BRPI0615440A2 - método de teste ultra-sÈnico e método de fabricação de cano ou tubo sem costura - Google Patents

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Abstract

MéTODO DE TESTE ULTRA-SÈNICO E MéTODO DE FABRICAçãO DE CANO OU TUBO SEM COSTURA. A presente invenção refere-se a um ângulo de incidência circunferencial <244>i de uma onda ultra-sónica transmitida a partir de uma sonda ultrasónica 1 sobre um objeto de teste tubular P e um ângulo de incidência axial <225>i da onda ultra-sónica transmitida a partir da sonda ultra-sónica 1 sobre o objeto de teste tubular P que é estabelecido baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular P, de modo que ângulo interno de refração <sym>k calculado a partir do ângulo de incidência circunferencial <244>i, do ângulo de incidência axial <225>i, e da proporção de espessura para diãmetro externo t/D do objeto de teste tubular não pode ser menor do que 35<198> e não maior do que 60<198>.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DETESTE ULTRA-SÔNICO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE CANO OUTUBO SEM COSTURA".
Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um método de teste ultra-sônicopara detectar, por utilizar ondas ultra-sônicas, uma falha de superfície inter-na de um objeto de teste tubular tal como um cano ou tubo de aço e com ummétodo para fabricar um cano ou tubo sem costura por utilizar este métodode teste ultra-sônico e, mais especificamente, com um método de teste ultra-sônico capaz de detectar falhas de superfície interna possuindo vários ângu-los de inclinação com respeito a uma direção axial de um objeto de testetubular com quase a mesma capacidade de detecção independente de umaproporção de espessura para diâmetros externos e de ângulos de inclinaçãodas falhas de superfície interna do objeto de teste tubular, e com um métodode fabricação de cano ou tubo sem costura utilizando este método de testeultra-sônico.
Antecedentes da Técnica
À medida que a demanda por canos ou tubos com qualidadesuperior cresceu nos últimos anos, existe uma crescente tendência de quepadrões de teste não destrutivos para canos ou tubos (daqui para frente re-feridos como "canos" quando julgado apropriado) estão se tornando maisrigorosos.
Por exemplo, um cano sem costura, o qual é um cano típico, éfabricado pela perfuração de um lingote com um instrumento perfurante paraformar um casco oco e pela laminação do casco oco com um Iaminador demandril ou coisa parecida. O cano sem costura possui falhas possuindo vá-rios ângulos de inclinação (daqui para frente referidas como "falhas inclina-das" quando julgado apropriado) com respeito à direção axial.
Uma falha inclinada é acreditada como sendo causada pela de-formação na direção axial de uma rachadura longitudinal originalmente exis-tente no lingote no processo de fabricação acima ou pela transferência deuma falha existente em uma face de orientação de uma sapata de guia paradutores, pelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencial aie o dito ângulo de incidência axial βΐ da onda ultra-sônica transmitida para odito objeto de teste tubular, é eletricamente ajustado.
4. Método de teste ultra-sônico, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 3, em que
o dito ângulo interno de retração 0k é calculado pela Equação (1)seguinte:
θ k=cos 1Ccos θ r-cos0 — sin θ r-cos γ 'sin0) *··(1)
onde um ângulo de propagação γ, um ângulo externo de refra-
ção 6r, e um ângulo φ são dados pelas Equações (2) até (4) seguintes, res-pectivamente:
<formula>formula see original document page 3</formula>
onde, na Equação (3) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagaçãode uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular eVi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em ummeio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica eo objeto de teste tubular, k e Θ' na Equação (4) acima são dados pelas E-quações (5) e (6) seguintes, respectivamente.
<formula>formula see original document page 3</formula>
5. Método para executar teste ultra-sônico pela disposição deuma sonda ultra-sônica de modo a ficar voltada para uma superfície externade um objeto de teste tubular, em que
um ângulo de incidência Gw de uma onda ultra-sônica transmiti-da a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubular, eproposto na Publicação de Patente Japonesa Exposta 61-223553 (daqui pa-ra frente referida como "Literatura de Patente 2"). Mais especificamente, on-das ultra-sônicas de cisalhamento são propagadas dentro do cano pelo ali-nhamento de uma direção de disposição dos transdutores com a direçãoaxial do cano e pela disposição da sonda ultra-sônica descentralizada a par-tir de um centro axial do cano. Então, de acordo com este método, as falhasinclinadas com vários ângulos de inclinação são detectadas pela alteraçãodo ângulo de inclinação (ângulo de inclinação com respeito à direção axialdo cano) das ondas ultra-sônicas transmitidas e recebidas pela sonda ultra-sônica utilizando a varredura eletrônica que eletricamente controla o fusohorário de transmissão/recepção da onda ultra-sônica por cada transdutor.
Entretanto, um método da Literatura de Patente 2 possui princi-palmente os seguintes problemas.
A figura 1 apresenta um diagrama ilustrando um exemplo deuma relação entre o ângulo de inclinação (ângulo formado por uma direçãode extensão da falha inclinada e a direção axial do cano) das falhas inclina-das e a intensidade do eco de acordo com um método de teste ultra-sônicoaplicando uma sonda ultra-sônica de série em fase, verificada por um expe-rimento conduzido pelos inventores da presente invenção. Mais concreta-mente, a figura 1 apresenta a intensidade de eco (intensidade relativa quan-do a intensidade de eco de uma falha inclinada com o ângulo de inclinaçãode 0o é definida como sendo 0 dB) de cada falha inclinada quando, em umestado onde uma sonda ultra-sônica de série em fase equivalente a estadescrita na Literatura de Patente 2 é disposta com uma excentricidade cons-tante a partir do centro axial do cano, o ângulo de inclinação da onda ultra-sônica é alterado pela varredura eletrônica de acordo com o ângulo de incli-nação de cada falha inclinada de modo que a direção de extensão da falhainclinada e uma direção de propagação (direção de propagação vista a partirde uma direção normal de um plano tangencial do cano incluindo um pontoincidente da onda ultra-sônica) da onda ultra-sônica transmitida pela sondaultra-sônica são ortogonais uma à outra. Os inventores da presente invençãoverificaram um problema em que, como apresentado na figura 1, a intensi-quações (5) e (6) seguintes, respectivamente:
<formula>formula see original document page 5</formula>
8. Método para fabricar um cano ou tubo sem costura, compre-endendo:
uma primeira etapa de perfurar um lingote para fabricar um canoou tubo de aço sem costura; e
uma segunda etapa para detectar uma falha no cano ou tubosem costura, fabricado pela dita primeira etapa, por utilizar o método de tes-te ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 7.um método de teste ultra-sônico para utilizar uma sonda ultra-sônica de sérieem fase na qual cada um dos transdutores possui uma inclinação axial docano (a qual corresponde ao ângulo de inclinação da onda ultra-sônica des-crito acima) de um transdutor derivado a partir de uma inclinação de umafalha (o qual corresponde ao ângulo de inclinação da falha inclinada descritaacima) e um ângulo de refração de detecção de falha (= ao ângulo externode refração descrito acima) e um ângulo de incidência circunferencial do ca-no (o qual corresponde a um ângulo de incidência circunferencial do canodeterminado baseado nas excentricidades descritas acima).
De acordo com o método descrito na Literatura de Patente 3,baseado em uma inclinação axial do cano e em um ângulo de incidência cir-cunferencial do cano de cada um dos transdutores, uma falha inclinada pos-suindo um ângulo de inclinação específico (especialmente uma falha de su-perfície externa presente na-superfície externa do cano) pode ser detectado15 muito precisamente. Entretanto, este método tem o problema de que a ca-pacidade de detecção deteriora para uma falha inclinada possuindo um ân-gulo de inclinação diferente desta na hora de se projetar as sondas ultra-sônicas.
Adicionalmente, de acordo com o método descrito pela Literaturade Patente 3, a capacidade de detecção tende a deteriorar mais para umafalha de superfície interna do que para uma falha de superfície externa, demodo que a falha de superfície interna pode ser perdida. O inventor da pre-sente invenção verificou que este problema é causado por um fato em queum ângulo interno de refração se torna muito grande se comparado com oângulo externo de refração devido a proporção de espessura para diâmetroexterno do cano e ao ângulo de inclinação da falha inclinada.
Além disso, Pedido de Patente Japonesa Exposto 5-249091(daqui para frente referido como "Literatura de Patente 4") propõe um méto-do de teste ultra-sônico para detectar uma falha inclinada possuindo um ân-guio de inclinação desejado na condição onde um ângulo de incidência deuma onda ultra-sônica sobre um cano é mantido constante (ou seja, um ân-gulo externo de refração é mantido constante) pela rotação de uma sondaultra-sônica ao longo de uma face lateral de um cone que possui um pontode incidência da onda ultra-sônica sobre o cano como seu vértice e umanormal neste ponto de incidência como seu eixo geométrico central.
Entretanto, o método descrito na Literatura de Patente 4 tambémtem um problema pelo fato de que a capacidade de detecção deteriora maispara uma falha de superfície interna do que para uma falha de superfícieexterna porque um ângulo interno de refração se torna muito grande secomparado com um ângulo externo de refração, o qual é um valor constantedependendo de uma proporção de espessura para diâmetro externo de umcano e de um ângulo de inclinação de uma falha inclinada.
Em outras palavras, os métodos descritos nas Literaturas de Pa-tentes 3 e 4 possuem ambos um problema de detecção difícil devido à capa-cidade de detecção deteriorada de uma falha de superfície interna depen-dendo de uma proporção de espessura para diâmetro externo de um cano ede um ângulo de inclinação de uma falha inclinada, porque a configuraçãoda condição de detecção de falha é baseada em um ângulo externo de re-fração que pode ser derivado a partir de uma velocidade de propagação deuma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) através de um meiode acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica e o ca-no, de uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica (onda ultra-sônica de cisalhamento) através do cano, e de um ângulo de incidência daonda ultra-sônica sobre o cano de acordo com a lei de Snell.Descrição da Invenção
Como descrito acima, o método de teste ultra-sônico convencio-nal tem um problema pelo fato de que a capacidade de detecção deteriorapara uma falha de superfície interna presente em uma superfície interna deum cano dependendo de uma proporção de espessura para diâmetro exter-no do cano e de um ângulo de inclinação da falha inclinada, detecção estana qual as falhas de superfície interna por meio do método de teste ultra-sônico pode igualmente ser mais importante do que a detecção das falhasde superfície externa. Isto é porque a detecção de falhas de superfície ex-terna incluindo inspeção visual pode ser facilmente realizada também porquaisquer outros métodos NDI tal como o método de teste de corrente deFoucault e o método de teste de fluxo de escapamento magnético. Em con-traste, a detecção de falhas de superfície interna pelo dispositivo de inspe-ção visual, pelo método de teste de corrente de Foucault ou pelo teste defluxo de escapamento magnético é sujeita a ter uma necessidade de inser-ção de uma cabeça de sensor apropriada dentro do cano, o que leva a umproblema de que o tempo de inspeção tende a ser prolongado e um meca-nismo de inserção da cabeça do sensor tende a ser maior em tamanho ecomplicado.
É para ser observado que os problemas das tecnologias con-vencionais descritas acima não estão limitados a um caso onde um objetode teste é um cano sem costura, mas são comuns ao teste ultra-sônico detodos os tipos de objetos de teste tubulares nos quais falhas inclinadas po-dem ocorrer, incluindo um cano soldado, tal como um cano em espiral ou umeixo de roda oco.
Para resolver estes problemas das tecnologias convencionais, apresente invenção foi desenvolvida, e é um objetivo da presente invençãoproporcionar um método de teste ultra-sônico capaz de detectar falhas desuperfície interna possuindo vários ângulos de inclinação com respeito auma direção axial de um objeto de teste tubular com quase a mesma capa-cidade de detecção independente de uma proporção de espessura para di-âmetro externo e dos ângulos de inclinação das falhas de superfície internado objeto de teste tubular, e um método de fabricação do cano sem costurautilizando este método de detecção de falha.
Os inventores da presente invenção discutiram devotadamentepara resolver os problemas descritos acima e, como resultado, verificaramque somente por estabelecer a condição de detecção de falhas de modo queum ângulo interno de refração não possa ser menos do que 35° e não maisdo que 60°, é possível substancialmente igualar as intensidades de ecosrefletidos pelas falhas de superfície interna e, por conseqüência, detectar asfalhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecçãoindependente de uma proporção de espessura para diâmetro externo e dosângulos de inclinação das falhas de superfície interna de um objeto de testetubular.
A presente invenção foi completada baseada no conhecimentodescrito acima do inventor. Ou seja, como descrito na reivindicação 1, a pre-sente invenção proporciona um método para executar teste ultra-sônico pordispor uma sonda ultra-sônica de modo a ficar voltada para uma superfícieexterna de um objeto de teste tubular, onde, um ângulo de incidência circun-ferencial ai de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubular e um ângulo de incidência axial βίda onda ultra-sônica transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica sobre odito objeto de teste tubular são estabelecidos baseado em uma proporção deespessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular, de modoque um ângulo interno de refração Gk calculado a partir do dito ângulo deincidência cireunferencial ai, o dito ângulo de incidência axial βί, e a dita pro-porção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubularnão pode ser menor do que 35° e não maior do que 60°.
De acordo com a presente invenção, o ângulo de incidência cir-eunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ são estabelecidos baseadona proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tu-bular, de modo que o ângulo interno de refração θk não pode ser menor doque 35° e não maior do que 60°. Portanto, é possível substancialmente igua-lar intensidades de ecos, refletidas por falhas de superfície interna se esten-dendo em uma direção ortogonal a uma direção de propagação de ondasultra-sônicas que são determinadas pelo ângulo de incidência circunferencialαi e pelo ângulo de incidência axial βί e, por conseqüência, detectar as fa-lhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção in-dependente de uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D edos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna de um objeto deteste tubular.
Na presente invenção, o termo "ângulo interno de refração" sig-nifica o ângulo 6k formado, no plano de propagação da onda ultra-sônica doobjeto de teste tubular P por uma normal L2 do objeto de teste tubular Peaonda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) em um pontoA da superfície interna do objeto de teste tubular P alcançado pela onda ul-tra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) após entrar no obje-to de teste tubular P (vide figura 3 (d)). O termo "ângulo de incidência circun-ferencial" na presente invenção significa o ângulo ai formado, em um cortetransversal circunferencial do objeto de teste tubular P, por uma normal L3do objeto de teste tubular Pea onda ultra-sônica U (linha central do feixe deonda ultra-sônica) em um ponto incidente O da onda ultra-sônica U (linhacentral do feixe de onda ultra-sônica) (vide figura 3 (b)). Adicionalmente, otermo "ângulo de incidência axial" na presente invenção significa o ângulo βίformado em uma corte transversal axial do objeto de teste tubular T por umanormal L4 do objeto de teste tubular Pea onda ultra-sônica U (linha centraldo feixe de onda ultra-sônica) em um ponto incidente O da onda ultra-sônicaU (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (veja a figura 3 (c)).
Em um caso onde a direção na qual uma falha a ser detectadase estende é conhecida antecipadamente, como descrito na reivindicação 2,de preferência, o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulode incidência axial βϊ são estabelecidos de modo que uma direção de propa-gação de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o dito objeto de testetubular, calculado a partir do dito ângulo de incidência circunferencial ai e dodito ângulo de incidência axial βί, pode ser substancialmente ortogonal auma direção de extensão de uma falha a ser detectada, e então, pelo menosum dentre o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo deincidência axial βϊ é ajustado de modo que o dito ângulo interno de refração0k não pode ser menor do que 35° e não mais do que 60°.
De preferência, como descrito na reivindicação 3, a dita sondaultra-sônica surge em uma sonda ultra-sônica de série em fase na qual váriostransdutores são dispostos; e por eletricamente controlar o fuso horário detransmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica pelosditos vários transdutores, pelo menos um dentre o dito ângulo de incidênciacircunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial βί da onda ultra-sônicatransmitida para o dito objeto de teste tubular, é eletricamente ajustado.De acordo com tal configuração preferida, pelo menos um dentreo dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidênciaaxial βί pode ser ajustado facilmente e com boa capacidade de reproduçãosem a utilização de um mecanismo mecânico de deflexão de ângulo. Adicio-nalmente, ele pode ser ajustado automaticamente por controle remoto ou deacordo com a t/D do objeto de teste tubular e assim por diante.
Como descrito acima, apesar do ângulo interno de retração 0kser calculado a partir do ângulo de incidência circunferencial ai do ângulo deincidência axial βϊ e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D doobjeto de teste tubular, especificamente, como descrito na reivindicação 4, odito ângulo interno de refração 9k pode ser calculado pela Equação (1) se-guinte:
<formula>formula see original document page 11</formula>
onde um ângulo de propagação γ, um ângulo externo de refra-ção Qr, β um ângulo φ são dados pelas Equações (2) até (4) seguintes, res-pectivamente:
<formula>formula see original document page 11</formula>
onde, na Equação (3) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagaçãode uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular eVi se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica emum meio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica e o objeto de teste tubular, k e Θ1 na Equação (4) acima são dadospelas Equações (5) e (6) seguintes, respectivamente.
<formula>formula see original document page 11</formula>Na presente invenção, o termo "ângulo de propagação" significao ângulo γ formado pela direção de propagação (direção de propagação vis-ta a partir de uma direção normal do plano tangencial do objeto de teste tu-bular P incluindo o ponto incidente O da onda ultra-sônica) da onda ultra-sônica (linha central do feixe de onda ultra-sônica) tendo entrado no objetode teste tubular P e uma tangente circunferencial L do objeto de teste tubularP passando através do ponto incidente O (vide figura 3 (a)). Adicionalmente,o termo "ângulo externo de refração" significa o ângulo Gr formado em umplano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P1 poruma normal L1 do objeto de teste tubular e a onda ultra-sônica U (linha cen-tral de um feixe de onda ultra-sônica) em um ponto B na superfície externado objeto de teste tubular P alcançado pela onda ultra-sônica U (linha centraldo feixe de onda ultra-sônica) após entrar no objeto de teste tubular P (vide
É para ser observado que o ângulo externo de retração Gr naEquação (1) acima é em função (em um caso onde Vs/Vi é estabelecido pa-ra um valor constante) do ângulo de incidência circunferencial ai e do ângulode incidência axial βί como descrito na Equação (3). O ângulo de propaga-ção γ na Equação (1) acima é em função do ângulo de incidência circunfe-rencial ai e do ângulo de incidência axial βί como descrito na Equação (2)acima. Adicionalmente, o ângulo φ na Equação (1) acima é em função de k ecomo descrito na Equação (4). Neste caso, k se refere a uma função daproporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubularcomo descrito na Equação (5) acima, e Θ1 se refere a uma função do ângulode propagação γ e do ângulo externo de refração Gr como descrito na Equa-ção (6) acima. Por conseqüência, o ângulo φ é em função do ângulo de inci-dência circunferencial ai, do ângulo de incidência βί, e da proporção de es-pessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular. Portanto, o ân-gulo interno de refração GkOfomecido pela Equação (1) acima é de formaresultante uma função do ângulo de incidência circunferencial ai do ângulode incidência axial βί e da proporção de espessura para diâmetro externo t/Ddo objeto de teste tubular.Para resolver os problemas descritos acima, como descrito nareivindicação 5, a presente invenção também proporciona um método paraexecutar teste ultra-sônico pela disposição de uma sonda ultra-sônica demodo a ficar voltada para uma superfície externa do objeto de teste tubular,onde um ângulo de incidência Gw de uma onda ultra-sônica transmitida apartir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubular, e umângulo de propagação γ da onda ultra-sônica, feito incidente sobre o dito ob-jeto de teste tubular, são estabelecidos em uma proporção de espessurapara diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular de modo que umângulo interno de refração 0k, calculado a partir do dito ângulo de incidência0w, o dito ângulo de propagação γ, e a proporção de espessura para diâme-tro externo t/D do dito objeto de teste tubular, não podem ser menos do que35° e não mais do que 60°.
De acordo com a presente invenção, o ângulo de incidência 0w eo ângulo de propagação γ são estabelecidos de acordo com a proporção deespessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular, de modo queo ângulo interno de refração Gk não possa ser menor do que 35° e não maisdo que 60°. Portanto, é possível substancialmente igualar as intensidades deecos refletidos pelas falhas de superfície interna se estendendo de formaortogonal a uma direção de propagação estabelecida (ângulo de propagaçãoγ) de uma onda ultra-sônica e, por conseqüência detectar as falhas de su-perfície interna com quase a mesma capacidade de detecção independentede uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D e dos ângulos deinclinação das falhas de superfície interna do objeto de teste tubular.
O termo "ângulo de incidência da onda ultra-sônica sobre o obje-to de teste tubular" na presente invenção significa o ângulo θνν formado, noplano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P, poruma normal L3 do objeto de teste tubular Pea onda ultra-sônica U (linhacentral do feixe de onda ultra-sônica) no ponto incidente O da onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (vide figura 7 (d)). Adi-cionalmente, se um ângulo de incidência Gw for determinado, o ângulo derefração Gs é unicamente pela lei de Snell, de modo que a expressão "esta-belecer o ângulo de incidência θw" na presente invenção é de um conceitoincluindo não somente o caso de estabelecer o ângulo de incidência θw lite-ralmente, mas também o caso de estabelecer o ângulo de retração 0s.
Se uma direção na qual uma falha a ser detectada se estende éconhecida antecipadamente, como descrito na reivindicação 6, de preferên-cia, o dito ângulo de propagação γ é estabelecido de modo que uma direçãode propagação de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o dito objetode teste tubular possa ser substancialmente ortogonal a uma direção de ex-tensão de uma falha a ser detectada, e então, o dito ângulo de incidência θwé ajustado de modo que o dito ângulo interno de refração θk não pode sermenor do que 35° e não maior do que 60°.
Como descrito acima, apesar do ângulo interno de refração 0kser calculado a partir do ângulo de incidência θw, do ângulo de propagaçãoγ, e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de testetubular, especificamente, como descrito na reivindicação 7, o dito ângulointerno de refração θk pode ser calculado pela Equação (1) seguinte:
θk=cosˉ1(cos θ r˙cosφ — sin θ r˙cos y-sin φ) ...(D
onde um ângulo externo de refração θr e um ângulo φ na Equação (1) acimasão dados pelas Equações (7) e (4) seguintes, respectivamente:
sinθr=Vs/Vi˙Sinθw ...(7)
φ = sinˉ1(k˙sinθ')— θ' ...(4)
onde, na Equação (7) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagaçãode uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular eVi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em ummeio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica eo objeto de teste tubular, e k e Θ1 na Equação (4) acima são dados pelas E-quações (5) e (6) seguintes, respectivamente:
<formula>formula see original document page 14</formula>
tanθ ' = cosy˙tan θ r ···(6)É para ser observado que o ângulo externo de retração 0r naEquação (1) acima é uma função (em um caso onde Vs/Vi é estabelecidapara um valor constante) do ângulo de incidência 0w como descrito na E-quação (7). O ângulo φ na equação (1) acima é uma função de k e Θ', comodescrito na Equação (4). É para ser observado que k se refere a uma funçãoda proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tu-bular como descrito na Equação (5) acima, e Θ1 se refere a uma função doângulo de propagação γ e do ângulo externo de refração Θγ como descrito naEquação (6) acima. Por conseqüência, o ângulo φ é uma função do ângulode incidência θνν, do ângulo de propagação γ e da proporção de espessurapara diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular. Portanto, o ângulo in-terno de refração interna 0k dado pela Equação (1) acima é uma função doângulo de incidência θνν, do ângulo de propagação γ e da proporção de es-pessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular.
Adicionalmente, para resolver os problemas acima, como descri-to na reivindicação 8, a presente invenção também proporciona um métodopara fabricar um cano de aço sem costura, compreendendo: uma primeiraetapa de perfurar um lingote para fabricar um cano de aço sem costura; euma segunda etapa para detectar uma falha no cano de aço sem costurafabricado pela dita primeira etapa, por utilizar o método de teste ultra-sônicode acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 7.Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é um gráfico apresentando um exemplo de uma rela-ção entre um ângulo de inclinação de uma falha inclinada e uma intensidadede eco com um método de detecção de falha aplicando uma sonda ultra-sônica convencional de série em fase.
A figura 2 é um diagrama esquemático apresentando uma confi-guração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com aprimeira modalidade da presente invenção.
A figura 3 é uma ilustração explicativa apresentando o compor-tamento de propagação de uma onda ultra-sônica em um aparelho de testeultra-sônico apresentado na figura 2.A figura 4 é um gráfico apresentando um exemplo de uma rela-ção entre um ângulo interno de refração e uma intensidade de eco em umafalha de superfície interna.
A figura 5 é um diagrama esquemático apresentando uma confi-guração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com umasegunda modalidade da presente invenção.
A figura 6 é um diagrama esquemático apresentando uma confi-guração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com umaquarta modalidade da presente invenção.
A figura 7 é um diagrama esquemático explicativo apresentandoos comportamentos de propagação de uma onda ultra-sônica no aparelho deteste ultra-sônico apresentado na figura 6.
Melhor Modo para Realizar a Invenção
O dito a seguir irá descrever modalidades da presente invençãoem um exemplo, onde um objeto de teste tubular é um cano tal como umcano de aço com referência aos desenhos acompanhantes de forma apro-priada.
Primeira Modalidade
A figura 2 é um diagrama esquemático apresentando uma confi-guração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico para executar umteste ultra-sônico de acordo com a primeira modalidade da presente inven-ção, a figura 2A é uma vista frontal e a figura 2B é uma vista lateral. A figura3 é uma ilustração explicativa apresentando comportamentos de propagaçãode uma onda ultra-sônica de um aparelho de teste ultra-sônico apresentadona figura 2, do qual, a figura 3A é uma vista em perspectiva, a figura 3B éuma vista em corte transversal circunferencial do cano, a figura 3C é umavista em corte transversal axial do cano, e a figura 3D é uma vista em cortetransversal vista ao longo de um plano de propagação das ondas ultra-sônicas (isto é, plano incluindo os pontos O, A e B apresentados na figura3A). Como apresentado na figura 2, um aparelho de teste ultra-sônico 100de acordo com a presente modalidade compreende uma sonda ultra-sônicade série em fase 1 na qual vários (128, na presente modalidade) transduto-res de faixa (cada um dos quais possui 0,75 mm por 10 mm e opera em umafreqüência oscilante de 5 MHz na presente modalidade) 11 são dispostos deforma reta, e o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 para con-trolar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas pela sonda ultra-sônica 1. O aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presentemodalidade, adicionalmente compreende um circuito de decisão de falha 3para detectar a presença de uma falha em um cano P por comparar umaamplitude de um eco refletido a partir do cano P (mais especificamente, ecorefletido sintetizado por um circuito de síntese de forma de onda 223 descritoposteriormente) com um valor limite predeterminado, e o dispositivo de saídade alarme, etc, 4. para emitir um alarme etc, predeterminado, se uma falhafor detectada pelo circuito de decisão de falha 3.
A sonda ultra-sônica 1 é disposta de modo a ficar voltada parauma superfície externa do cano P por meio de um meio de acoplamento (á-gua, na presente modalidade) de modo que os transdutores 11 podem serdispostos ao longo de uma direção axial do cano Ρ. A sonda ultra-sônica 1pode ser movida horizontalmente (em uma direção indicada pela seta X nafigura 2B) e fixa junto a uma posição arbitraria pela utilização de um meca-nismo de posicionamento (não apresentado) que é constituído por um para-fuso esférico, etc. Um ângulo de incidência circunferencial ai de uma ondaultra-sônica sob o cano P (ângulo formado por uma normal L3 do ponto O docano P e um feixe de onda ultra-sônica U: veja figura 3B) é determinado ba-seado em uma posição horizontal (uma excentricidade com respeito a umcentro axial do cano P no corte transversal circunferencial do cano) da sondaultra-sônica 1 que é estabelecida pelo mecanismo de posicionamento.
O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordocom a presente modalidade compreende um circuito de transmissão 21, umcircuito de recepção 22, e um circuito de controle 23. O circuito de transmis-são 21 compreende um pulsador 211 conectado com cada um dos transdu-tores 11 para fornecer ao mesmo um sinal de pulso de modo que ele possatransmitir uma onda ultra-sônica, e um circuito de atraso 212 para estabele-cer um tempo de atraso (tempo de atraso de transmissão) do sinal de pulsoa ser fornecido a partir de cada um dos pulsadores 211 para cada um dostransdutores 11.0 circuito de recepção 22 compreende um receptor 221conectado com cada um dos transdutores 11 para amplificar um eco refletidorecebido por cada um dos transdutores 11, um circuito de atraso 222 paraestabelecer um tempo de atraso (tempo de atraso de recepção) do eco refle-tido amplificado por cada um dos receptores 221, e um circuito de síntese deforma de onda 223 para sintetizar o eco refletido para o qual o tempo de a-traso é estabelecido por cada um dos circuitos de atraso 222. O circuito decontrole 23 seleciona um dentre os vários transdutores arranjados 11 que éprogramado para transmitir ou receber uma onda ultra-sônica e determinaum tempo de atraso a ser estabelecido pelo circuito de atraso 212 ou pelocircuito de atraso 222 correspondendo a cada um dos transdutores 11 sele-cionados.
No dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 possuindoa configuração como descrita acima, o circuito de atraso 212 estabelece umtempo de atraso de transmissão predeterminado, para permitir alterar umadireção de propagação de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da son-da ultra-sônica 1. Subseqüentemente, um tempo de atraso de recepção pre-determinado (o qual geralmente é o mesmo que o tempo de atraso estabele-cido pelo circuito de atraso 212) é estabelecido pelo circuito de atraso 222para o eco refletido amplificado pelo receptor 221, e então suporta a sínteseno circuito de síntese em forma de onda 223, desse modo permitindo seleti-vamente amplificar uma onda ultra-sônica que se propagou através de umadireção específica.
Em outras palavras, o controle de atraso pelos circuitos de atra-so 212 e 222, de acordo com a presente modalidade, permite executar avarredura ultra-sônica elétrica desviada na direção (direção axial do cano P),na qual os transdutores 11 estão dispostos. Ou seja, através do controle deatraso pelos circuitos de atraso 212 e 222, um ângulo de incidência axial βϊde uma onda ultra-sônica sobre o cano P (ângulo formado por uma normalL4 no ponto O no cano Peo feixe de onda ultra-sônica U no corte transver-sal axial do cano: vide figura 3C) é determinado.Mais especificamente, o aparelho de teste ultra-sônico 100 deacordo com a presente modalidade possui uma configuração tal que umtempo de atraso de transmissão e um tempo de atraso de recepção que sãocalculados a partir de uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) em um meio de acoplamento (água),uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônicade cisalhamento) no cano P, e uma distância da série dos transdutores 11, eassim por diante, são estabelecidos para um grupo de transdutores (grupode transdutores dos 16 transdutores na presente modalidade) com um nú-mero predeterminado dos transdutores 11 entre os vários transdutores 11constituindo a sonda ultra-sônica 1, desse modo transmitindo e recebendo aonda ultra-sônica desviada pelo ângulo de incidência axial βί de modo queas falhas podem ser detectadas. Quando um grupo de transdutores terminaa detecção de falha, os outros grupos de transdutores a serem selecionadossão seqüencialmente trocados para executar a varredura elétrica, dessemodo aperfeiçoando uma velocidade de detecção de falha. Neste caso, setal configuração for empregada na qual ondas ultra-sônicas podem sertransmitidas e recebidas simultaneamente pelos vários grupos de transduto-res (três grupos de transdutores na presente modalidade), uma velocidadeda própria varredura elétrica pode ser aperfeiçoada. Adicionalmente, portransmitir e receber a onda ultra-sônica possuindo ângulos de incidência axi-ais βί diferentes pelos vários grupos de transdutores selecionados, respecti-vamente, é possível, simultaneamente, detectar várias falhas possuindo dife-rentes ângulos de inclinação. É para ser observado que a presente modali-dade realizou o teste ultra-sônico através de um comprimento total do canoP por de forma espiral alimentar o cano P axialmente.
É para ser observado que o aparelho de teste ultra-sônico 100de acordo com a presente modalidade apresenta que um ângulo de incidên-cia circunferencial ai e um ângulo de incidência axial βΐ são estabelecidosbaseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do canoP, de modo que o ângulo interno de refração 0k descrito posteriormente nãopode ser menor do que 35° e não maior do que 60°. As razões para isto sãodescritas abaixo, mais especificamente com referência à figura 3, de formaapropriada.
Como apresentado na figura 3, ondas ultra-sônicas transmitidasa partir de cada um dos transdutores 11 da sonda ultra-sônica 1, são supos-tas de entrar no cano P no ponto O em sua superfície externa, refletidas noponto A em uma superfície interna do cano P, e de alcançar o ponto B nasuperfície externa do cano P. Adicionalmente, é suposto que um ângulo (ân-gulo de propagação) formado por uma direção de propagação da onda ultra-sônica que entrou através do ponto O (direção de propagação como vista apartir de uma direção de uma normal de um plano tangencial do cano T in-cluindo o ponto de incidência O) e por uma tangente circunferência! L do ca-no P passando através do ponto de incidência O, é para ser γ (daqui parafrente, referido como "direção de propagação γ", de forma apropriada), umângulo externo de refração no ponto B (ângulo formado por uma normal L1no ponto B no cano Peo feixe de onda ultra-sônica U em um plano dê "pro-pagação da onda ultra-sônica apresentado na figura 3 (d)) é Θγ, e um ângulointerno de refração no ponto A (ângulo formado por uma normal L2 no pontoA do cano Peo feixe de onda ultra-sônica U no plano de propagação daonda ultra-sônica apresentado na figura 3 (d)), é 9k, então, 6k, γ e 0r são da-dos pelas Equações (1) até (3) seguintes, respectivamente:
<formula>formula see original document page 20</formula>
É para ser observado que Vs na Equação (3) acima se refere auma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagandoatravés do cano P e Vi se refere a uma velocidade de propagação da ondaultra-sônica em um meio de acoplamento que preenche um espaço entre ostransdutores 11 e o cano P. Adicionalmente, na equação 1 acima, φ se refe-re a um ângulo formado por uma linha reta passando através de um centro Cdo cano e o ponto O e uma linha reta passando através do centro C do cano,e o ponto A (o qual é igual a um ângulo formado por uma linha reta passan-do através do centro C do cano e o ponto A e uma linha reta passando atra-vés do centro C do cano e o ponto B) no corte transversal axial do cano a-presentada na figura 3B, e dado pela Equação (4) seguinte:
<formula>formula see original document page 21</formula>
Na Equação (4) acima, k e Θ' são dados pelas Equações (5) e(6) seguintes, respectivamente:
<formula>formula see original document page 21</formula>
Como pode ser visto a partir das Equações (2) e (3) acima, adireção de propagação γ e o ângulo externo de retração Gr da onda ultra-sônica, são cada um, em função de um ângulo de incidência circunferencialai de uma onda ultra-sônica sobre o cano P e um ângulo de incidência axialβi da onda ultra-sônica sobre o cano P, os quais são determinados por umaexcentricidade da sonda ultra-sônica 1. Adicionalmente, o ângulo interno deretração 0k dado na Equação (1) acima é em função do ângulo de incidênciacircunferencial ai do ângulo de incidência axial βί e da proporção de espes-sura para diâmetro externo t/D do cano P, como derivado a partir das Equa-ções (2) até (6) acima.
É para ser observado que como descrito acima, de acordo comum método descrito na Literatura de Patente 2, sob uma condição, de modoa proporcionar uma excentricidade constante na hora de dispor a sonda ul-tra-sônica na condição onde ela fica descentralizada do centro axial do canoP(ou seja, proporcionar um ângulo de incidência circunferencial ai constantesobre o cano P que é determinado baseado em uma excentricidade), so-mente um ângulo de inclinação de uma onda ultra-sônica com respeito àdireção axial do cano P é alterado (somente o ângulo de incidência axial βί éalterado) de modo que uma direção de propagação da onda ultra-sônica po-de ser ortogonal a uma direção na qual uma falha inclinada se estende. Nes-te caso, se somente o ângulo de incidência axial βί for alterado como deriva-do a partir das Equações (1) e (3) acima, cada um dentre o ângulo externode retração 0r e o ângulo interno de retração θk altera à medida que o ângu-lo de incidência axial βί altera, de modo que, como descrito acima, uma in-tensidade de eco altera com o ângulo de inclinação da falha inclinada, assimlevando a uma alteração na capacidade de detecção da falha.
A figura 4 apresenta um exemplo de uma intensidade de um ecorefletido por uma falha de superfície interna (possuindo uma profundidade de0,5 mm e um comprimento de 25 mm) em um caso onde o ângulo interno derefração θk é alterado em uma faixa entre 30° e 75°, ambos inclusivos, emum estado onde uma direção de extensão da falha de superfície interna éortogonal à direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica transmitida apartir da sonda ultra-sônica. É para ser observado que tal alteração na inten-sidade do eco como apresentada na figura 4 possui a mesma tendência in-dependente da direção de propagação γ das ondas ultra-sônicas. Como a-presentado na figura 4, em uma faixa do ângulo interno de refração Gk entre35° e 55°, ambos inclusivos, a intensidade do eco permanece substancial-mente constante; entretanto, em uma faixa de θk além de 55°, a intensidadedo eco diminui monotonamente, até que ela possua um valor de não mais doque -12 dB com respeito ao seu valor de pico da intensidade do eco (quandoθk = 40°) quando θk = 60°. É para ser observado que dados experimentaisapresentados na figura 4 e dados calculados obtidos por cálculos numéricossão diferentes em uma faixa onde o ângulo de refração θk excede 60°. Estefenômeno é considerado como sendo causado por um fato pelo qual à me-dida que o ângulo interno de refração θk aumenta, um ângulo de refração 0sde ondas ultra-sônicas no cano P (ângulo formado por uma normal no pontode incidência O no cano P e um feixe de onda ultra-sônica U no plano depropagação da onda ultra-sônica apresentado na figura 3(d)) também au-menta, de modo que, como resultado, em experimentos reais, um fator detransmissão de movimento recíproco em uma interface entre um meio deacoplamento e o cano P diminui ou as ondas são mais atenuadas à medidaque elas se propagam através do cano P.
A amplificação pelo receptor 221 pode compensar uma diminui-ção de somente um valor máximo de -12 dB ou desse modo verdadeiramen-te na intensidade do eco causada por uma alteração no ângulo de retração0k. Portanto, como pode ser visto a partir da figura 4, é necessário estabele-cer tal condição na qual o ângulo interno de retração 6k pode ser 60° ou me-nos, de modo a obter pelo menos -12 dB de uma intensidade de eco secomparado com seu valor de pico.
Por outro lado, já é conhecido que se o ângulo interno de refra-ção 0k for cerca de 30° ou menos, quando uma onda ultra-sônica transversalque alcançou uma superfície interna do cano P é refletida, pelo menos 50%de sua energia é convertida a partir de um modo de onda transversal paraum modo de onda longitudinal. Isto causa um problema pelo fato de que es-tas conversões de modo diminui uma intensidade de uma onda ultra-sônicade cisalhamento se propagando através do cano P, assim resultando emuma diminuição na capacidade de detecção de falhas de superfície externade salto de 1,0. Para evitar tal problema e em consideração a um espalha-mento no feixe de onda ultra-sônica de cerca de ±2 até 5o, é necessário es-tabelecer tal condição, na qual o ângulo interno de ref ração 0k possa ser 35°ou maior, para impedir a conversão do modo de onda ultra-sônica de cisa-lhamento quando a onda é refletida na superfície interna do cano P.
Pelas razões descritas acima, no aparelho de teste ultra-sônico100, de acordo com a presente modalidade, o ângulo de incidência circunfe-rencial ai e o ângulo de incidência axial βί são estabelecidos baseado naproporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P, de modo queo ângulo interno de refração 0k não pode ser menos do que 35° e mais doque 60°, ambos inclusivos (de preferência, não menor do que 35° e nãomaior do que 55°, ambos inclusivos, onde a intensidade do eco se alteramenos). Assim, é possível substancialmente igualar a intensidade de ecorefletido nas falhas de superfície externa e por conseqüência detectar asfalhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção,independente da proporção de espessura para diâmetro externo t/D e dosângulos de inclinação das falhas de superfície interna do cano P.
É para ser observado que em um caso onde uma direção de ex-tensão de uma falha de superfície interna a ser detectada já é conhecida,somente tem que ser estabelecido o ângulo de incidência circunferencial ai eo ângulo de incidência axial βϊ de modo que a direção de propagação γ deuma onda ultra-sônica feita incidente sobre o cano P possa ser substancial-mente ortogonal à direção de extensão da falha a ser detectada, e então,ajustar pelo menos um dentre o ângulo de incidência circunferencial ai e oângulo de incidência axial βϊ de modo que o ângulo interno de refração 0knão possa ser menor do que 35° e não maior do que 60°.
Adicionalmente, se uma configuração para alterar uma amplitudedo receptor 221 baseado em uma alteração no ângulo interno de refração Gkem uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos, for empregada, é preferívelque as intensidades de eco refletidas nas falhas de superfície interna pos-sam ser igualadas ainda mais substancialmente e por conseqüência, as ca-pacidades de detecção das falhas de superfície interna possam ser iguala-das ainda mais substancialmente.
A Tabela 1 apresenta os resultados de cálculos do ângulo depropagação γ, do ângulo externo de refração Gr, e do ângulo interno de re-fração Gk de uma onda ultra-sônica em um caso onde o ângulo de incidênciacircunferencial ai e o ângulo de incidência axial βϊ no aparelho de teste ultra-sônico 100 são estabelecidos para vários valores para o cano P possuindoum diâmetro externo de 190 mm e uma espessura de 11 mm (t/D ξ 5,8%).Nestes cálculos, as Equações (1) até (6) acima foram utilizadas. Adicional-mente, na Equação (3), Vs = 3200 m/seg (velocidade de propagação de umaonda ultra-sônica de cisalhamento através do cano de aço) e Vi = 1500m/seg (velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais naágua).Tabela 1
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No caso de executar o teste ultra-sônico em uma falha de super-fície interna, para obter ecos iguais de falha (ecos refletidos pelas falhas desuperfície interna) independente dos ângulos de inclinação (= ângulo depropagação γ de uma onda ultra-sônica) das falhas de superfície interna (ouseja, para obter o ângulo interno de refração Gk igual), é ideal a partir de umponto de vista de estabilidade de resultados de detecção de falha, ajustar eestabelecer uma excentricidade (ângulo de incidência circunferencial ai) e oângulo de incidência axial βϊ para cada um dos ângulos de inclinação dasfalhas de superfície interna, por exemplo, como apresentado nas condiçõesA, B e C na Tabela 1. Entretanto, esta abordagem possui deficiências deconfigurações difíceis e de uma necessidade de preparar várias sondas ul-tra-sônicas 1 para as quais diferentes excentricidades são estabelecidas emum caso onde as falhas de superfície interna possuindo diferentes ângulosde inclinação são para ser detectadas simultaneamente.
Por outro lado, se os ângulos de inclinação das falhas de super-fície interna estiverem em uma faixa entre 0o e 45°, ambos inclusivos (ouseja, o ângulo de propagação γ de uma onda ultra-sônica está em uma faixaentre 0o e 45°, ambos inclusivos), mesmo se as excentricidades das sondasultra-sônicas 1 forem estabelecidas constantes, é possível estabelecer o ân-gulo interno de refração 9k em uma faixa entre 40° e 56°, ambos inclusivos,por de forma apropriada estabelecer a excentricidade (ângulo de incidênciacircunferencial ai) e o ângulo de incidência axial βi como apresentado nascondições D, E e F na Tabela 1. Na medida que o ângulo interno de retraçãoθk se altera em tal faixa, a intensidade do eco nas falhas de superfície inter-na se altera por tanto quanto cerca de 10 dB, como apresentado na figura 4descrita acima, de modo que por empregar uma configuração para alteraruma amplificação do receptor 221 baseada no ângulo de propagação γ daonda ultra-sônica (baseado no ângulo de inclinação da falha de superfícieinterna), quase a mesma capacidade de detecção pode ser dada para asfalhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação nafaixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos.
Adicionalmente, como descrito acima, em um caso onde umaconfiguração para simultaneamente transmitir e receber ondas ultra-sônicaspela utilização de três grupos de transdutores, pelo estabelecimento dascondições D, E e F na Tabela 1 para o primeiro, segundo e terceiro gruposde transdutores, respectivamente, é possível simultaneamente detectar fa-lhas de superfície interna possuindo ângulos de inclinação de 0°, 22° e 45°com a sonda ultra-sônica única 1.
A Tabela 2 apresenta resultados de cálculos do ângulo de pro-pagação γ, do ângulo externo de refração 6r e do ângulo interno de refraçãoθk de uma onda ultra-sônica em um caso onde o ângulo de incidência cir-cunferencial ai e o ângulo de incidência axial βϊ no aparelho de teste ultra-sônico 100 são estabelecidos para vários valores para o cano P possuindoum diâmetro externo de 160 mm e uma espessura de 28 mm (t/D ξ 18%). Épara ser observado que como no caso da Tabela 1, nestes cálculos, as E-quações (1) até (6) descritas acima foram utilizadas. Adicionalmente, na E-quação (3), Vs = 3200 m/seg (velocidade de propagação de uma onda ultra-sônicas de cisalhamento através do cano de aço) e Vi = 1500 m/seg (veloci-dade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais na água).Tabela 2
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Como apresentado nas condições A, B e C na Tabela 2, os valo-res de uma excentricidade (ângulo de incidência circunferencial ai) e do ân-gulo de incidência axial βί são diferentes destes para as condições D, E e Fna Tabela 1; entretanto, na medida que, por de forma apropriada estabeleceros mesmos respectivamente, os ângulos de inclinação das falhas de super-fície interna situam-se em uma faixa entre 0o e 45°, ambos inclusivos (ouseja, o ângulo de propagação γ de uma onda ultra-sônica se situa em umafaixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos), mesmo se as excentricidades dassondas ultra-sônicas 1 forem estabelecidas constantes, é possível estabele-cer o ângulo interno de refração 0k em uma faixa entre 41° e 51°, ambosinclusivos. Portanto, por empregar uma configuração para alterar uma ampli-ficação do receptor 221 baseado no ângulo de propagação γ da onda ultra-sônica (baseado no ângulo de inclinação da falha de superfície interna),quase a mesma capacidade de detecção pode ser dada para as falhas desuperfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação na faixa entre0° e 45°, ambos inclusivos.
Entretanto, sob quaisquer condições dadas nas Tabelas 1 e 2, seo ângulo de inclinação de uma falha de superfície interna (ângulo de propaga-ção γ da onda ultra-sônica) assumir um valor maior de 67° (condição G naTabela 1 ou condição D na Tabela 2) ou 78° (condição H na Tabela 1 ou con-dição E na Tabela 2), é necessário ajustar e estabelecer uma excentricidade(ângulo de incidência circunferencial ai) e um ângulo de incidência axial βίpara cada um dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna.Segunda Modalidade
A figura 5 é um diagrama esquemático apresentando uma confi-guração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico para executar umteste ultra-sônico de acordo com a segunda modalidade da presente inven-ção, do qual, a figura 5A é uma vista lateral e a figura 5B é uma vista frontal.Como apresentado na figura 5, um aparelho de teste ultra-sônico 100A deacordo com a presente modalidade compreende uma sonda ultra-sônica desérie em fase 1A na qual vários (32 na presente modalidade) transdutoresde faixa (cada um dos quais possui 0,75 mm por 10 mm e opera em umafreqüência oscilante de 5 MHz) 11 são dispostos em um formato de arcosconcêntricos do cano P, e o dispositivo de controle de transmissão/recepção2 para controlar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas pelasonda ultra-sônica 1A. Da mesma forma que o aparelho de teste ultra-sônico100 de acordo com a primeira modalidade, também o aparelho de teste ul-tra-sônico 100A de acordo com a presente modalidade compreende um cir-cuito de decisão de falha 3 para detectar a presença de uma falha em umcano P por comparar uma amplitude de um eco refletido a partir do cano Pcom um valor limite predeterminado, e o dispositivo de saída de alarme, etc.,4 para emitir um alarme, etc., predeterminado, se uma falha for detectadapelo circuito de decisão de falha 3.
A sonda ultra-sônica 1A é disposta de modo a ficar voltada parauma superfície externa do cano P via um meio de acoplamento (água, napresente modalidade) de modo que a direção arrumada dos transdutores 11é ao longo de uma direção circunferencial do cano P. Nesta configuração,cada um dos transdutores 11 é disposto como inclinado em uma direção a-xial do cano P, de modo que uma onda ultra-sônica transmitida pode ter umângulo de incidência axial predeterminado βί (17° na presente modalidade).Portanto, para a sonda ultra-sônica 1A, de acordo com a presente modalida-de, o ângulo de incidência axial βί de uma onda ultra-sônica a ser enviadapara o cano P assume um valor fixo determinado por uma inclinação dostransdutores 11.
O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordocom a presente modalidade possui a mesma configuração que esta de acor-do com a primeira modalidade e assim, é capaz de varredura ultra-sônicaelétrica desviada em uma direção na qual os transdutores 11 são dispostos(direção de circunferência do cano P). Ou seja, um ângulo de incidência cir-cunferencial ai de uma onda ultra-sônica sobre o cano P é determinado a-través do controle de atraso pelos circuitos de atraso 212 e 222.
Mais especificamente, o aparelho de teste ultra-sônico 100A deacordo com a presente modalidade possui uma configuração tal que umtempo de atraso de transmissão e um tempo de atraso de recepção, osquais são calculados a partir de uma velocidade de propagação dê uma on-da ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) em um meio de acoplamento(água), de uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (ondaultra-sônica de cisalhamento) no cano P, de um afastamento da série dostransdutores 11, e assim por diante, são estabelecidos para os 32 transduto-res da sonda ultra-sônica 1A, desse modo transmitindo e recebendo a ondaultra-sônica desviada pelo ângulo de incidência circunferencial ai de modoque falhas possam ser detectadas. Então, pela alteração das configuraçõesdo tempo de atraso de transmissão e do tempo de atraso de recepção paradetectar falhas à medida que rapidamente alterando um ângulo de incidênciacircunferencial ai, é possível seqüencialmente detectar falhas possuindo ân-gulos de inclinação diferentes. É para ser observado que a presente modali-dade realizou o teste ultra-sônico através de um comprimento total do canoP por alimentar em forma de espiral o cano P axialmente.
Como este da primeira modalidade, o aparelho de teste ultra-sônico 10OA de acordo com a presente modalidade apresenta que o ângulode incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ são estabe-lecidos baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/Ddo cano P, de modo que um ângulo interno de refração 0k dado na Equação(1) acima não possa ser menor do que 35° e não maior do que 60°. Portan-to, é possível substancialmente igualar as intensidades de eco refletido emfalhas de superfície interna e por conseqüência detectar as falhas de super-fície interna com quase a mesma capacidade de detecção, independente daproporção de espessura para diâmetro externo t/D e dos ângulos de inclina-ção das falhas de superfície interna do cano P.
Como a primeira modalidade, também na presente modalidade,se uma configuração para alterar uma amplitude de um receptor 221 basea-do em uma alteração no ângulo interno de refração Gk em uma faixa entre35° e 60°, ambos inclusivos, for empregada, é preferível que as intensidadesde eco refletido nas falhas de superfície interna possam ser igualadas aindamais e por conseqüência, as capacidades de detecção das falhas de super-fície interna podem ser igualadas ainda mais.
A Tabela 3 apresenta os resultados de cálculos do ângulo depropagação γ, de um ângulo externo de retração Θγ, e de um ângulo internode retração Gk de uma onda ultra-sônica em um caso onde o ângulo de inci-dência circunferencial ai é estabelecido para vários valores (na condiçãoonde o ângulo de incidência axial βί é fixado em 17°) no aparelho de testeultra-sônico 100A para o cano P possuindo um diâmetro externo de Í90 mme uma espessura de 11 mm (t/D = 5,8%). Nestes cálculos, as Equações (1)até (6) descritas acima foram utilizadas. Adicionalmente, na Equação (3), Vs= 3200 m/seg (velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica de cisa-Ihamento através do cano de aço) e Vi = 1500 m/seg (velocidade de propa-gação de ondas ultra-sônicas longitudinais na água).
Tabela 3
<table>table see original document page 30</column></row><table>
Como apresentado na Tabela 3, por eletricamente alterar o ân-gulo de incidência circunferencial ai em uma faixa entre 0o e 15°, ambos in-clusivos, na condição onde o ângulo de incidência axial βί é fixo em 17°, épossível alterar o ângulo de propagação γ de ondas ultra-sônicas em umafaixa entre 50° e 90°, ambos inclusivos, enquanto mantendo o ângulo internode retração θk em uma faixa entre 39° e 60°, ambos inclusivos. Portanto, porempregar uma configuração para alterar uma amplificação do receptor 221baseado no ângulo de propagação γ das ondas ultra-sônicas (baseado noângulo de inclinação da falha de superfície interna), quase a mesma capaci-dade de detecção pode ser dada para as falhas de superfície interna possu-indo quaisquer ângulos de inclinação na faixa entre 50° e 90°, ambos inclu-sivos.
Terceira Modalidade
Um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com a presentemodalidade possui uma configuração na qual o aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a primeira modalidade apresentado na figura 2 eo aparelho de teste ultra-sônico 100A de acordo com a segunda modalidadeapresentado na figura 5 são combinados. Mais especificamente, nesta confi-guração, a sonda ultra-sônica 1 no aparelho de teste ultra-sônico 100 e asonda ultra-sônica 1A no aparelho de teste ultra-sônico 100A são proporcio-nadas lado a lado em uma direção de circunferência de um cano P ou emuma direção axial do mesmo. É para ser observado que o dispositivo de con-trole de transmissão/recepção 2 para controlar a transmissão e a recepçãode ondas ultra-sônicas pela sonda ultra-sônica pode ser proporcionado se-paradamente para as sondas ultra-sônicas 1 e 1A ou pode ser compartilhadoem uso pelas sondas ultra-sônicas 1 e 1A.
Como descrito acima, no aparelho de teste ultra-sônico 100 deacordo com a primeira modalidade, é possível alterar um ângulo de incidên-cia axial βί na condição onde uma excentricidade da sonda ultra-sônica 1 éfixa (um ângulo de incidência circunferencial ai é fixo) como apresentadonas condições D, E e F na Tabela 1 ou nas condições A, B e C na Tabela 2,desse modo detectando substancialmente de forma igual também as falhasde superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação em umafaixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos.
Por outro lado, no aparelho de teste ultra-sônico 100A de acordocom a segunda modalidade, é possível alterar o ângulo de incidência circun-ferencial ai na condição onde o ângulo de incidência axial βΐ é fixo como a-presentado na Tabela 3, desse modo detectando substancialmente de formaigual também falhas de superfície interna possuindo qualquer ângulos deinclinação em uma faixa entre 50° e 90°, ambos inclusivos.
Portanto, com o aparelho de teste ultra-sônico, de acordo com apresente modalidade, feito pela combinação do aparelho de teste ultra-sônico 100 com o aparelho de teste ultra-sônico 100A, é possível detectarsubstancialmente de forma igual também falhas de superfície interna possu-indo quaisquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 0o e 90°, ambosinclusivos. Adicionalmente, somente é necessário eletricamente alterar oângulo de incidência circunferencial ai do aparelho de teste ultra-sônico100A e o ângulo de incidência axial βί do aparelho de teste ultra-sônico 100por meio do controle de atraso, para eliminar o ajuste mecânico do ângulo
- de incidência circunferencial ai e do ângulo de incidência axial βi, de modoque a condição de detecção de falha pode ser estabelecida de modo extre-mamente fácil para aperfeiçoar uma eficiência da detecção de falha.
É para ser observado que por empregar tal configuração do apa-relho de teste ultra-sônico de acordo com a presente modalidade, na qual assondas ultra-sônicas 1 e as sondas ultra-sônicas 1A são proporcionadas portanto quanto duas cada, é possível detectar substancialmente de forma igualtambém falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclina-ção em uma faixa entre 0o e 360°, ambos inclusivos, pelo uso, por exemplo,da seguinte disposição. Ou seja, as respectivas sondas ultra-sônicas 1 sãodispostas de modo que elas podem ter sinais opostos de uma excentricidade(ângulo de incidência circunferencial ai) e também sujeitas aos controle deatraso de modo que elas podem ter sinais opostos de uma faixa na qual oângulo de incidência axial βΐ de cada uma das sondas ultra-sônicas 1 é alte-rado. Por outro lado, as sondas ultra-sônicas 1A são dispostas de modo queelas podem ter sinais opostos do ângulo de incidência axial βί e também su-jeitas ao controle de atraso, de modo que elas podem ter sinais opostos deuma faixa na qual o ângulo de incidência circunferencial βϊ de cada uma dassondas ultra-sônicas 1A é alterado. Portanto, é possível detectar substanci-almente de forma igual falhas de superfície interna possuindo quaisquer ân-gulos de inclinação em uma faixa entre 0° e 360°, ambos inclusivos.
Adicionalmente, uma variante do aparelho de teste ultra-sônicode acordo com a presente modalidade pode empregar uma configuração talde modo a compreender uma sonda ultra-sônica de série em fase bidimen-sional na qual transdutores mínimos são dispostos nas direções axial e decircunferência do cano P. Além disso, em tal configuração, é possível detec-tar substancialmente de forma igual também falhas de superfície internapossuindo quaisquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 0° e 360°,ambos inclusivos, por se empregar uma configuração na qual o ângulo deincidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βί são ajustadospor se conduzir o controle de atraso em cada um dos transdutores, de modoque um ângulo interno de refração Gk não possa ser menor do que 35° e nãomaior do que 60°. ambos inclusivos, para alterar uma amplificação de umreceptor 221 baseado no ângulo de propagação γ da onda ultra-sônica (ba-seado no ângulo de inclinação da falha de superfície interna).Quarta Modalidade
A figura 6 é um diagrama esquemático apresentado uma confi-guração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com aquarta modalidade da presente invenção, do qual, a figura 6A é uma vistaem perspectiva e a figura 6B é uma vista plana. A figura 7 é um diagramaesquemático explicativo apresentando os comportamento de propagação deondas ultra-sônicas no aparelho de teste ultra-sônico apresentado na figura6, do qual, a figura 7A é uma vista em perspectiva, a figura 7B é uma vistaem corte transversal circunferencial do cano, a figura 7C é uma vista plana,e a figura 7D é uma vista em corte transversal ao longo de um plano de pro-pagação de ondas ultra-sônicas (plano incluindo os pontos O, A, e B apre-sentados na figura 7B). Como apresentado na figura 6, um aparelho de testeultra-sônico 100B de acordo com a presente modalidade compreende umasonda ultra-sônica 1B e o dispositivo de controle de transmissão/recepção2B para controlar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas pelasonda ultra-sônica 1B. O aparelho de teste ultra-sônico 100B de acordo coma presente modalidade adicionalmente compreende um circuito de decisãode falha 3 para detectar uma falha presente em um cano P por compararuma amplitude de um eco refletido a partir do cano P com um valor limitepredeterminado, e o dispositivo de saída de alarme, etc., 4 para emitir umalarme, etc., predeterminado se uma falha for detectada pelo circuito de de-cisão de falha 3.
A sonda ultra-sônica 1B é disposta para ficar voltada para umasuperfície externa do cano P via um meio de acoplamento (água, na presen-te modalidade). Mais especificamente, a sonda ultra-sônica 1B possui umaconfiguração tal que sua direção de diâmetro principal (direção χ na figura6B) corra ao longo de uma direção axial do cano P, e sua direção de diâme-tro secundário (direção y na figura 6B) corra ao longo de uma direção dacircunferência do cano P, e seu centro SO possa circular ao longo de um e-lipspide S que fica voltado para um centro axial do cano P de modo a manterum ponto de incidência O de uma onda ultra-sônica transmitida sobre o canoP em uma posição específica. É para ser observado que um mecanismo,não apresentado, para permitir que a sonda ultra-sônica 1B circule ao longodo elipsóide S, pode ser fabricado como uma estrutura comparativamentesimples pela utilização de elementos mecânicos bem-conhecidos e portanto,sua descrição detalhada não é incluída neste documento.
O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2B de acordocom a presente modalidade compreende um pulsador conectado com ostransdutores na sonda ultra-sônica 1B para fornecer um sinal de pulso demodo a ter os transdutores transmitindo uma onda ultra-sônica, e um recep-tor conectado com os transdutores para amplificar um eco refletido recebidopor este transdutor.
De acordo com o aparelho de teste ultra-sônico 100B possuindoa configuração acima, uma falha no cano P é detectada pela fixação da son-da ultra-sônica 1B junto a uma posição predeterminada em uma trajetóriacircular ao longo do elipsóide S de modo que uma direção na qual a falha aser detectada se estende pode ser substancialmente ortogonal a uma dire-ção de propagação de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da sondaultra-sônica 1 Β. Por conseqüência, falhas possuindo uma inclinação especí-fica podem ser detectadas. É para ser observado que a presente modalidaderealizou teste ultra-sônico através de um comprimento total do cano P por deforma em espiral alimentar o cano P axialmente.
Como nos casos da primeira até a terceira modalidades, o apa-relho de teste ultra-sônico 10OB de acordo com a presente modalidade apre-senta que um ângulo de incidência 0w e um ângulo de propagação γ sãoestabelecidos baseado em uma proporção de espessura para diâmetro eter-no t/D do cano P de modo que um ângulo interno de retração 9k dado naEquação (1) acima não pode ser menos do que 35° e não mais do que 60°,ambos inclusivos. As razões para isto são descritas abaixo mais especifica-mente com referência à figura 7 de forma apropriada.
Como apresentado na figura 7, ondas ultra-sônicas transmitidasa partir da sonda ultra-sônica 1B são supostas como entrando no cano P noponto O em sua superfície externa, refletidas no ponto A em uma superfícieinterna do cano P, e alcançam o ponto B na superfície externa do cano P.Adicionalmente, é suposto que um ângulo (ângulo de propagação) formadopor uma direção de propagação da onda ultra-sônica que entrou através doponto O (direção de propagação como vista a partir de uma direção de umanormal de um plano tangencial do cano P incluindo o ponto de incidência O)e uma tangente circunferencial L do cano P passando através do ponto deincidência O, é para ser γ (daqui para frente também referido como "direçãode propagação γ" de forma apropriada), um ângulo externo de refração noponto B (ângulo formado por uma normal L, no ponto B no cano Peo feixede onda ultra-sônica U em um plano de propagação de onda ultra-sônicaapresentado na figura 7D), é Θγ, e um ângulo interno de refração no ponto A(ângulo formado por uma normal L2 no ponto A no cano Peo feixe de ondaultra-sônica U no plano de propagação de onda ultra-sônica apresentado nafigura 7D), é 0k. Adicionalmente, é suposto que um ângulo de incidência deuma onda ultra-sônica sobre o cano P (ângulo formado por uma normal L3no ponto de incidência O no cano P e um feixe de onda ultra-sônica de pré-incidência em um plano de propagação de onda ultra-sônica apresentado nafigura 7D) é θw e um ângulo de retração da onda ultra-sônica sobre o cano P(ângulo formado pela normal L3 no ponto de incidência O no cano P e o fei-xe de onda ultra-sônica de pós-incidência U no plano de propagação de on-da ultra-sônica apresentado na figura 7D) é Gs.
As ondas ultra-sônicas feitas incidentes sobre o cano P no ângu-lo de incidência θw possuem comportamentos de propagação geométricos -ópticos. Ou seja, as ondas ultra-sônicas feitas incidentes sobre o cano P noângulo de incidência θw se propagam através do cano P em um ângulo derefração θs determinado pela lei de Snell. Então, como pode ser derivadogeometricamente, o ângulo externo de refração Gr se torna igual ao ângulode refração θs. Ou seja, a Equação (7) seguinte é estabelecida:
<formula>formula see original document page 36</formula>
Na Equação (7) acima, é para ser observado que Vs se refere auma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica propagando atra-vés do cano P e Vi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em um meio de acoplarriento que preenche um espaço entre a sondaultra-sônica 1.B e o cano P.
Adicionalmente, como pode ser derivado a partir das Equações(7) e (4) até (6) descritas acima, o ângulo interno de refração Gk dado naEquação (1) acima é em função do ângulo de incidência θw, do ângulo depropagação γ, e de uma proporção de espessura para diâmetro externo t/Ddo cano P. Adicionalmente, ele é minimizado para ser igual ao ângulo exter-no de refração θr (= ângulo de refração θs) quando a direção de propagaçãoγ da onda ultra-sônica concorda com uma direção axial do cano P (ou seja, oângulo de propagação γ = 90°) e maximizado quando a direção de propaga-ção γ da onda ultra-sônica concorda com uma direção de circunferência docano P (ou seja, o ângulo de propagação γ = 0°), assim sendo dado pelasEquação (8) seguinte:
<formula>formula see original document page 36</formula>Neste caso, se a proporção de espessura para diâmetro externot/D do cano P for cerca de vários por centos, uma diferença entre o ângulointerno de retração θk e o ângulo externo de retração θr calculada pela E-quação (8) acima é limitada a cerca de 10° ou menos. Portanto, uma dife-rença entre um ângulo interno de retração θk no caso de detectar uma falhade superfície externa se estendendo na direção axial do cano P (a ser detec-tada por uma onda ultra-sônica cuja direção de propagação γ concorda coma direção circunferencial do cano P) e um ângulo interno de retração θk nocaso de detectar uma falha de superfície interna se estendendo na direçãode circunferência do cano P (a ser detectada por uma onda ultra-sônica cujadireção de propagação γ concorda com a direção axial do cano P) é limitadaa cerca de 10°, assim eliminando diferenças significativas na capacidade dedetecção de ambas falhas de superfície interna. Entretanto, se t/D do cano Pse tornar 15% ou mais, o ângulo interno de retração θk calculado pela Equa-ção (8) acima se torna maior do que o ângulo externo de retração θr por tan-to quanto 20° (ou seja, o ângulo interno de refração θk aumenta por tantoquanto 20° por girar a direção de propagação γ da direção axial para a dire-ção de circunferência do cano P), desse modo altamente deteriorando a ca-pacidade de detecção para as falhas de superfície interna se estendendo nadireção axial do cano P. De forma similar, a capacidade de detecção para asfalhas de superfície interna possuindo um ângulo de inclinação entre a dire-ção axial e a direção de circunferência do cano P também deteriora à medi-da que o ângulo interno de refração θk aumenta.
Para suprimir a deterioração na capacidade de detecção parafalhas de superfície interna que é causada por uma variação no ângulo in-terno de refração θk descrita acima, elas podem ser detectadas com um ân-gulo interno de refração θk de tal modo a substancialmente igualar as inten-sidades de eco refletido nas falhas de superfície interna independente dosângulos de inclinação das falhas de superfície interna (independente da di-reção de propagação γ da onda ultra-sônica). Tal faixa do ângulo interno derefração θk não é menor do que 35° e não mais do que 60° como apresen-tado na figura 4 (de preferência, não menor do que 35° e não mais do que55° para suprimir uma alteração na intensidade do eco). Portanto, no apare-lho de teste ultra-sônico 100B de acordo com a presente modalidade, o ân-gulo de incidência Bw e o ângulo de propagação γ são estabelecidos basea-do na proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P, de mo-do que o ângulo interno de retração Gk não possa ser menos do que 35° enão mais de 60°, ambos inclusivos (de preferência, não menos do que 35° enão mais do que 55°, ambos inclusivos, para suprimir uma alteração na in-tensidade do eco). Mais especificamente, o ângulo de propagação γ é esta-belecido por circular a sonda ultra-sônica 1B ao longo do elipsóide S de mo-do que uma direção na qual uma falha a ser detectada se estende possa sersubstancialmente ortogonal a uma direção de propagação de uma onda ul-tra-sônica que é transmitida a partir da sonda ultra-sônica 1B. Adicionalmen-te, por estabelecer um formato do elipsóide S (diâmetro principal, diâmetrosecundário, e distância entre o ponto de incidência O da onda ultra-sônica eo elipsóide S), o ângulo de incidência Gw é estabelecido. Portanto, é possívelsubstancialmente igualar as intensidades de eco refletido nas falhas de su-perfície interna e por conseqüência detectar as falhas de superfície internacom quase a mesma capacidade de detecção independente da proporçãode espessura para diâmetro externo t/D e dos ângulos de inclinação das fa-lhas de superfície interna do cano P.
Adicionalmente, se uma configuração para alterar uma amplitudedo receptor 221 baseado em uma alteração no ângulo interno de refração Gkem uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos, for empregada, é preferívelque as intensidades de eco refletido nas falhas de superfície interna possamser ainda mais igualadas e por conseqüência, a capacidade de detecção dasfalhas de superfície interna pode ser ainda mais igualada.
O dito a seguir irá descrever um método para determinar umformato do elipsóide S (diâmetro principal, diâmetro secundário, e distânciaentre o ponto de incidência O da onda ultra-sônica e o elipsóide S). Comoapresentado na figura 6, se for suposto que o diâmetro principal do elipsóideS é 2x, seu diâmetro secundário é 2y, e a distância entre o ponto de incidên-cia O da onda ultra-sônica e o elipsóide S é h, um ângulo de incidência Gw(referido como θw1) de uma onda ultra-sônica que é transmitida quando asonda ultra-sônica 1B é colocada no diâmetro principal do elipsóide S e umângulo de incidência θw (referido como θw2) da onda ultra-sônica que étransmitida quando a sonda ultra-sônica 1B é colocada no diâmetro secun-dário do elipsóide S, são dados pelas seguintes Equações (9) e (10), respec-tivamente:
θ w1 =tanˉ1 (x/h) ...(9)θ w2=tanˉ1 (y/h) ...(10)
Com isto, o formato do elipsóide S (x, y, h) é determinado base-ado na t/D do cano P sujeito à detecção de falha de modo que os ângulos deincidência 0w1 e θw2 dados pelas Equações (9) e (10) acima podem satisfa-zer a Equação (11) seguinte e de modo que o ângulo interno de refração θk,calculado-a partir-dos ângulos de incidência θw1 e 9w2, respectivamente,possa se situar em uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos.
sin θw2 = sin θw1 · {1 — 2(t/D)) ...(11)
Na presente modalidade, a proporção de espessura para diâme-tro externo t/D do cano P foi igual a 11% e o formato do elipsóide S (x, y, h)foi determinado de modo que o ângulo de incidência θw1 dado pela Equação(9) acima possa ser cerca de 18° e o ângulo de incidência 0w2 dado pelaEquação (10) acima possa ser cerca de 14°. Tais ângulos de incidência θw1e θw2 podem satisfazer a Equação (11) acima e causar que o ângulo internode refração 0k dado pela Equação (1) acima se situe entre 35° e 60°, ambosinclusivos.
A Tabela 4 apresenta resultados de cálculos do ângulo de pro-pagação γ, do ângulo de incidência θw, do ângulo externo de refração θr edo ângulo interno de refração θk da onda ultra-sônica em um caso onde asonda ultra-sônica 1B no aparelho de teste ultra-sônico 100B foi circulada aolongo do elipsóide S cujo formato foi determinado como descrito acima. Nes-te cálculos, as Equações (1) e (4) até (7) descritas acima foram utilizadas.Adicionalmente, na Equação (7), Vs = 3200,/seg (velocidade de propagaçãode uma onda ultra-sônica de cisalhamento através do cano de aço) e Vi =1500 m/seg (velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinaisna água).
Tabela 4
<table>table see original document page 40</column></row><table>
Como apresentado na Tabela 4, é possível não somente manter,em um ângulo de inclinação de uma falha de superfície interna em uma faixaentre 0o e 90°, ambos inclusivos, (por conseqüência, a faixa do ângulo depropagação γ da onda ultra-sônica entre O0 e 90°, ambos inclusivos), um ân-gulo interno de retração Bk em uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos,mas também manter o mesmo em um valor quase constante. Apesar da Ta-bela 4 apresentar somente o caso do ângulo de propagação γ da onda ultra-sônica estando em uma faixa entre 0o e 90°, na verdade é possível manter oângulo interno de retração Gk em um valor quase constante na condição on-de o ângulo de propagação γ está em uma faixa entre O0 e 360°. Portanto, épossível substancialmente igualar as capacidades de detecção para falhasde superfície interna possuindo quaisquer ângulo de inclinação na faixa en-tre 0o e 360°.

Claims (8)

1. Método para executar teste ultra-sônico por dispor uma sondaultra-sônica de modo a ficar voltada para uma superfície externa de um obje-to de teste tubular, em queum ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto deteste tubular e um ângulo de incidência axial βΐ da onda ultra-sônica transmi-tida a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubularsão estabelecidos baseado em uma proporção de espessura para diâmetroexterno t/D do dito objeto de teste tubular, de modo que um ângulo internode retração Gk calculado a partir do dito ângulo de incidência circunferencialai, o dito ângulo de incidência axial βί, e a dita proporção de espessura paradiâmetro externo t/D do objeto de teste tubular não podem ser menor do que-35° e não maior do que 60°.
2. Método de teste ultra-sônico, de acordo com a reivindicação-1, em queo dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo deincidência axial βΐ são estabelecidos de modo que uma direção de propaga-ção de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o dito objeto de teste tu-bular calculada a partir do ângulo de incidência circunferencial ai e do ditoângulo de incidência axial βί, possa ser substancialmente ortogonal a umadireção de extensão de uma falha a ser detectada, e entãopelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencialai e o dito ângulo de incidência axial βί é ajustado de modo que o dito ângulointerno de refração Qk não possa ser menos do que 35° e não mais do que-60°.
3. Método de teste ultra-sônico, de acordo com a reivindicação 1ou 2, em quea dita sonda ultra-sônica vem a ser uma sonda ultra-sônica desérie em fase na qual vários transdutores são dispostos; epor eletricamente controlar o fuso horário de transmissão ou ofuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica pelos ditos vários trans-dutores, pelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencial αie o dito ângulo de incidência axial βί da onda ultra-sônica transmitida para odito objeto de teste tubular, é eletricamente ajustado.
4. Método de teste ultra-sônico, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 3, em queo dito ângulo interno de retração θk é calculado pela Equação (1)seguinte:θk = cos 1(cos θ r-cos0 — siri θ r-cos γ -sin0) '"(1)onde um ângulo de propagação γ, um ângulo externo de refra-ção θr, e um ângulo φ são dados pelas Equações (2) até (4) seguintes, res-pectivamente:<formula>formula see original document page 42</formula>onde, na Equação (3) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagaçãode uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular eVi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em ummeio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica eo objeto de teste tubular, k e θ' na Equação (4) acima são dados pelas E-quações (5) e (6) seguintes, respectivamente.<formula>formula see original document page 42</formula>
5. Método para executar teste ultra-sônico pela disposição deuma sonda ultra-sônica de modo a ficar voltada para uma superfície externade um objeto de teste tubular, em queum ângulo de incidência θw de uma onda ultra-sônica transmiti-da a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubular, eda a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubular, eum ângulo de propagação γ da onda ultra-sônica, feito incidente sobre o ditoobjeto de teste tubular, são estabelecidos baseado em uma proporção deespessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular de modoque um ângulo interno de retração 0k, calculado a partir do dito ângulo deincidência 0w, do dito ângulo de propagação γ, e da proporção de espessurapara diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular, não podem ser me-nos do que 35° e não mais do que 60°.
6. Método de teste ultra-sônico, de acordo com a reivindicação-5, em queo dito ângulo de propagação γ é estabelecido de modo que umadireção de propagação de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o ditoobjeto de teste tubular possa ser substancialmente ortogonal a uma direçãode extensão de uma falha a ser detectada, e então o dito ângulo de incidência 0w é ajustado de modo que o ditoângulo interno de retração 0k não possa ser menos do que 35° e não maisdo que 60°.
7. Método de teste ultra-sônico, de acordo com a reivindicação 5ou 6, em que o dito ângulo interno de retração 0k é calculado pela Equação (1)seguinte:<formula>formula see original document page 43</formula>onde um ângulo externo de retração 0r e um ângulo φ na Equação (1) acimasão dados pelas Equações (7) e (4) seguintes, respectivamente:<formula>formula see original document page 43</formula>onde, na Equação (7) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagaçãode uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular eVi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em ummeio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica equações (5) e (6) seguintes, respectivamente:<formula>formula see original document page 44</formula>
8. Método para fabricar um cano ou tubo sem costura, compre-endendo:uma primeira etapa de perfurar um lingote para fabricar um canoou tubo de aço sem costura; euma segunda etapa para detectar uma falha no cano ou tubosem costura, fabricado pela dita primeira etapa, por utilizar o método de tes-te ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 7.
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