BR112019015872A2 - electromagnetic method and device for detecting defects - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um dispositivo para detectar defeitos em estruturas multicamadas compostas de camadas de barras ou fios ferromagnéticos tendo diferentes orientações. o dispositivo compreende primeiro meios magnéticos adequados para gerar, na camada superior, um campo magnético canalizado seguindo a orientação dos fios magnéticos da camada superior e tantos meios magnéticos quantos forem as camadas inferiores localizadas acima da camada a ser inspecionada, cada meio magnético sendo atribuído a uma camada inferior e sendo adequado para gerar, na referida camada inferior, um campo magnético canalizado seguindo a orientação dos fios magnéticos na referida camada atribuída. o dispositivo compreende meios de emissão / recepção de campo eletromagnético dispostos acima da camada superior, adequados para emitir um campo eletromagnético na camada a ser inspecionada e para receber, em resposta, sinais representativos do estado dos fios magnéticos na camada a ser inspecionada.the present invention relates to a device for detecting defects in multilayer structures composed of layers of ferromagnetic bars or wires having different orientations. the device first comprises magnetic means suitable for generating, in the upper layer, a channeled magnetic field following the orientation of the magnetic wires of the upper layer and as many magnetic means as there are lower layers located above the layer to be inspected, each magnetic medium being assigned to a lower layer and being suitable for generating, in said lower layer, a channeled magnetic field following the orientation of the magnetic wires in said assigned layer. the device comprises electromagnetic field emission / reception means arranged above the upper layer, suitable for emitting an electromagnetic field in the layer to be inspected and to receive, in response, signals representative of the state of the magnetic wires in the layer to be inspected.
Description
MÉTODO E DISPOSITIVO ELETROMAGNÉTICO PARA DETECTAR DEFEITOSMETHOD AND ELECTROMAGNETIC DEVICE TO DETECT DEFECTS
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A invenção refere-se ao campo de testes não destrutivos, e em particular a um método eletromagnético e dispositivo para detectar defeitos.FIELD OF THE INVENTION [001] The invention relates to the field of non-destructive testing, and in particular to an electromagnetic method and device for detecting defects.
ESTADO DA TÉCNICA [002] Numerosas estruturas, tais como cabos de pontes suspensas (consistindo em cordões de metal enrolados sucessivamente em várias orientações), pneus (incorporando camadas metálicas em várias orientações, em particular na banda de rodagem e nas paredes laterais), tubulações submarinas para transporte de fluidos (incorporando barras de ferro ou fios enrolados helicoidalmente em várias camadas para evitar que o tubo seja esmagado) são submetidos a altas tensões, que podem. afetá-los negativamente. Dentro deste último exemplo, vêm. os tubos de petróleo flexíveis, ou tubos de elevação, que são usados no mar, que devem suportar múltiplas tensões, incluindo pressões internas e externas, flexão longitudinal ou mesmo torção. É então necessário inspecionar essas estruturas regularmente para, detectar qualquer mudança que possa ter consequências severas.STATE OF THE TECHNIQUE [002] Numerous structures, such as suspension bridge cables (consisting of metal strands wound successively in various orientations), tires (incorporating metallic layers in various orientations, in particular on the tread and side walls), pipes submarines for transporting fluids (incorporating iron bars or helically wound wires in several layers to prevent the tube from being crushed) are subjected to high tensions, which can. affect them negatively. Within this last example, they come. flexible oil tubes, or elevation tubes, which are used at sea, which must withstand multiple stresses, including internal and external pressures, longitudinal flexion or even torsion. It is then necessary to inspect these structures regularly to detect any changes that may have severe consequences.
[003] Entre as técnicas de inspeção conhecidas, o teste não destrutivo eletromagnético (NDT) é uma técnica amplamente utilizada para inspecionar estruturas metálicas planas ou tubulares e detectar defeitos, como falhas completas, falhas parciais, como rachaduras ou cortes, ou desgaste devido ât corrosão.[003] Among the known inspection techniques, electromagnetic non-destructive testing (NDT) is a technique widely used to inspect flat or tubular metal structures and detect defects, such as complete failures, partial failures, such as cracks or cuts, or wear due to corrosion.
[004] A patente dos EUA 9.213.018 B2 da Innospection Group Limited apresenta um dispositivo para o teste não[004] US patent 9,213,018 B2 from Innospection Group Limited features a device for non-testing
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 7/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 7/83
2/182/18
perraite que um campo magnético parcialmente saturado seja gerado no componente a ser inspecionado, e a variação na impedância de uma sonda de corrente de Foucault composta deallow a partially saturated magnetic field to be generated in the component to be inspected, and the variation in impedance of an eddy current probe composed of
parcialmente saturado na camada de metal do componentepartially saturated in the metal layer of the component
independentemente da orientação da estrutura metálica a ser i n spec i o n a d a [005] No entanto, alguns componentes tubulares, como os tubos de elevação usados para conectar o leito marinho a uma plataforma de petróleo e levar o petróleo ou gás extraído para a superfície, podem ser flexíveis e, portanto, ter uma estrutura provida de fios de blindagem de metal em várias camadas e em diferentes orientações.regardless of the orientation of the metal structure to be ionized in spec [005] However, some tubular components, such as the elevation tubes used to connect the seabed to an oil platform and bring the extracted oil or gas to the surface, can be flexible and therefore have a structure provided with metal shielding wires in several layers and in different orientations.
[006] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma estrutura interna típica de um tubo de elevação de petróleo flexível (100) . É geralmente composto, de dentro para fora, de uma carcaça interna (102) para impedir que o tubo seja esmagado sob o efeito de pressão externa, de uma bainha de pressão[006] Figure 1 schematically illustrates an internal structure typical of a flexible oil lift tube (100). It is generally composed, from the inside out, of an internal housing (102) to prevent the tube from being crushed under the effect of external pressure, of a pressure sheath
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 8/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 8/83
3/18 (104) , de uma câmara de pressão (106) , de uma camada antidesgaste (108), de blindagem que, dependendo da aplicação, consiste em. várias folhas de blindagem ou camaaas de metal (Ir 0, 1 .i.2) separaaas por uma camada antidesgaste (114) e compostas de fios de metal enrolados em torno de cada camada em diferentes orientações; de uma bainha externa (116).3/18 (104), a pressure chamber (106), an anti-wear layer (108), of shielding which, depending on the application, consists of. several shielding sheets or metal sheets (Ir 0, 1 .i.2) separated by an anti-wear layer (114) and composed of metal wires wrapped around each layer in different orientations; of an external sheath (116).
[007] O teste destes tubos flexíveis de multicamadas, em particular o teste das camadas de metal, e magnéticas, de fios de blindagem exibindo diferentes orientações, apresenta vários problemas incluindo o de inspecionar as camadas de metal enterradas. A patente dos EUA 9.285.345 B2 de Innospection Group Limited propõe um método e dispositivo de teste não destrutivo permitindo que tubos de elevação flexíveis sejam. inspecionados in situ. Ο dispositivo, que é baseado na mesma implementação da técnica de teste de corrente de Foucault de saturação parcial (PSET) como a patente do mesmo requerente citada acima, torna possível obter uma medida de PSET de uma segunda camada metálica variando a intensidade do campo magnético gerado no tubo de elevação usando um. conjunto de unidades de magnetização circundando o tubo de elevação. Aqui, o campo magnético é gerado em uma determinada direção (de acordo com as Figuras, ao longo do eixo do tubo a ser inspecionado) em vez de seguir a orientação dos fios magnéticos. Isso resulta em um aumento na relutância do circuito magnético e, para o mesmo fornecimento de energia, uma diminuição na intensidade do campo magnético nas camadas a serem magnetizadas. As desvantagens dessa abordagem, portanto, residem na necessidade de ter ímãs[007] The test of these flexible multilayer tubes, in particular the test of metal layers, and magnetic, of shielding wires exhibiting different orientations, presents several problems including that of inspecting buried metal layers. US patent 9,285,345 B2 to Innospection Group Limited proposes a non-destructive testing method and device allowing flexible lift tubes to be. inspected in situ. The device, which is based on the same implementation of the partial saturation eddy current test (PSET) technique as the patent of the same applicant mentioned above, makes it possible to obtain a PSET measurement of a second metallic layer by varying the intensity of the magnetic field generated in the lift tube using one. set of magnetizing units surrounding the lift tube. Here, the magnetic field is generated in a certain direction (according to the Figures, along the axis of the tube to be inspected) instead of following the orientation of the magnetic wires. This results in an increase in the reluctance of the magnetic circuit and, for the same energy supply, a decrease in the intensity of the magnetic field in the layers to be magnetized. The disadvantages of this approach, therefore, lie in the need to have magnets
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 9/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 9/83
4/18 muito poderosos para produzir a saturação parcial necessária para o PSET. Além disso, é difícil garantir a magnetização de uma camada específica.4/18 very powerful to produce the partial saturation required for PSET. In addition, it is difficult to guarantee the magnetization of a specific layer.
[008] Assim, existe uma necessidade para uma solução adequada que permita fazer medições para detectar defeitos por meio de testes não destrutivos em estruturas multicamadas.[008] Thus, there is a need for an adequate solution that allows measurements to be made to detect defects by means of non-destructive tests on multilayer structures.
[009] A presente invenção aborda essa necessidade.[009] The present invention addresses that need.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0010] Um objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo e um método para detectar defeitos em estruturas planas, cilíndricas ou de outra forma, apresentando folhas sobrepostas de barras ou fios ferromagnéticos em várias orientações.SUMMARY OF THE INVENTION [0010] An object of the present invention is to provide a device and a method for detecting defects in flat, cylindrical or otherwise structures, presenting overlapping sheets of ferromagnetic bars or wires in various orientations.
[0011] O dispositivo da invenção será aplicado vant.ajosam.ente à detecção de defeitos em estruturas tais como tubos de elevação flexíveis que consistem em fios ou barras enroladas em pelo menos duas direções, estruturas tais como cabos torcidos (para pontes suspensas, por exemplo) ou estruturas tais como carcaças de pneus.[0011] The device of the invention will be advantageously applied to the detection of defects in structures such as flexible lifting tubes consisting of wires or bars wound in at least two directions, structures such as twisted cables (for suspended bridges, for example) example) or structures such as tire casings.
[0012] Vantajosamente, o dispositivo da invenção requer menos energia do que os dispositivos conhecidos para magnetizar eficazmente as camadas de fio superior.[0012] Advantageously, the device of the invention requires less energy than the known devices to effectively magnetize the upper wire layers.
[0013] Novamente com vantagem, ao dosear o nível de magnetização para cada camada superior separadamente, o dispositivo da invenção torna possível controlar a magnetização da camada a ser analisada. É possível manter a camada a ser inspecionada de forma não magnetizada, permitindo assim que o campo magnético seja guiado melhor para detectar falhas nele.[0013] Again with advantage, by dosing the level of magnetization for each upper layer separately, the device of the invention makes it possible to control the magnetization of the layer to be analyzed. It is possible to keep the layer to be inspected in a non-magnetized manner, thus allowing the magnetic field to be better guided to detect flaws in it.
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 10/83 [0014] Para obter os resultados procurados, o que é proposto é um dispositivo para detectar defeitos em uma camada a ser inspecionada de uma estrutura tendo uma pilha de camadas formadas de uma camada superior e uma ou mais camadas inferiores, cada camada sendo constituída de fios magnéticos, os fios de cada camada sendo orientados de forma diferente. 0 dispositivo compreende:Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 10/83 [0014] To obtain the results sought, what is proposed is a device to detect defects in a layer to be inspected of a structure having a stack of layers formed from an upper layer and one or more lower layers, each layer being made up of magnetic wires, the wires of each layer being oriented differently. The device comprises:
primeiros meios magnéticos adequados para gerar, na camada superior, um campo magnético canalizado seguindo a orientação dos fios magnéticos da camada superior;first magnetic means suitable for generating, in the upper layer, a channeled magnetic field following the orientation of the magnetic wires of the upper layer;
tantos meios magnéticos como existem camadas inferiores localizadas acima da camada a ser inspecionada, cada meio magnético sendo atribuído a uma camada inferior e sendo adequado para gerar, na referida camada inferior, um. campo magnético canalizado seguindo a orientação dos fios magnéticos da referida camada atribuída; eas many magnetic means as there are lower layers located above the layer to be inspected, each magnetic medium being assigned to a lower layer and being suitable to generate, in said lower layer, one. channeled magnetic field following the orientation of the magnetic wires of said assigned layer; and
- meios de emissão / recepção de campos eletromagnéticos dispostos acima da camada superior, os meios de emissão ί recepção sendo adequados para emitir um campo eletromagnético na. camada a ser inspecionada e para receber, em resposta, sinais representativos do estado dos fios magnéticos na camada a ser inspecionada.- means of emission / reception of electromagnetic fields disposed above the upper layer, the means of emission and reception being adequate to emit an electromagnetic field in the. layer to be inspected and to receive, in response, signals representative of the state of the magnetic wires in the layer to be inspected.
[0015] De acordo com diferentes variantes de modalidades:[0015] According to different variants of modalities:
meios magnéticos são adequados para gerar, na camada superior e em cada camada inferior localizada aciEia da camada a ser inspecionada, um campo magnético total ou parcialmente saturante em cada uma das referidas camadas;magnetic means are suitable to generate, in the upper layer and in each lower layer located above the layer to be inspected, a magnetic field totally or partially saturating in each of said layers;
cada um dos meios magnéticos é adequado para magnetizar separadamente a referida camada inferior atribuída;each of the magnetic means is suitable for separately magnetizing said assigned lower layer;
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 11/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 11/83
6/18 ~ os meios magnéticos são ímãs;6/18 ~ Magnetic media are magnets;
- os meios magnéticos compreendem um ou mais enrolamentos alimentados por corrente contínua;- the magnetic means comprise one or more windings fed by direct current;
- os meios magnéticos compreendem um ou mais enrolamentos alimentados com energia por um tempo limitado;- the magnetic means comprise one or more windings supplied with energy for a limited time;
- os meios magnéticos são circuitos orientáveis;- the magnetic means are orientable circuits;
- os meios magnéticos são circuitos magnéticos em forma de U;- magnetic media are U-shaped magnetic circuits;
- os braços do U são articulados;- the arms of the U are articulated;
- os meios de emissão / recepção de campos eletromagnéticos são sensores eletromagnéticos de corrente de Foucault tendo bobinas que emitem / recebem no modo de função comum ou no modo de função separada;- the means of emission / reception of electromagnetic fields are electromagnetic eddy current sensors having coils that emit / receive in the common function mode or in the separate function mode;
- o eixo das bobinas pode ser orientado na direção dos fios magnéticos na camada a ser inspecionada;- the coil axis can be oriented in the direction of the magnetic wires in the layer to be inspected;
- os meios de emissão / recepção de campos eletromagnéticos são meios de medições de campo de corrente alternada (ACFM) ou de escoamento de fluxo magnético (MFL) operando com. CC ou em frequências muito baixas;- the means of emission / reception of electromagnetic fields are means of alternating current field measurements (ACFM) or magnetic flux flow (MFL) operating with. DC or at very low frequencies;
- os meios de emissão / recepção de campos eletromagnéticos podem ser orientados na direção dos fios magnéticos na camada a ser inspecionada;- the means of emission / reception of electromagnetic fields can be oriented in the direction of the magnetic wires in the layer to be inspected;
- os meios de emissão / recepção de campos eletromagnéticos compreendem ainda um. circuito magnético adequado para induzir, na camada inferior a ser inspecionada, um campo magnético para magnetização de acordo com a orientação dos fios na referida camada a ser inspecionada;- the means of sending / receiving electromagnetic fields further comprise one. magnetic circuit suitable to induce, in the lower layer to be inspected, a magnetic field for magnetization according to the orientation of the wires in said layer to be inspected;
o dispositivo compreende ainda meios adequados para processar e analisar os sinais representativos do estado dos fios magnéticos na camada a ser inspecionada;the device further comprises suitable means for processing and analyzing signals representative of the state of the magnetic wires in the layer to be inspected;
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 12/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 12/83
7/18 ~ a estrutura é um tubo tubular;7/18 ~ the structure is a tubular tube;
- a estrutura é um tubo de elevação flexível.- the structure is a flexible lifting tube.
[0016] A invenção também abrange um sistema de teste não destrutivo incluindo qualquer uma das variantes do dispositivo da invenção.[0016] The invention also encompasses a non-destructive test system including any of the variants of the device of the invention.
[0017] A invenção também abrange um método para detectar defeitos em uma camada a ser inspecionada de uma estrutura tendo uma pilha de camadas formadas por uma camada superior e uma ou mais camacias inferiores, cacia camacia sendo constituída por fios magnéticos, os fios de cada camada sendo orientados de forma diferente. O método compreende os passos de:[0017] The invention also covers a method to detect defects in a layer to be inspected of a structure having a stack of layers formed by an upper layer and one or more lower layers, cacia camacia being constituted by magnetic wires, the wires of each layer being oriented differently. The method comprises the steps of:
- gerar, na camada superior, um campo magnético canalizado seguindo a orientação dos fios magnéticos da camada superior por meio de primeiros meios magnéticos e por meio de tantos meios magnéticos quanto forem. as camadas inferiores localizadas acima da camada a ser inspecionada, onde cada meio magnético é atribuído a uma camada inferior, um. campo magnético canalizado seguindo a orientação dos fios magnéticos da referida camada atribuída;- generate, in the upper layer, a channeled magnetic field following the orientation of the magnetic wires of the upper layer by means of first magnetic means and by means of as many magnetic means as they are. the lower layers located above the layer to be inspected, where each magnetic medium is assigned to a lower layer, one. channeled magnetic field following the orientation of the magnetic wires of said assigned layer;
emitir um campo eletromagnético na camada a ser inspecionada por meio de meios dispostos acima da camada superior; eemit an electromagnetic field in the layer to be inspected by means arranged above the upper layer; and
- receber, em resposta, sinais representativos do estado dos fios magnéticos na camada a ser inspecionada.- receiving, in response, signals representative of the state of the magnetic wires in the layer to be inspected.
[0018] Vários aspectos e vantagens da invenção aparecerão em apoio da descrição de um modo de implementação' preferencial, mas não limitativo, da invenção, com referência às Figuras abaixo:[0018] Various aspects and advantages of the invention will appear in support of the description of a 'preferred, but not limiting, mode of implementation of the invention, with reference to the Figures below:
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 13/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 13/83
[0021] As Figuras 3a e 3b mostram, era seção ao longo de XZ e YZ, o dispositivo de acordo cora a Figura 2;[0021] Figures 3a and 3b show, in section along XZ and YZ, the device according to Figure 2;
[0022] A Figura 4 ilustra esquematicamente outra modalidade variante do dispositivo da invenção para inspecionar uma estrutura de duas camadas;[0022] Figure 4 schematically illustrates another variant embodiment of the device of the invention for inspecting a two-layer structure;
[0023] As Figuras 5a e 5b ilustram, em seção ao longo de XZ e YZ, o dispositivo de acordo com a Figura 4;[0023] Figures 5a and 5b illustrate, in section along XZ and YZ, the device according to Figure 4;
[0024] A Figura 6 ilustra esquematicamente uma modalidade variante do dispositivo da invenção para inspecionar uma estrutura de três camadas;[0024] Figure 6 schematically illustrates a variant embodiment of the device of the invention for inspecting a three-layer structure;
[0025] A Figura 7 ilustra o dispositivo de acordo com. a Figura 6 em uma vista a partir de cima;[0025] Figure 7 illustrates the device according to. Figure 6 in a top view;
[0026] As Figuras 8a e 8b mostram uma modalidade de um sistema de teste não destrutivo incluindo o dispositivo da invenção de acordo com a Figura 2 em. perspectiva a partir do lado e a partir de cima;[0026] Figures 8a and 8b show an embodiment of a non-destructive test system including the device of the invention according to Figure 2 in. perspective from the side and from above;
[0027] A Figura 9 ilustra as articulações dos braços de um U magnético;[0027] Figure 9 illustrates the articulations of the arms of a magnetic U;
[0028] As Figuras 10a e 10b mostram uma modalidade de um sistema de teste não destrutivo incluindo o dispositivo da invenção de acordo com a Figura 6 em perspectiva do lado e a partir de cima.[0028] Figures 10a and 10b show an embodiment of a non-destructive test system including the device of the invention according to Figure 6 in perspective from the side and from above.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0029] Em geral, para detectar um defeito em uma determinada camada (ou folha), o princípio baseia-se emDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0029] In general, to detect a defect in a given layer (or sheet), the principle is based on
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 14/83 saturar localmente cada uma das camadas localizadas acima da camada a ser inspecionada. Usando um circuito magnético atribuído a cada camada acima da camada a ser inspecionada, um campo magnético permanente na direção determinada de cada camada é gerado. 0 circuito magnético atribuído a cada camada é orientado na direção dos fios de blindagem da camada. A saturação de cada camada é controlada indeperidentemente e pode ser completa ou parcial para cada camada.Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 14/83 locally saturate each of the layers located above the layer to be inspected. Using a magnetic circuit assigned to each layer above the layer to be inspected, a permanent magnetic field in the determined direction of each layer is generated. The magnetic circuit assigned to each layer is oriented in the direction of the shielding wires of the layer. The saturation of each layer is controlled independently and can be complete or partial for each layer.
[0030] De acordo com as modalidades variantes, o campo magnético permanente pode ser gerado em cada camada por meio de ímãs ou por meio de um ou mais enrolamentos alimentados por corrente CC ou enrolamentos que são alimentados com energia por um tempo limitado em torno do tempo de medição de modo a diminuir aquecimento ou para evitar que o sensor seja atraído para as partes magnéticas. Alternativamente, a fonte de alimentação pode variar ao longo de um ciclo, em várias posições do dispositivo para fazer medições. Uma pessoa perita na técnica pode derivar variantes, tais como aplicar ciclos pulsados ou alternados por posição, de modo a. desmagnetizar os materiais por suprimir ou atenuar os campos magnéticos residuais, para depois fornecer um pulso de tensão CC de modo a fazer a medição.[0030] According to the variant modalities, the permanent magnetic field can be generated in each layer by means of magnets or by means of one or more windings fed by DC current or windings that are supplied with energy for a limited time around the measurement time in order to decrease heating or to prevent the sensor from being attracted to the magnetic parts. Alternatively, the power supply can vary over a cycle, at various positions on the device for making measurements. A person skilled in the art can derive variants, such as applying pulsed or alternating cycles by position, in order to. demagnetize the materials by suppressing or attenuating the residual magnetic fields, then providing a pulse of DC voltage in order to make the measurement.
[0031] Para realizar a medição por meio de testes não destrutivos, um sensor eletromagnético é posicionado na superfície da estrutura a ser inspecionada, acima da zona que é magnetizada através das várias camadas, e é orientado na direção dos fios da camada a ser inspecionada e movido ao longo de um fio ou transladado sobre a superfície da[0031] To perform the measurement by means of non-destructive tests, an electromagnetic sensor is positioned on the surface of the structure to be inspected, above the zone that is magnetized through the various layers, and is oriented in the direction of the wires of the layer to be inspected and moved along a wire or transferred over the surface of the
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 15/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 15/83
10/18 estrutura, de modo a produzir um mapa do tubo a ser i ri s p e c i o n a do .10/18 structure, in order to produce a map of the tube to be p ried out.
[0032] De acordo com. uma modalidade variante, o sensor eletromagnético é um sensor de corrente de Foucault (CE) , que é bem conhecido. Ura sensor de EC geralmente compreende pelo menos um circuito eraissor fornecido com CA para produzir ura carapo eletromagnético local e pelo menos um receptor que é sensível a este campo eletromagnético. 0 receptor eletromagnético geralmente consiste de uma bobina receptora (possivelmente várias conectadas juntas, por exemplo, no modo diferencial), através dos terminais dos quais uraa força eletromotriz da raesraa frequência que a da corrente de alimentação alternada é induzida. Assim, o sensor EC do dispositivo da invenção pode ter bobinas que emitem / recebem, no modo de função comum ou no modo de função separada. Podem permitir a medição absoluta ou diferencial. Conforme o sensor é movido sobre a superfície de uma estrutura a ser inspecionada, o circuito emissor é fornecido com um sinal senoidal. Um. campo eletromagnético da mesma frequência é então emitido para o ar e para a estrutura a ser inspecionada. Isto resulta, através dos terminais da bobina receptora, em uma força eletromotriz induzida que surge tanto do acoplamento entre o circuito emissor como a bobina receptora e a partir do campo magnético irradiado pelas correntes induzidas na estrutura (as correntes de Foucault). A faixa de frequência pode ser de algumas dezenas de kilohertz a alguns megahertz, tipicamente de 10 kilohertz a 1 megahertz.[0032] According to. a variant modality, the electromagnetic sensor is a eddy current sensor (CE), which is well known. An EC sensor generally comprises at least one thermal circuit supplied with AC to produce a local electromagnetic shell and at least one receiver that is sensitive to this electromagnetic field. The electromagnetic receiver generally consists of a receiving coil (possibly several connected together, for example, in differential mode), through the terminals from which an electromotive force of the radius is generated at the frequency that the alternating supply current is induced. Thus, the EC sensor of the device of the invention may have coils that emit / receive, in the common function mode or in the separate function mode. They can allow absolute or differential measurement. As the sensor is moved over the surface of a structure to be inspected, the emitter circuit is provided with a sinusoidal signal. An electromagnetic field of the same frequency is then emitted into the air and the structure to be inspected. This results, through the terminals of the receiving coil, in an induced electromotive force that arises both from the coupling between the emitting circuit and the receiving coil and from the magnetic field radiated by the currents induced in the structure (eddy currents). The frequency range can be from a few tens of kilohertz to a few megahertz, typically from 10 kilohertz to 1 megahertz.
[0033] No caso de uma não uniformidade estar presente no material inspecionado (tipicamente uma rachadura ou uma[0033] In the event that a non-uniformity is present in the inspected material (typically a crack or a
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 16/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 16/83
11/18 variação local nas propriedades do .material), o fluxo das correntes induzidas é modificado. 0 receptor de campo magnético mede o campo magnético resultante dessa modificação no caminho das correntes induzidas.11/18 local variation in the properties of the material), the flow of the induced currents is modified. The magnetic field receiver measures the magnetic field resulting from this change in the path of the induced currents.
[0034] De acordo com outra variante, o sensor eletromagnético é um sensor de medição de campo de corrente alternada, ou ACFM, operando em uma ampla gama de frequências, como de alguns kilohertz a várias centenas de kilohertz, tipicamente de 1 kilohertz a 300 kilohertz.[0034] According to another variant, the electromagnetic sensor is an alternating current field measurement sensor, or ACFM, operating over a wide range of frequencies, from a few kilohertz to several hundred kilohertz, typically from 1 kilohertz to 300 kilohertz.
[0035] Em outra variante, o sensor é um sensor de escoamento de fluxo magnético, ou MFL, operando convencionalmente com CC, ou operando em freguências muito baixas entre alguns hertz e algumas dezenas de hertz, o receptor sendo um sensor magnetorresistivo ou um sensor de efeito Hall. Nessas freguências, o efeito das correntes induzidas é insignificante e somente as propriedades magnéticas dos fios estão envolvidas.[0035] In another variant, the sensor is a magnetic flow flow sensor, or MFL, operating conventionally with DC, or operating in very low fractions between a few hertz and a few tens of hertz, the receiver being a magnetoresistive sensor or a sensor Hall effect. In these customers, the effect of the induced currents is insignificant and only the magnetic properties of the wires are involved.
[0036] O emissor do sensor pode ser formado por meio de enrolamentos circulares ou retangulares ou por meio de um circuito magnético tipicamente em forma de U (com. uma lacuna de ar) , fabricado convencionalmente a partir de ferrita ou ferro laminado, potencialmente laminado, em torno do gual enrolamentos são enrolados. O eixo deste U é orientado na direção dos fios da. camada enterrada em que a detecção de defeitos é realizada.[0036] The sensor emitter can be formed by means of circular or rectangular windings or by means of a magnetic circuit typically U-shaped (with an air gap), conventionally manufactured from ferrite or laminated iron, potentially laminated , around which windings are wound. The axis of this U is oriented in the direction of the wires of the. buried layer where defect detection is performed.
[0037] O receptor do sensor pode incluir enrolamentos ou sensores de campo, como sensores de efeito Hall ou sensores magneto-resistivos (MR) . Esta última família de sensores agrupa, em particular, magnetorresistência anisotrópica (AMR.) , magnetorresistência gigante (GMR) ,[0037] The sensor receiver can include windings or field sensors, such as Hall effect sensors or magneto-resistive (MR) sensors. This last family of sensors groups, in particular, anisotropic magnetoresistance (AMR.), Giant magnetoresistance (GMR),
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12/18 magnetorresistência de túnel (TMR) e magnetoimpedância. gigante (GMI).12/18 tunnel magnetoresistance (TMR) and magnetoimpedance. giant (GMI).
[0038] Opcionalmente, o sensor eletromagnético pode ainda incluir um circuito magnético para induzir um campo magnético estático (em particular ao longo do eixo dos fios) na camada a ser inspecionada e permitir que esta camada seja inspecionada para ser parcialmente ou completamente saturada, por introduzir uma corrente continua nos enrolamentos.[0038] Optionally, the electromagnetic sensor can also include a magnetic circuit to induce a static magnetic field (in particular along the wire axis) in the layer to be inspected and allow this layer to be inspected to be partially or completely saturated, for example introduce a direct current into the windings.
[0039] Embora não ilustrado, o dispositivo da invenção é acoplado (por fio ou de outro modo) a um circuito eletrônico compreendendo uma unidade adequada para processar e analisar os sinais das medições pelo sensor eletromagnético, de modo a determinar a presença ou não de defeitos em uma camada inspecionada.[0039] Although not illustrated, the device of the invention is coupled (by wire or otherwise) to an electronic circuit comprising a unit suitable for processing and analyzing the measurement signals by the electromagnetic sensor, in order to determine the presence or not of defects in an inspected layer.
[0040] Por uma questão de clareza da descrição e não limitá-la, o dispositivo da invenção tal como descrito nas Figuras é para inspecionar uma estrutura que tem duas ou três camadas de blindagem. Além disso, embora os circuitos magnéticos que geram campos magnéticos ao longo do eixo dos fios das camadas de blindagem sejam ilustrados como um circuito com. uma. lacuna de ar, tipicamente tomando uma geometria em forma de U, um perito na técnica é capaz de derivar variantes operacionais desta, geometria. Assim, os U podem estar com ou sem sapatas (como mostrado na Figura 9 no final do braço). A finalidade dessas porções é minimizar a lacuna de ar (por exemplo, podem ser moldadas para o diâmetro externo do tubo a ser inspecionado) ou então podem ter uma forma mais complexa (pés chanfrados, em particular) de modo a aumentar o fluxo do campo magnético[0040] For the sake of clarity of the description and not to limit it, the device of the invention as described in the Figures is for inspecting a structure that has two or three layers of armor. In addition, although the magnetic circuits that generate magnetic fields along the wire axis of the shield layers are illustrated as a circuit with. an. air gap, typically taking a U-shaped geometry, a person skilled in the art is able to derive operational variants of this, geometry. Thus, the U can be with or without shoes (as shown in Figure 9 at the end of the arm). The purpose of these portions is to minimize the air gap (for example, they can be molded to the outside diameter of the pipe to be inspected) or else they can be more complex in shape (beveled feet in particular) in order to increase the flow of the field magnetic
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13/18 através aos lios.13/18 through the lios.
[0041] As Figuras 2 a 5 ilustram esquematicamente modalidades variantes do dispositivo da invenção para inspecionar uma estrutura de duas camadas. De uma maneira simplificada, a estrutura é composta de uma primeira camada ou folha de blindaqem superior (201, 301, 401, 501) e de uma segunda camada ou folha de blindaqem inferior (202, 302, 402, 502), mais abaixo, que é, por exemplo, a camada a ser inspecionada. As outras camadas que possivelmente formam a estrutura, como as ilustradas na Figura 1, não são mostradas. Novamente, por uma questão de simplicidade e clareza, a malha de fios de cada camada de blindagem é mostrada com os fios de cada camada sendo orientados a 90 ° uns em. relação aos outros.[0041] Figures 2 to 5 schematically illustrate variant modalities of the device of the invention for inspecting a two-layer structure. In a simplified way, the structure is composed of a first layer or top shield sheet (201, 301, 401, 501) and a second layer or bottom shield sheet (202, 302, 402, 502), below, which is, for example, the layer to be inspected. The other layers that possibly form the structure, such as those illustrated in Figure 1, are not shown. Again, for the sake of simplicity and clarity, the wire mesh of each shield layer is shown with the wires of each layer being oriented at 90 ° each. relation to others.
[0042] O dispositivo da invenção compreende um primeiro circuito magnético (204, 304, 404, 504), mostrado na forma de um U, cujo eixo corre paralelo aos fios da folha superior, permitindo que sejam, magnetizados através de a aplicação de uma corrente continua. De preferência, a corrente aplicada permite que a camada seja completamente magnetizada; no entanto, a magnetização pode ser parcial. O dispositivo compreende ainda um sensor eletromagnético (206, 306, 406, 506) disposto na superfície da estrutura. O sensor no exemplo é mostrado com dois enrolamentos operando em modo de emissor / receptor separado (E / R), cujo eixo é orientado ao longo dos fios da camada a ser inspecionada. As Figuras 3a e 3b mostram, em seção ao longo de XZ e YZ, o dispositivo ilustrado na Figura 2. Por razões de simplicidade, é ilustrada uma estrutura de duas camadas; no entanto, uma pessoa perita na técnica pode aplicar a[0042] The device of the invention comprises a first magnetic circuit (204, 304, 404, 504), shown in the form of a U, whose axis runs parallel to the wires of the top sheet, allowing them to be magnetized through the application of a direct current. Preferably, the applied current allows the layer to be completely magnetized; however, the magnetization can be partial. The device also comprises an electromagnetic sensor (206, 306, 406, 506) arranged on the surface of the structure. The sensor in the example is shown with two windings operating in a separate emitter / receiver (E / R) mode, whose axis is oriented along the wires of the layer to be inspected. Figures 3a and 3b show, in section along XZ and YZ, the device shown in Figure 2. For the sake of simplicity, a two-layer structure is illustrated; however, a person skilled in the art can apply the
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14/18 configuração do exemple à inspeção da segunda camada em uma estrutura tendo três ou mais camadas.14/18 example configuration to inspect the second layer in a structure having three or more layers.
[0043] Para realizar as medições, o dispositivo é transladado preferencialmente ao longo do eixo dos fios da camada a ser inspecionada (como ilustrado pela seta D). No entanto, o dispositivo pode ser movido ao longo de qualquer eixo.[0043] To perform the measurements, the device is preferably moved along the wire axis of the layer to be inspected (as illustrated by arrow D). However, the device can be moved along any axis.
inspecionar uma estrutura de duas camadas, e em que uminspect a two-layer structure, and in which one
inspecionada. O circuito magnético adicional é mostrado nainspected. The additional magnetic circuit is shown in the
modalidades variantes do dispositivo da invenção para insoecionar a última camada de uma estrutura de trêsvariant modalities of the device of the invention to inject the last layer of a structure of three
superior (601, 701), de uma segunda camada ou folha de blindagem superior (602, 702) e de uma terceira camada ou folha de blindagem inferior (603, 703), mais abaixo, que deve ser inspecionada. As outras camadas que possivelmente formam a estrutura, como as ilustradas na Figura 1, não sãoupper (601, 701), a second layer or upper shield sheet (602, 702) and a third lower layer or shield sheet (603, 703), lower, which must be inspected. The other layers that possibly form the structure, such as those illustrated in Figure 1, are not
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15/18 .mostradas. Novamente, por uma questão de simplicidade e clareza, a malha de fios da primeira e segunda camadas superiores é mostrada com os fios orientados em 90 ° uns em relação aos outros, e a malha de fios da terceira camada inferior é mostrada com os fios orientados diferentemente em relação às duas camadas superiores. A Figura 7 ilustra uma vista a partir de cima do dispositivo ilustrado na Figura 6 e da malha das três camadas.15/18 .shown. Again, for the sake of simplicity and clarity, the yarn mesh of the first and second upper layers is shown with the yarns oriented at 90 ° to each other, and the yarn mesh of the lower third layer is shown with the yarns oriented differently in relation to the two upper layers. Figure 7 shows a view from above of the device shown in Figure 6 and the mesh of the three layers.
[0046] O dispositivo da invenção compreende, nesta implementação, ura primeiro circuito magnético (604, 704), mostrado na forma de um U”, cujo eixo corre paralelo aos fios da primeira camada superior (601, 701), e um segundo circuito magnético (610, 710), mostrado na forma de um U, cujo eixo corre paralelo aos fios da segunda camada superior (602, 702). Cada circuito magnético permite que os fios da camada correspondente sejam, magnetizados através da aplicação de uma corrente contínua. De preferência, a corrente aplicada ao primeiro circuito magnético permite que a primeira camada seja completamente magnetizada; no entanto, a magnetização pode ser parcial. Independentemente, a corrente aplicada ao segundo circuito magnético permite pref erencialiaente que a segunda camada seja completamente magnetizada; no entanto, a magnetização pode ser parcial. O dispositivo compreende ainda um sensor eletromagnético (606, 706) disposto na superfície da estrutura. O sensor é mostrado com dois enrolamentos operando em modo de E / R (emissor / receptor) separado, cujo eixo é orientado ao longo dos fios da camada inferior a ser inspecionada (603, 703) . Para fazer as medições, o dispositivo é movido preferencialmente ao longo do eixo dos[0046] The device of the invention comprises, in this implementation, a first magnetic circuit (604, 704), shown in the shape of a U ”, whose axis runs parallel to the wires of the first upper layer (601, 701), and a second circuit magnetic (610, 710), shown in the shape of a U, whose axis runs parallel to the wires of the second upper layer (602, 702). Each magnetic circuit allows the wires of the corresponding layer to be magnetized by applying a direct current. Preferably, the current applied to the first magnetic circuit allows the first layer to be completely magnetized; however, the magnetization can be partial. Regardless, the current applied to the second magnetic circuit preferably allows the second layer to be completely magnetized; however, the magnetization can be partial. The device further comprises an electromagnetic sensor (606, 706) disposed on the surface of the structure. The sensor is shown with two windings operating in separate I / R (emitter / receiver) mode, whose axis is oriented along the wires of the lower layer to be inspected (603, 703). To make the measurements, the device is preferably moved along the axis of the
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 21/83 fios da terceira camada a ser inspecionada (tal como ilustrado pela seta Dj .Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 21/83 wires of the third layer to be inspected (as illustrated by the arrow Dj.
[0047] As Figuras 8a e 8b mostram uma modalidade de um sistema de teste não destrutivo incluindo o dispositivo da invenção de acordo com a Figura 2 em perspectiva a partir do lado (Figura 8a) e de cima (Figura 8b) . Deve ser notado que os fios não são mostrados nestas figuras por uma questão de clareza, os fios da camada superior sendo orientados na mesma direção que a do U e os fios da camada inferior sendo orientados simetricamente com relação àqueles da camada superior em relação ao eixo do tubo flexível. O sistema compreende um transportador (802) em que um circuito magnético em forma de U, composto de dois[0047] Figures 8a and 8b show an embodiment of a non-destructive test system including the device of the invention according to Figure 2 in perspective from the side (Figure 8a) and from above (Figure 8b). It should be noted that the wires are not shown in these figures for the sake of clarity, the wires of the upper layer being oriented in the same direction as that of the U and the wires of the lower layer being oriented symmetrically with respect to those of the upper layer in relation to the axis the flexible tube. The system comprises a conveyor (802) in which a U-shaped magnetic circuit, composed of two
receptor do sensor são otimizados para a estrutura a ser inspecionaaa. O sensor é, de preferência., localizacio no centro do circuito magnético com uma lacuna de ar minima em. relação ao cilindro a. ser inspecionado. Em uma implementação, as bobinas estão em. um transportador fino e adaptável, como uma PCB, que é fino o suficiente para ser flexível e que combina com a curvatura do tubo flexível.sensor receiver are optimized for the structure to be inspected. The sensor is preferably located in the center of the magnetic circuit with a minimal air gap in. relative to the cylinder a. be inspected. In an implementation, the coils are in. a thin, adaptable conveyor, such as a PCB, that is thin enough to be flexible and that matches the curvature of the flexible tube.
[0048] O transportador compreende meios de fixação que permitem que seja combinado com o diâmetro de qualquer tubo ao qual está ligado, seja ele rígido ou flexível. Os pistões permitem que o transportador seja mantido em[0048] The conveyor comprises fixing means that allow it to be combined with the diameter of any tube to which it is connected, be it rigid or flexible. The pistons allow the conveyor to be kept in
Petição 870190073594, de 31/07/2019, pág. 22/83Petition 870190073594, of 7/31/2019, p. 22/83
17/18 contato com o tubo flexível, de modo a evitar variações na lacuna de ar conforme se move. Também é orientável, de tal modo que o sensor eletromagnético que ele suporta é orientado seguindo a orientação dos fios magnéticos da camada a ser inspecionada.17/18 contact with the flexible tube, in order to avoid variations in the air gap as it moves. It is also orientable, in such a way that the electromagnetic sensor it supports is oriented following the orientation of the magnetic wires of the layer to be inspected.
[0049] Vantajosamente, o circuito magnético é orientável de modo a ser posicionado ao longo do eixo dos fios da camada de blindagem superior. Os braços do circuito magnético são articulados como ilustrado na Figura 9. A articulação dos braços permite que a orientação do U seja ajustada de acordo com a orientação dos fios da estrutura a ser inspecionada e o circuito magnético a ser correspondido para vários diâmetros de tubo. Vantajosamente, o mesmo dispositivo de sensor pode ser usado para inspecionar tubos com diferentes estruturas.[0049] Advantageously, the magnetic circuit is orientable so as to be positioned along the wire axis of the upper shield layer. The arms of the magnetic circuit are articulated as shown in Figure 9. The articulation of the arms allows the orientation of the U to be adjusted according to the wire orientation of the structure to be inspected and the magnetic circuit to be matched for various pipe diameters. Advantageously, the same sensor device can be used to inspect tubes with different structures.
[0050] As Figuras 10a e 10b mostram, uma m.odalidade variante do sistema de teste não destrutivo da Figura 8 incluindo o dispositivo da invenção de acordo com a Figura 6 em perspectiva a partir do lado (Figura 10a) e de cima (Figura 10b). Nesta implementação, o sistema compreende um. transportador geral (1002) semelhante ao da Figura 8, em. que dois circuitos magnéticos (604 e 610 da Figura 6), o objetivo dos quais é magnetizar cada uma das duas camadas de blindagem superior (601 e 602 da Figura 6), serão montados. Nesta modalidade, os circuitos magnéticos assumem a forma de um U. Cada circuito é composto de dois braços (10 04--1, 1004-2) e (1008-1, 100 8-2) e de um enrol ament o central (1005, 1007). O sistema também compreende meios para posicionar o sensor eletromagnético (1006) na superfície da estrutura. Vantajosamente, cada circuito[0050] Figures 10a and 10b show, a variant m.modality of the non-destructive test system of Figure 8 including the device of the invention according to Figure 6 in perspective from the side (Figure 10a) and from above (Figure 10b). In this implementation, the system comprises one. general carrier (1002) similar to that of Figure 8, in. that two magnetic circuits (604 and 610 of Figure 6), the purpose of which is to magnetize each of the two layers of upper shield (601 and 602 of Figure 6), will be mounted. In this modality, the magnetic circuits take the form of a U. Each circuit consists of two arms (10 04--1, 1004-2) and (1008-1, 100 8-2) and a central winding ( 1005, 1007). The system also comprises means for positioning the electromagnetic sensor (1006) on the surface of the structure. Advantageously, each circuit
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18/18 .magnético é orientável de modo a. ser posicionado ao longo do eixo dos fios da camada de blindagem superior que é para saturar, os braços do U sendo articulados de modo que o circuito magnético possa ser posicionado o mais próximo possível da estrutura a ser inspecionada. Esta diminuição no espaço de ar promove a penetração do campo magnético na camada a ser saturada e o mesmo sensor pode ser usado para vários diâmetros de tubo.18/18 .magnetic is orientable in order to. be positioned along the wire axis of the upper shield layer that is to be saturated, the U arms being articulated so that the magnetic circuit can be positioned as close as possible to the structure to be inspected. This decrease in air space promotes the penetration of the magnetic field in the layer to be saturated and the same sensor can be used for various pipe diameters.
[0051] Assim, a presente descrição ilustra uma implementação preferida da invenção, mas é não limitativa. Uma aplicação exemplificativa para tubos flexíveis foi escolhida de modo a permitir uma boa compreensão dos princípios da invenção, mas não é de modo algum exaustiva, e deve permitir a um. perito na técnica. fornecer modificações e variantes de implementação para outras aplicações. Em particular, o dispositivo pode ser adaptado para, inspecionar estruturas multicamadas, enquanto mantém, os mesmos princípios.[0051] Thus, the present description illustrates a preferred implementation of the invention, but is non-limiting. An exemplary application for flexible tubes has been chosen to allow a good understanding of the principles of the invention, but it is by no means exhaustive, and should allow one. expert in the art. provide modifications and implementation variants for other applications. In particular, the device can be adapted to inspect multilayer structures, while maintaining the same principles.
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