1-8) for each
Затем в бортовом вычислителе производят:Then in the on-board computer produce:
- измерение интервала времени между фронтом излученного прямого ультразвукового сигнала 8 и фронтом принятого отраженного ультразвукового сигнала 9 от внутренней поверхности стенки трубопровода 11 (первый эхо-сигнал);- measuring the time interval between the front of the emitted direct
- вычисление энергии первого эхо-сигнала;- calculation of the energy of the first echo signal;
- измерение интервала времени между фронтом первого эхо-сигнала и фронтом принятого отраженного эхо-сигнала от внешней поверхности стенки трубопровода 12 (второй эхо-сигнал);- measuring the time interval between the front of the first echo and the front of the received reflected echo from the outer surface of the pipe wall 12 (second echo);
- вычисление величины энергии второго эхо-сигнала;- calculation of the energy value of the second echo signal;
- сравнение величины энергии второго эхо-сигнала, текущего А-скана с величинами энергий вторых эхо-сигналов предыдущих А-сканов;- comparison of the energy values of the second echo signal, the current A-scan with the energy values of the second echo signals of the previous A-scans;
- обнаружение третьего эхо-сигнала, в интервале между первым и вторым эхо-сигналами;- detection of a third echo, in the interval between the first and second echoes;
- при наличии третьего эхо-сигнала вычисление величины энергии третьего эхо-сигнала;- in the presence of a third echo signal, the calculation of the energy value of the third echo signal;
- измерение временного интервала между максимумами энергий второго и третьего эхо-сигналов.- measurement of the time interval between the maximum energies of the second and third echo signals.
Практическую реализацию данного способа осуществляют путем доработки трактов обработки сигналов существующих внутритрубных дефектоскопов, работающих в режиме измерения толщины стенки. Доработка может осуществляться добавлением к традиционному тракту обработки сигнала параллельного канала, реализующего предложенный энергетический метод обнаружения питтинга.The practical implementation of this method is carried out by finalizing the signal processing paths of existing in-line flaw detectors operating in the mode of measuring wall thickness. Refinement can be carried out by adding to the traditional signal processing path a parallel channel that implements the proposed energy method for detecting pitting.
Заявленный способ отличается от способа-прототипа тем, что при попадании питтинга 4 в зоны озвучивания 5,6 происходит затенение питтингом части зоны озвучивания на внешней поверхности стенки 12 или на внутренней поверхности стенки 11 трубопровода, уменьшая энергию отраженного эхо-сигнала.The claimed method differs from the prototype method in that when pitting 4 gets into the sounding
На фиг. 2 показана зона затенения питтингом 13 части площади зоны озвучивания на внешней поверхности стенки трубопровода 5, причем диаметр питтинга 14 меньше диаметра зоны озвучивания стенки трубопровода 15, что типично при питтинговой коррозии.In FIG. Figure 2 shows the shading zone by pitting 13 of the area of the sounding zone on the outer surface of the
Третий эхо-сигнал может сформироваться в интервале между первым и вторым эхо-сигналами при отражении энергии ультразвукового импульса от плоской вершины или дна питтинга 4. Уменьшение величины энергии второго эхо-сигнала пропорциональна площади питтинга с диаметром питтинга 14 (фиг. 2), который находится в зоне озвучивания с диаметром 15 (фиг. 2) на внешней поверхности стенки трубопровода 12 или на внутренней поверхности стенки трубопровода 11.The third echo signal may be formed in the interval between the first and second echo signals when the energy of the ultrasonic pulse is reflected from a flat top or bottom of the pitting 4. The decrease in the energy of the second echo is proportional to the pitting area with the pitting diameter 14 (Fig. 2), which is located in the voicing zone with a diameter of 15 (Fig. 2) on the outer surface of the wall of the
На фиг. 3 приведены графики расчетных зависимостей 18, 19, построенные в координатах «коэффициент относительного затенения 16 - диаметр питтинга 17» для двух диаметров зон озвучивания 6 мм и 8 мм.In FIG. Figure 3 shows the graphs of the calculated
Коэффициент относительного затенения определяют по формуле:The relative shading coefficient is determined by the formula:
где K - коэффициент относительного затенения;where K is the relative shading coefficient;
- площадь зоны озвучивания, мм2; - the area of the scoring zone, mm 2 ;
- площадь зоны затенения питтингом, мм2. - the area of the shading zone by pitting, mm 2 .
Учитывая, что питтинги могут иметь разнообразные формы, уровень отраженных сигналов может быть соизмерим с шумом приемного тракта, поэтому для обнаружения малых сигналов необходимо применять когерентное накопление N оцифрованных осциллограмм эхо-сигналов в одном А-скане с последующим усреднением. Это позволит увеличить отношение сигнал/шум и с большой вероятностью обнаруживать эхо-сигналы от питтингов. При наличии третьего эхо-сигнала глубину питтинга определяют по формуле:Considering that pits can have various forms, the level of reflected signals can be commensurate with the noise of the receiving path; therefore, to detect small signals, it is necessary to use coherent accumulation of N digitized waveforms of echo signals in one A-scan followed by averaging. This will increase the signal-to-noise ratio and, with a high probability, detect echoes from pits. In the presence of a third echo, the pitting depth is determined by the formula:
где Hpt - глубина питтинга, мм;where H pt - pitting depth, mm;
V - скорость ультразвука в металле, мм/с;V is the speed of ultrasound in the metal, mm / s;
t - временной интервал между максимумами энергий эхо-импульсов второго 22 и третьего эхо-сигналов 23.t is the time interval between the maxima of the energy of the echo pulses of the second 22 and third echo signals 23.
Энергию эхо-импульсов принятых эхо-сигналов рассчитывают по формулам:The energy of the echo pulses of the received echo signals is calculated by the formulas:
где Ai - амплитуда эхо-сигнала в i-ом шаге дискретизации, В;where A i is the amplitude of the echo signal in the i-th sampling step, V;
Та - ширина окна анализа эхо-сигнала (время анализа, в течение которого производится вычисление энергии эхо-сигнала), с;T a - width of the analysis window of the echo signal (analysis time, during which the calculation of the energy of the echo signal is performed), s;
Fs - частота ультразвукового сигнала озвучивания, с-1;F s is the frequency of the ultrasonic sound signal, s -1 ;
i=1…m - число отсчетов в окне анализа;i = 1 ... m is the number of samples in the analysis window;
δ - шаг дискретизации эхо-сигнала, с;δ is the sampling step of the echo signal, s;
р - коэффициент, определяющий ширину окна анализа.p - coefficient determining the width of the analysis window.
Для уменьшения погрешностей от дискретизации эхо-сигнала частота дискретизации должна быть в 8 - 10 раз выше рабочей частоты ПЭП. Коэффициент р изменяют при настройке системы для выбора оптимальной ширины окна анализа.To reduce errors from echo sampling, the sampling frequency should be 8 - 10 times higher than the probe working frequency. The coefficient p is changed when tuning the system to select the optimal width of the analysis window.
В процессе приема и дискретизации эхо-сигналов в одном скане происходит формирование N массивов (осциллограмм) эхо-сигналов, которые запоминаются в бортовом вычислителе. Далее производится когерентное накопление и усреднение N массивов и формирование одного А-скана. В полученном А-скане формируется скользящее окно (окно анализа), включающее m - дискретных значений, в котором производится вычисление энергии Е по формуле (3). Полученное значение записывается в память вычислителя с временем прихода равному середине окна анализа. Далее окно сдвигается на один шаг квантования δ эхо-сигнала и процесс вычисления энергии с записью в бортовой вычислитель повторяется. После завершения процесса вычисления энергии на всем временном интервале озвучивания, производится поиск максимумов энергии в полученном «энергетическом» А-скане, которые являются энергетическими центрами эхо-сигналов от внутренней поверхности стенки трубопровода 11 и от внешней поверхности стенки трубопровода 12, а при наличии питтинга 4 - эхо-сигнала от его плоской вершины. Все полученные данные записываются в бортовой накопитель для дальнейшего анализа.In the process of receiving and sampling echo signals in one scan, N arrays (oscillograms) of echo signals are generated, which are stored in the on-board computer. Next, coherent accumulation and averaging of N arrays and the formation of one A-scan are performed. In the obtained A-scan, a sliding window (analysis window) is formed, including m - discrete values, in which the energy E is calculated by the formula (3). The resulting value is recorded in the memory of the calculator with an arrival time equal to the middle of the analysis window. Then the window is shifted by one step of quantization δ of the echo signal and the process of calculating energy with writing to the on-board computer is repeated. After completing the process of calculating energy over the entire time interval of scoring, a search is made of the energy maxima in the obtained “energy” A-scan, which are the energy centers of the echo signals from the inner surface of the pipe wall 11 and from the outer surface of the
Энергетический критерий эффективно работает даже при амплитудном отношении сигнал/шум равным 1, так как спектральная плотность шума в окне анализа Та будет меньше спектральной плотности при наличии в окне анализа сигнала с шумом. Это объясняется тем, что ширина окна анализа эхо-сигнала Та оптимально выбрана для приема эхо-сигнала. Например, при частоте зондирующего прямого ультразвукового сигнала 4 МГц (Ts=0,25 мкс) максимальная ширина окна анализа Та составит 0,5 мкс. Кроме того, в энергетическом способе применение когерентного накопления N массивов эхо-сигналов дополнительно увеличивает отношение сигнал/шум.The energy criterion works effectively even when the amplitude signal-to-noise ratio is 1, since the spectral density of noise in the analysis window T a will be less than the spectral density if there is a signal with noise in the analysis window. This is because the width of the echo analysis window T a is optimally selected for receiving the echo signal. For example, when the frequency of the probing direct ultrasonic signal is 4 MHz (T s = 0.25 μs), the maximum width of the analysis window T a will be 0.5 μs. In addition, in the energy method, the use of coherent accumulation of N arrays of echo signals further increases the signal-to-noise ratio.
В общем случае, ширина окна анализа Та определяется соотношением (4) исходя из частоты ультразвукового сигнала и коэффициента р, величина которого определяется степенью демпфирования кристалла ПЭП.In the general case, the width of the analysis window T a is determined by relation (4) based on the frequency of the ultrasonic signal and the coefficient p, the value of which is determined by the degree of damping of the probe crystal.
В настоящее время ПЭП для толщинометрии во внутритрубной диагностике работают на частотах от 2 МГц до 10 МГц.Currently, probes for thickness gauging in in-line diagnostics operate at frequencies from 2 MHz to 10 MHz.
Способ обнаружения питтинга заключается в сравнении значения энергии эхо-сигналов в предыдущих А-сканах с соответствующими значениями энергий, полученными в последнем скане. При наличии питтинга 4, например, на внешней поверхности стенки трубопровода 12 энергия эхо-сигнала от внутренней поверхности стенки трубопровода 11 не изменится, а энергия эхо-сигнала от внешней поверхности стенки трубопровода 12 в результате затенения питтингом 4 уменьшится пропорционально увеличению диаметру питтинга 14. При наличии третьего эхо-сигнала можно определить глубину питтинга по формуле (2).A method for detecting pitting is to compare the energy values of the echo signals in previous A-scans with the corresponding energy values obtained in the last scan. In the presence of pitting 4, for example, on the outer surface of the wall of the
Осциллограммы эхо-сигналов (фиг. 4-8) иллюстрируют реализацию предлагаемого способа на примере эксперимента по обнаружению питтинга в металлической пластине толщиной 12 мм без питтинга и с нанесенными на ней имитаторами питтингов разных диаметров. (1,3 мм, 2,0 мм, 3,2 мм, 4,0 при постоянной глубине имитаторов питтингов, равной 2,0…2,5 мм).Oscillograms of echo signals (Figs. 4–8) illustrate the implementation of the proposed method by the example of an experiment to detect pitting in a
При отсутствии имитатора питтинга значения энергии эхо-сигнала от внутренней поверхности пластины 20 и эхо-сигнала от внешней поверхности пластины 22 практически не отличаются друг от друга (фиг. 4), так как отсутствует зона затенения питтингом 13.In the absence of a pit simulator, the values of the energy of the echo signal from the inner surface of the
На осциллограммах эхо-сигналов (фиг. 5-8) четко фиксируется эхо-сигнал от плоской вершины имитатора питтинга 24, что позволяет определять местоположение дефекта. Величина энергии 21 эхо-сигнала от внешней поверхности пластины с наличием имитатора питтинга в зоне озвучивания 23 пропорционально уменьшается с увеличением диаметра имитатора питтинга, что позволяет определять размер дефекта.On the oscillograms of the echo signals (Fig. 5-8), the echo signal from the flat top of the
Анализ результатов экспериментов показывает, что предложенный способ обнаружения питтинговой коррозии, основанный на энергетическом анализе эхо-сигналов, позволяет обнаруживать питтинги, которые не определяются известными способами ультразвуковой толщинометрии, и определять их глубину.An analysis of the experimental results shows that the proposed method for detecting pitting corrosion, based on the energy analysis of echo signals, allows to detect pits that are not determined by known methods of ultrasonic thickness gauging, and to determine their depth.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117331A RU2714868C1 (en) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | Method of detecting pitting corrosion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117331A RU2714868C1 (en) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | Method of detecting pitting corrosion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2714868C1 true RU2714868C1 (en) | 2020-02-19 |
Family
ID=69626157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019117331A RU2714868C1 (en) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | Method of detecting pitting corrosion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2714868C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113063593A (en) * | 2021-03-15 | 2021-07-02 | 西安交通大学 | Rolling bearing signal characteristic information acquisition method based on ultrasonic echo energy coefficient |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4641529A (en) * | 1984-04-12 | 1987-02-10 | Magnaflux Pipeline Services, Inc. | Pipeline inspection device using ultrasonic apparatus for corrosion pit detection |
RU2312334C2 (en) * | 2003-07-09 | 2007-12-10 | Пии Пайптроникс Гмбх | Method and device for testing pipelines |
US8806944B2 (en) * | 2009-09-18 | 2014-08-19 | Conocophillips Company | High precision ultrasonic corrosion rate monitoring |
RU2536779C1 (en) * | 2013-09-19 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method of determination of rate of corrosion of metal buildings and device for its implementation |
RU2554323C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-06-27 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК"Транснефть") | Method of ultrasound depth measurement with high resolution |
-
2019
- 2019-06-04 RU RU2019117331A patent/RU2714868C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4641529A (en) * | 1984-04-12 | 1987-02-10 | Magnaflux Pipeline Services, Inc. | Pipeline inspection device using ultrasonic apparatus for corrosion pit detection |
RU2312334C2 (en) * | 2003-07-09 | 2007-12-10 | Пии Пайптроникс Гмбх | Method and device for testing pipelines |
US8806944B2 (en) * | 2009-09-18 | 2014-08-19 | Conocophillips Company | High precision ultrasonic corrosion rate monitoring |
RU2536779C1 (en) * | 2013-09-19 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method of determination of rate of corrosion of metal buildings and device for its implementation |
RU2554323C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-06-27 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК"Транснефть") | Method of ultrasound depth measurement with high resolution |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113063593A (en) * | 2021-03-15 | 2021-07-02 | 西安交通大学 | Rolling bearing signal characteristic information acquisition method based on ultrasonic echo energy coefficient |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4785151B2 (en) | Ultrasonic flaw detection apparatus and method | |
US5092176A (en) | Method for determining deposit buildup | |
US8170809B2 (en) | Guided waves for nondestructive testing of pipes | |
US9927405B2 (en) | Processing signals acquired during guided wave testing | |
EP2472254B1 (en) | Ultrasonic non-destructive inspection method, in particular for composite material structures for aeronautical applications | |
JPH0352908B2 (en) | ||
JP4166222B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus | |
US5661241A (en) | Ultrasonic technique for measuring the thickness of cladding on the inside surface of vessels from the outside diameter surface | |
CN109196350B (en) | Method for detecting defects in materials by ultrasound | |
US6925881B1 (en) | Time shift data analysis for long-range guided wave inspection | |
US20210293947A1 (en) | Continuous wave ultrasound or acoustic non-destructive testing | |
JP2013130572A (en) | Ultrasonic thickness measurement method and instrument | |
JP5192939B2 (en) | Defect height estimation method by ultrasonic flaw detection | |
JP5112942B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus | |
JP2011027571A (en) | Piping thickness reduction inspection apparatus and piping thickness reduction inspection method | |
JP5562118B2 (en) | Ultrasonic nondestructive measuring method, ultrasonic nondestructive measuring device, and program | |
JP2003004710A (en) | Method for inspecting padded pipe | |
RU2714868C1 (en) | Method of detecting pitting corrosion | |
KR100553570B1 (en) | Method for non-destructive testing of concrete structure | |
JP2021103100A (en) | Delamination inspection method and delamination inspection device for laminated body | |
RU2231753C1 (en) | Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses | |
JP4405821B2 (en) | Ultrasonic signal detection method and apparatus | |
JP2001343365A (en) | Thickness resonance spectrum measuring method for metal sheet and electromagnetic ultrasonic measuring method for metal sheet | |
RU2621216C1 (en) | Intra tube method of ultrasonic testing of welds | |
RU2687846C1 (en) | Method of determining pipeline wall thickness in zone of defect of "metal loss" type based on statistical stabilization of signal parameters according to ultrasonic section wm |