DE60305503T2

DE60305503T2 - Schweissnahtinspektion durch elektromagnetisch-akustischen wandler (emat)

Info

Publication number: DE60305503T2
Application number: DE60305503T
Authority: DE
Inventors: Josephus Johannis DEN BOER; Thomas Anthony COLE; Klisthenis Dimitriadis; Arie Dirk KRONEMEIJER; Erik Jan VOLLEBREGT
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: DE60305503D1; ATE327073T1; CA2492668C; AU2003251455B2; NO20050825L; UA80557C2; EP1523393A1; EA200500215A1; US20040134970A1; CA2492668A1; WO2004007138A1; US6896171B2; EP1523393B1; CN100385236C; AU2003251455A1; DK1523393T3; CN1668415A; EA007258B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Inspizieren von Schweißungen mittels einer elektromagnetisch-akustischen Wandler (EMAT)-Anordnung.
Der Einsatz von EMAT-Anordnungen zum Inspizieren von Schweißungen ist aus den US-Patenten 5,439,157 und 5,474,225 bekannt. Bei den bekannten EMAT-Schweißinspektionsverfahren wird eine Roboter-Transportvorrichtung, die EMAT-Sende- und Empfangsspulen aufweist, automatisch auf einer Seite einer gerade fertiggestellten Schweißung positioniert, worauf die EMAT-Sendespule Ultraschall SH-Scherwellen gegen die Schweißung sendet und die EMAT-Empfangsspule jegliche Ultraschall SH-Scherwellen, die von der Schweißung in ein Signal reflektiert werden, in ein Signal umwandelt, welches das Vorhandensein von Defekten in der Schweißung auf Basis des empfangenden Signals anzeigt. Die Roboter-Transportvorrichtung wird im Betrieb entlang der Oberfläche einer der geschweißten Platten parallel zur Schweißung bewegt und kann an eine Steuereinheit angeschlossen werden, welche die Einstellungen der Schweißvorrichtung automatisch anpaßt, welche sich vor der EMAT-Schweißanordnung bewegt. Die Verwendung einer Roboter-Transportvorrichtung ist für die Inspektion von Schweißungen zwischen Rohren nicht praktisch, weil dies erfordert, daß die Roboter-Transportvorrichtung um ein geschweißtes Rohr rotiert, was zeitaufwendig ist und die Verwendung eines fragilen Roboterwerkzeuges erfordert.
Die Verwendung von EMAT-Vorrichtungen für Schweißungen und/oder Rohrinspektion ist auch offenbart in
US-Patent Nr. 5,652,389 an Barnes et al.,
US-Patent Nr. 5,760,307 an Latimer et al.,
WO-Patent Nr. 02/40986 und US-Patent 5,802,202 an Passarelli. Barnes offenbart eine Impuls-Echo-Technik und eine Vorrichtung zur Inspektion von Schwungradreibschweißungen in Platten unter Verwendung von EMAT. Latimer offenbart ein Verfahren zum Eli minieren von Root- und Crown-Signalen unter Verwendung von gekreuzten oder kollinearen EMATs, und Passarelli offenbart eine Impuls-Echo-Technik für die Inspektion von zylindrischen Gegenständen, einschließlich Stäben und Rohren.
Die von Passarelli offenbarte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie eine fixierte ringförmige Konstruktion hat, die nicht leicht um Rohre und die Schweißung am Bohrturmboden herum angebracht werden kann, ohne die Gefahr einer Beschädigung der Vorrichtung oder unter Inkaufnahme von wesentlichen Zeitverzögerungen. Ein anderer Nachteil dieser Anordnung ist die Geometrie der Elektromagnete, der Sender- und Empfängerspule, welche keine 100 %-ige Inspektion der Schweißung um den Umfang des Rohres gestattet, weil die Öffnung des Senders kleiner als das Ultraschallfeld des Schweißbereiches ist. Ein Rotieren des Rohres könnte diesen Nachteil mildern, dies ist aber nicht möglich, wenn die Rohre am Bohrturmboden verschweißt werden, wie dies nachfolgend erläutert wird. Eine zusätzliche Schwierigkeit, die von diesem und einem anderen Stand der Technik erzeugt wird, besteht darin, daß die Schweißung nur durch eine Impuls-Echo-Reflexionsmessung erfolgt. Um eine Fehlinterpretation der reflektierten Signale zu vermeiden, z.B. infolge einer Diffraktion oder Streuung an der Schweißung, wird es jedoch bevorzugt, sowohl die Reflexion als auch die Übertragung unter Verwendung von zumindest zwei EMATs gleichzeitig zu messen, die stromaufwärts und stromabwärts der Schweißung angeordnet werden.
Das Verfahren und die EMAT-Anordnung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9 sind aus der WO 02/40986 bekannt. Andere EMAT-Inspektionsmethoden und -systeme sind in dem EP-Patent Nr. 0781994, der internationalen Patentanmeldung WO 96/02831 und den US-Patenten Nrn. 5085082; 4184374; 4289030; B61703361; 5581037; 4127035 und 4471658 offenbart.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und System zum Inspizieren von Schweißungen mittels einer EMAT-Anordnung zu schaffen, die nicht die Anwendung einer Roboter-Transportvorrichtung erfordert, und die aktiviert werden kann, um die Schweißung auf irgendwelche Unregelmäßigkeiten und/oder das Vorhandensein von Oxideinschlüssen, unmittelbar nachdem die Schweißung hergestellt ist, über die Länge der Schweißung auszuführen.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Rohrschweißinspektionsverfahren gemäß der Erfindung umfaßt das Anordnen einer Reihe von elektromagnetisch-akustischen Wandler (EMAT)-Anordnungen in Umfangsrichtung nahe einer Fläche des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes und die Beaufschlagung der EMAT-Anordnungen zur Übertragung sequentieller oder gleichzeitiger akustischer Scherwellensignale in verschiedenen Modi und Winkeln in den Gegenstand, und das Feststellen der Scherwellen, die von dem Gegenstand reflektiert werden und/oder durch diesen hindurchgehen, derart, daß zumindest ein wesentlicher Teil des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes von den EMAT-Anordnungen gescannt wird, wobei die EMAT-Anordnungen während des Scanvorganges an im wesentlichen fixen Positionen relativ zu dem Gegenstand gehalten werden, und die EMAT-Anordnungen eine ringförmige Anordnung von EMAT-Sendern und eine ringförmige Anordnung von EMAT-Empfängern aufweisen; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren verwendet wird, um Schweißungen zwischen geschweißten Rohrenden zu inspizieren, und daß jede der EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen eine Matrix von EMAT-Wandlern aufweist, die einander in Umfangsrichtung zumindest teilweise überlappen.
Es sei bemerkt, daß, da jede EMAT-Sender- und Empfängeranordnung eine Matrix von EMAT-Wandlern aufweist, die einander in Umfangsrichtung zumindest teilweise überlappen, die gesamte Länge der Schweißung unmittelbar nach dem Schweißvorgang von einer stationären Reihe von EMAT-Sendern inspiziert werden kann, von denen jeder Scherwellen in einen Abschnitt der Rohrwand überträgt, der schmäler als die Breite des EMAT-Senders selbst ist.
Die EMAT-Wandler zumindest einer Matrix können übereinander in radialer Richtung relativ zur Rohrwand gestapelt sein. Alternativ sind die EMAT-Wandler zumindest einer Matrix im wesentlichen in Längsrichtung relativ zur Rohrwand versetzt angeordnet.
Die Verwendung von EMAT-Anordnungen, die im wesentlichen in fixierten Positionen relativ zur Schweißung während des Scanvorganges gehalten werden, gestattet eine augenblickliche Schweißungsinspektion, nachdem die Schweißung ausgeführt ist, und gestattet somit eine signifikant raschere Schweißungsinspektion als mit derzeit bekannten EMAT-Inspektionswerkzeugen, bei welchen die EMAT-Anordnungen während des Schweißungsscanverfahrens relativ zur Schweißung bewegt werden, wie dies im US-Patent 4,184,374, im US-Patent 5,085,082 und in der internationalen Patentanmeldung WO 95/02831 offenbart ist.
Wahlweise umfassen die EMAT-Anordnungen eine ringförmige Anordnung von in Umfangsrichtung beabstandeten EMAT-Sendern und eine zwischen der Schweißung und der ringförmigen Anordnung von EMAT-Sendern angeordnete ringförmige Anordnung von in Umfangsrichtung beabstandeten EMAT-Empfängern.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die EMAT-Anordnungen auf beiden Seiten der Schweißung ringförmige Anordnungen von EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen, gesehen in Längsrichtung der geschweißten Rohre.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die EMAT-Anordnung auf einem Trägerkörper angeordnet, der im Inneren zumindest eines der geschweißten Rohre vorgesehen ist. Diese Ausführungsform der EMAT-Anordnung kann auch zum Inspizieren von Schweißungen in situ verwendet werden, z.B. im Bohrloch oder in Pipeline-Verlegeschiffen, entweder unmittelbar, nachdem die Schweißung hergestellt wurde oder einige Zeit später, z.B. um die Qualität der Schweißungen nach einigen Dienstjahren zu inspizieren.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der EMAT-Anordnung ist diese auf einer Trägerhülse vorgesehen, welche zumindest eines der geschweißten Rohre umgibt und die gegebenenfalls nach dem Vollenden des Schweißvorganges in zumindest zwei Hülsensegmente gesplittet werden kann. Diese Ausführungsform kann auch für die Inspektion von Schweißungen in situ verwendet werden, d.h. auf einem Bohrlochturmboden oder in Pipeline-Verlegeschiffen.
Das EMAT-Rohrinspektionsverfahren und die Anordnung sind befähigt, die Qualität von schmiedegeschweißten Rohren, unmittelbar nachdem die Schmiedeschweißung hergestellt wurde, zu inspizieren.
Die EMAT-Anordnung gemäß der Erfindung umfaßt ringförmige Anordnungen von EMAT-Sendern und EMAT-Empfängern, die im Betrieb in Umfangsrichtung verteilt nahe einer Fläche des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes vorgesehen werden, und die so ausgebildet sind, daß sie sequentiell oder gleichzeitig akustische Scherwellensignale in verschiedenen Modi und Winkeln in dem Gegenstand senden und die Scherwellen feststellen, die von dem Gegenstand reflektiert werden und/oder durch den Gegenstand hindurchgehen, derart, daß zumindest ein wesentlicher Teil des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes von der EMAT-Anordnung gescannt wird; dadurch gekennzeichnet, daß die EMAT-Anordnung so ausgebildet ist, daß sie Schweißungen (6) zwischen geschweißten Rohrenden inspiziert, und daß jede der EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen (7, 8) eine Matrix von EMAT-Wandlern (13, 14) aufweist, die einander in Umfangsrichtung zumindest teilweise überlappen.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Anordnung zumindest zwei in Längsrichtung beabstandete ringförmige Reihen von EMAT-Sendern und Empfängern auf, derart, daß die ringförmigen Anordnungen von EMAT-Empfängern zwischen den ringförmigen Anordnungen von EMAT-Sendern liegen.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele des EMAT-Schweißinspektionsverfahrens und der entsprechenden Anordnung gemäß der Erfindung werden detaillierter unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
die 1a und 1b eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Schmiedeschweißvorrichtung, die mit einer EMAT-Schweißinspektionsanordnung gemäß der Erfindung ausgestattet ist.
2 einen Längsschnitt eines Speeres, der in ein Paar von schmiedegeschweißten Rohren eingesetzt wird, und der ringförmige Anordnungen von EMAT-Sendern und Empfängern auf jeder Seite der Schweißung trägt;
3 einen Längsschnitt einer Schweißung zwischen Rohren, durch welche ein Ultraschallsignal gesendet wird;
die 4a-e dreidimensionale Ansichten einer EMAT-Sender- und Empfängeranordnung, und wie die akustischen Signale in die Rohrwand gesendet werden; und
5 verschiedene geeignete Konfigurationen von EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen.
Die traditionelle Methode zum Verbinden von Längen von OCTG (Oil Country Tubular Goods), die entweder für Bohrlochauskleidungen oder Bohrlochverrohrungen verwendet werden, ist eine Gewindeverbindung oder irgendeine andere Form der Verbindung, die auf einer geeigneten Schweißtechnik beruht, wie Explosionsschweißen, abgeschirmtes aktives Gasschweißen, Abschmelzschweißen etc.
Im Falle von Schweißungen reduziert das Vorhandensein bestimmter Defekte die Festigkeit und somit die Sicherheit und strukturelle Integrität des Bohrlochöl- oder -gasrohres. Deshalb ist eine geeignete Inspektion der Schweißung auf Fehler oder andere Unregelmäßigkeiten verpflichtend. Es wird bevorzugt, die Schweißung unmittelbar nach ihrer Herstellung unter Verwendung einer zerstörungsfreien Testtechnik zu inspizieren.
Am Bohrturmboden werden die Rohre 1 mittels Rohrgreifern 4 in einer aufrechten und fixen Position während der Schweißung gehalten, wie dies die 1 und 2 zeigen. Nach der Inspektion und Bestätigung der Schweißqualität wird das Rohr 1 in das Bohrloch abgesenkt, und ein anderes Rohrstück oder eine Auskleidung (minimale Länge 10 Meter) wird an der Oberseite positioniert und verschweißt etc. Um den Turmzeitverlust zu minimieren und die Sicherheit des Turmbodens zu verbessern, wird es bevorzugt, die Inspektion der Schweißung auf vollautomatische Weise durchzuführen, beginnend unmittelbar nachdem die Schweißung hergestellt ist und vollendet in einem Mindestmaß an Zeit. Für die Integrität des Bohrloches ist es wesentlich, daß die Schweißung über ihre gesamte Länge entlang des Umfanges des Rohres inspiziert wird.
Derzeit ist eine Reihe von Technologien bekannt, die für die Inspektion von Stumpfschweißungen in Rohren verfügbar sind, basierend auf Röntgenstrahlen, Ultraschallinspektionstechniken, EMAT, Wirbelstrominspektion und abgeleitete Techniken, wie SLOFEC, Fernfeld-Wirbelstromtechniken, teilgesättigte Wirbelstromtechniken etc.
Das Erfordernis für die Inspektion von Rohren, die zur Verwendung in Bohrlochumgebungen bestimmt sind, stellt eine neue Herausforderung dar, welche viele Techniken und/oder Konfigurationen disqualifiziert. Diese Herausforderung erstreckt sich auf

a. das rasche Erledigen von Tests auf relativ schlecht präparierten Oberflächen, während die Schweißung noch heiß ist,
b. den vollautomatischen Betrieb der Testausrüstung,
c. das unmittelbare Feedback für eine Beurteilung der Annahme oder Zurückweisung der Schweißung,
d. die Integration mit der Schweißvorrichtung,
e. den sicheren Betrieb in einer potentiell gefährlichen Umgebung.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung der EMAT-Schweißinspektionstechnologie am Bohrturmboden.
Die EMAT (elektromagnetisch-akustische Wandler)-Inspektion ist eine bekannte Inspektionstechnik, in welcher eine Interaktion zwischen einem magnetischen und einem elektromagnetischen Feld akustische Energie in dem Teststück induziert. Die erzeugte akustische Welle wird von Anomalien oder Defekten reflektiert und kann mit einem geeigneten Empfänger festgestellt werden. Der Empfänger kann entweder ein konventioneller piezoelektrischer Wandler oder ein EMAT sein. Um die magnetische Kopplung des sendenden EMAT zu validieren, kann ein Empfänger auf der anderen Seite der Schweißung als Sendecheck angewendet werden.
In diesem Fall ist die relative Stärke dieser Energie durch das Vorhandensein von Defekten verändert und wird zur Identifizierung der Defekte verwendet.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden neue Sende- und Empfänger-EMAT-Anordnungen verwendet, die in einer stationären Position relativ zur Schweißung gehalten werden, und die geeignet sind, schmiedegeschweißte Rohre unmittelbar nach dem Schmiedeschweißvorgang zu inspizieren. Um eine korrekte und genaue Positionierung der EMAT-Sonden sicherzustellen, ist ein neues Design gemacht worden, wobei die stationären EMAT-Anordnungen so konfiguriert sind, daß sie die gesamte Länge der Schweißung scannen, was eine Integration in die Schmiedeschweißmaschine oder in den zum Ausrichten der Rohre während des Schweißens verwendeten inneren Speer gestattet.
Bezug genommen wird nun auf die 1 und 2, die eine äußere zerstörungsfreie Schweißprüfvorrichtung zeigen, die zwei EMAT-Sonden 7, 8 enthält. Es wird bevorzugt, daß die EMAT-Sonden 7, 8 entweder oberhalb der Schweißung 6 oder unterhalb der Schweißung 6 oder vorzugsweise oberhalb und unterhalb der Schweißung 6 positioniert werden, und daß sie eng benachbart zur Rohrwand angeordnet sind (typischerweise nicht mehr als 2 mm von dieser). Jede EMAT-Sonde weist eine Reihe von in Umfangsrichtung verteilten EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen 7a, 7b, 8a, 8b auf. In jeder Anordnung ist der Empfänger 8a, 8b nahe dem Sender 7a, 7b, aber zwischen dem Sender 8a, 8b und der Schweißung 6 positioniert. Die stationären EMAT-Sonden können in eine externe Gasabschirmkammer 3 der Schmiedeschweißmaschine (1) oder in den inneren Speer 25 (2) integriert werden.
Die stationäre EMAT-Sonde 7, 8 ist ringförmig, wie die 1a und 1b zeigen, und in zumindest zwei Teile unterteilt, wie in 1a dargestellt. Während der gesamten Schweiß- und Inspektionsvorgänge werden die Rohre 1 in einer fixen Position gehalten, sie können bei Verwendung von Rohrgreifern 4 nicht rotieren. Die Gasabschirmkammer 9 der Schmiedeschweißmaschine wird während der Zeit geschlossen und umgibt die gegen die Rohre 1 gepreßten Elektroden 2, bevor die Schmiedeoperation stattfindet, um die Rohrenden zu erhitzen, die dann durch Schmiedeschweißen verbunden werden.
Die Steuerelektronik, Vorverstärker, Signalvorprozessoren etc. sind nahe den Elektromagneten und den EMAT-Sender- und Empfängerspulen T/R in gedruckten Schaltungen 16 angeordnet. Eine aktive Kühlung für die Elektromagneten wird durch das in die Kammer 3 eingeblasene Abschirmgas bereitgestellt, wie dies durch die Pfeile 5 angedeutet ist.
Im Betrieb wird jedes R/T-Paar 8a, 7a, 8b, 7b durch eine elektrische Schaltbox in der gedruckten Schaltung 16 aktiviert und gesteuert. Ein Signal wird von jedem der Sender 7a, 7b etc. erzeugt und über das Rohr 1 gegen die Schweißung 6 übertragen, wobei der benachbarte Empfänger 8 dieses Signal für Kalibierzwecke feststellt und das Signal weiter gegen die Schweißung wandert. Wenn ein Defekt in der Schweißung 6 auftritt, dann wird das Signal zum Sender 7a, 7b zurück reflektiert, worauf der Empfänger 8a, 8b es feststellt und einen Defekt meldet.
Wenn sie gemeinsam mit der Schmiedeschweißmaschine angewendet werden, wie die 1a und 1b zeigen, werden die EMAT-Sonden 7, 8 um die Rohrwand 1 herum unter Verwendung eines Federsystems 9 automatisch zentriert, wenn die Gasabschirmkammer 3 geschlossen wird. Die Oberflächen 13a-b, 14a-b der EMAT-Sender- und Empfänger 7a-b, 8a-b sind durch einen dünnen Film 12 geschützt, typischerweise einen 0,1 mm dicken Metallfilm, obzwar andere der schleißfesten Materialien angewendet werden können.
2 zeigt EMAT-Sonden, die auf einem inneren Zapfen 25, z.B. für das Schmiedeschweißen, montiert sind. Bei dieser Anwendung weisen die EMAT-Inspektionssonden 7, 8 eine Reihe von umfangsmäßig beabstandeten Paaren von EMAT-Sendern 7c und 7d und EMAT-Empfängern 8c, 8d auf jeder Seite der Schweißzone 6 auf. Vorsorge ist in dem Speer 25 für Permanentmagnete oder Elektromagnete getroffen, die für die EMAT-Inspektion erforderlich sind, und eine entsprechende Energiezufuhr, elektronische Schaltbox und Steckverbindungen werden vorgesehen.
Das einfachste und bevorzugte Ausführungsbeispiel erfordert, daß der Speer 25 in einem der Rohre 1 vorpositioniert wird. Dies gestattet, daß die Inspektionssonden in gutem Kontakt mit der Rohrwand sind, ohne daß ein Driften erforderlich wäre, wobei dies durch Verwendung eines einfachen Polstermaterials, wie Schaumgummi, erreicht werden kann. Wo die Inspektionsvorrichtung in Position gedriftet werden muß, werden die EMAT-Sondenanordnungen 7c-d, 8c-d gegen das Rohr 1 unter Verwendung eines Aktivierungsverfahrens positioniert, für das es mehrere Möglichkeiten gibt.
Die EMAT-Sondenanordnungen 7, 8 sind während des Schweißvorganges auf Stand-by und beginnen mit der Inspektion, unmittel bar nachdem der Schweißvorgang beendet und die lokale Temperatur der Schweißung niedrig genug, z.B. 700°C, ist.
Eine nahezu identische Konfiguration kann in einem Rohrinspektionsmolch oder einer Loggingvorrichtung zur Inspektion der Schweißungen in situ verwendet werden, d.h. im Bohrloch oder in Pipelines an oder nahe der Erdoberfläche, um die Qualität der Schweißungen nach mehreren Dienstjahren zu überprüfen.
3 illustriert die Vorteile der Verwendung einer zweiten Reihe von EMAT-Empfängern, z.B. R2, auf der gegenüberliegenden Seite der Schweißung 6 gegenüber den Sendern, z.B. T1, zusätzlich zur konventionellen Verwendung einer ersten Reihe von EMAT-Empfängern R1 auf der gleichen Seite der Schweißung 6, wie die Sender T1. In dem Fall, daß kein Defekt in der Schweißung 6 vorhanden ist, wird die zweite Reihe von zusammengehörigen Empfängern R2 ein starkes Signal feststellen, wenn das Signal die Schweißung passiert hat. Wenn diese zweite Reihe von Empfängern R2 nicht vorhanden ist, dann existiert ein größeres Ausmaß an Unsicherheit hinsichtlich der Defektgröße, weil die reflektierten Signale streuen und verloren gehen können, in welchem Fall die Größe eines Defektes in der Schweißung 6 unkorrekt/irreführend berichtet werden kann.
Außer der Validierung bietet die symmetrische Konfiguration der Empfänger und Sender T1,2 und R1,2 auf beiden Seiten der Schweißung 6 Mittel zur Kontrolle der Empfangsspulen, z.B. R1. Ein weiterer Vorteil der symmetrischen Sender- und Empfängerkonfiguration T1,2 und R1,2 besteht darin, daß sie dem EMAT-System ermöglicht, daß es in verschiedenen Modi arbeiten kann. Beispielsweise ist es durch Änderung des relativen Winkels zwischen den Rohren, magnetischen und elektromagnetischen Feldern möglich, den Stahl in jeder beliebigen Richtung zu vibrieren. Einer der Vorteile davon ist, daß der gesamte Körper der Rohrwand „vibriert" werden kann, und daß die Ganzkörpervibration entlang des Rohres parallel zur Rohrwand wandert. Dies verhindert ein „Skippen", wie dies in 3 angedeutet ist, und verbessert das Signal-zu-Rausch-Verhältnis signifikant. Der gleiche Vorgang wird für die Sender T2 wiederholt, wodurch sich eine Redundanz für die gesamte Konfiguration ergibt.
Bezug genommen wird auf die 4a und b, die EMAT-Wandler- und Empfängersonden 7, 8 zeigen, die aus einem Satz von laminierten Elektromagneten 17 gebildet sind, die einzeln, in Gruppen oder alle gleichzeitig gesteuert werden können. Die individuellen Elektromagneten 17 sind voneinander durch dünne Abstandhalter 18 getrennt. Bei dem in 4b gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel können die einzelnen Elektromagneten 17 mit legoartigen Verbindungen 17a zusammengesetzt werden. Diese Konstruktion gestattet es, daß die EMAT-Sondenanordnungen 7, 8 für verschiedene Rohrdurchmesser rekonfiguriert werden können. Die Enden der EMAT-Sonden 7, 8 sind mit geeignetem Oberflächenschutzmaterial 15, z.B. Vespel, versehen, um eine Beschädigung oder ein Unbrauchbarwerden der Wandler- und Empfängeranordnungen zu verhindern. An dieser Stelle (oder auf beiden Seiten) können sich die flexiblen Wandler- und Empfängerspulen 13a, 14a frei bewegen, um Durchmesseränderungen aufzunehmen. Die EMAT-Sondenanordnungen 7, 8 sind voneinander durch dielektrische Abstandhalter 11 getrennt. Die Wandler- und Empfängerspulen 13a, 14a sind innerhalb einer hinterschnittenen Zone oder an der Oberfläche der elektromagnetischen Elemente vorgesehen.
Bezug genommen wird auf 4c. Eine elektrostatisches Schild 22 wird verwendet, um die EMAT-Empfängerspule 14 vor Effekten unerwünschter elektrischer Interferenz zu schützen. Das elektrostatische Schild, z.B. Mu-Metall, geerdet, wirkt als Bar riere zum Schutz der EMAT-Empfängerspule 15 vor elektrostatischer Interferenz und Radiofrequenz-Interferenz (EMI/RFI).
Bezug genommen wird auf die 4d und 4e. Hier sind die Mittel offenbart, mittels welcher eine Fokalzone (Öffnung) in der Ultraschallwelle 21 erzeugt werden kann, die eine identische Größe wie eine oder mehrere elektromagnetische Elemente 17 haben. Ein oder mehrere (oder alle) elektromagnetischen Elemente 17 können magnetisiert sein, wodurch sie ein größeres magnetisches Feld bilden, als dies von einem einzelnen elektromagnetischen Element 17 gegeben wäre. Die elektromagnetischen Elemente 17 können einzeln, in Gruppen oder alle zur gleichen Zeit unter Verwendung der Steuerelektronik in dem elektrischen Strom 16 an- und abgeschaltet werden, wie dies in 1 illustriert ist.
Bezug genommen wird auf 5. Unter Verwendung des neues Design bietet die Anwendung und Steuerung von mäanderförmigen Spulenelementen 23 die Option, verschiedene Arbeitsmodi und Übertragungswinkel in der Ultraschallwelle zu wählen, was eine volle Inspektion der gesamten Schweißung um den gesamten Umfang des Rohres gewährleistet.
Innerhalb des Ringes von Elektromagneten ist eine Sende- oder Empfangsspule 13, 14 vorhanden, wie in 5a gezeigt, die eine Drahtlänge sein kann oder ein Aufbau aus separaten Mäanderschlaufen-Spulenelementen, wie in 5b gezeigt. Die sendenden oder empfangenden Spulenelemente 13, 14 können separat gesteuert werden, um entweder eine große Mäanderschlaufe, wie in 5c gezeigt, oder ein Phasenarray zur Erzeugung einer gewinkelten Ultraschallwelle zu erzielen, wie in 5d gezeigt. Die Empfängerspulenelemente 23 sind mit geeigneten Vorverstärkern 24 ausgerüstet. Sie können separat oder kombiniert unter Verwendung der Steuerelektronik in 16 verarbeitet werden.
Außerdem kann durch Einführen kleiner Spulenelemente 23 eine Anzahl von zusätzlichen verschiedenen Konfigurationen erzeugt werden, wie sie in 5e, 5f, 5g, 5h illustriert sind für verschiedene Inspektionszwecke.
Die Basiskonfigurationen sind:

(I) eine lange mäanderförmige Schlaufenspule (z.B. in Umfangsrichtung), wie in 5f gezeigt,
(II) eine kurze mäanderförmige Schlaufenspule (z.B. in radialer Richtung) unter Verwendung einer einzigen Lage von Spulen, wie in 5g gezeigt.
(III) Zwei oder mehr versetzte Lagen, wie in 5h gezeigt, die verwendet werden können, um eine verbesserte Erfassung, zusätzliche Tiefenrichtung und ein besseres Signal-Zu-Rausch-Verhältnis zu erzeugen. Die Gesamtdicke der versetzten Lagen sollte klein in der Größenordnung von 1 mm sein.

Variationen sind möglich.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird durch ein Sandwich von zwei oder mehr Lagen einer flexiblen Sonde um den vollen Umfang des Rohres erreicht. Ein alternatives Ausführungsbeispiel würde die Lagen der EMAT-Sonden haben, die in einem ähnlichen stufenförmigen Muster, aber eine Lage über der anderen positioniert sind. Vorzugsweise sind die Sender- und Empfängerspulen auf einem flexiblen Träger oder Substrat angeordnet, welches leicht am Bohrturmboden gewechselt werden kann.

Claims

Verfahren zum Inspizieren eines Abschnittes eines zylindrischen Gegenstandes (1), wobei das Verfahren das Anordnen einer Reihe von elektromagnetisch-akustischen Wandler (EMAT)-Anordnungen (7, 8) in Umfangsrichtung nahe einer Oberfläche des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes und das Induzieren der EMAT-Anordnungen (7, 8) zur sequentiellen oder gleichzeitigen Übertragung akustischer Scherwellensignale in verschiedenen Modi und Winkeln in den Gegenstand (1) und zur Ermittlung der reflektierten Scherwellen umfaßt, die von dem Gegenstand (1) reflektiert werden oder durch diesen hindurchgehen, derart, daß zumindest ein wesentlicher Teil des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes durch die EMAT-Anordnungen (7, 8) gescannt wird, wobei während des Scanvorganges die EMAT-Anordnungen (7, 8) in im wesentlichen fixen Positionen relativ zum Gegenstand (1) gehalten sind und die EMAT-Anordnungen (7, 8) eine ringförmige Anordnung von EMAT-Sendern (7) und eine ringförmige Anordnung von EMAT-Empfängern (8) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Inspizieren von Schweißungen (6) zwischen geschweißten Rohrenden verwendet wird, und daß jede der EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen (7, 8) eine Matrix von EMAT-Wandlern (13, 14) aufweist, die einander zumindest teilweise in Umfangsrichtung überlappen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die ringförmige Anordnung von EMAT-Empfängern (8) zwischen der Schweißung (6) und der ringförmigen Anordnung von EMAT-Sendern (7) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die EMAT-Anordnungen zu beiden Seiten der Schweißung (6) ringförmige Anordnungen von EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen umfassen, gesehen in Längsrichtung der verschweißten Rohre (1).
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die EMAT-Wandler (13, 14) von zumindest einer Matrix in teilweise überlappendem Muster in radialer Richtung relativ zur Rohrwand übereinandergestapelt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die EMAT-Wandler (13, 14) von zumindest einer Matrix im wesentlichen in der Längsrichtung relativ zur Rohrwand versetzt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die EMAT-Anordnung auf einem Trägerkörper angeordnet ist, der im Inneren von zumindest einem der verschweißten Rohre vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, bei welchem die EMAT-Anordnungen auf einer Trägerhülse angeordnet sind, die zumindest eine der geschweißten Rohre umgibt und welche gegebenenfalls in zumindest zwei Hülsensegmente gesplittet werden kann, nachdem der Schweißvorgang beendet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die EMAT-Anordnungen betätigt werden, um die Qualität der verschweißten Rohre augenblicklich zu inspizieren, nachdem die Schmiedeschweißung hergestellt ist.
EMAT-Anordnung zum Inspizieren eines Abschnittes eines zylindrischen Gegenstandes (1), wobei die Anordnung ringförmige Anordnungen von EMAT-Sendern (7) und EMAT-Empfängern (8) umfaßt, die im Betrieb in Umfangsrichtung nahe einer Oberfläche des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes (1) verteilt und so konfiguriert sind, daß sie sequentiell oder gleichzeitig akustische Scherwellensignale in verschiedenen Modi und Winkeln in den Gegenstand übertragen und Scherwellen feststellen, die von dem Gegenstand reflektiert werden und/oder durch diesen hindurchgehen, derart, daß zumindest ein wesentlicher Teil des inspizierten Abschnittes des Gegenstandes (1) von der EMAT-Anordnung gescannt wird; dadurch gekennzeichnet, daß die EMAT-Anordnung so konfiguriert ist, daß sie die Schweißungen (6) zwischen verschweißten Rohrenden inspiziert, und daß jeder der EMAT-Sender- und Empfängeranordnungen (7, 8) eine Matrix von EMAT-Wandlern (13, 14) aufweist, die einander in Umfangsrichtung zumindest teilweise überlappen.
EMAT-Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher die Anordnung zumindest zwei in Längsrichtung beabstandete ringförmige Reihen von EMAT-Sendern (7) und Empfängern (8) aufweisen, und bei welcher die ringförmigen Reihen von EMAT-Empfängern (7) zwischen den ringförmigen Reihen von EMAT-Empfängern (8) liegen.