MX2007000593A - Metodo y dispositivo para la prueba no destructiva de tubos. - Google Patents
Metodo y dispositivo para la prueba no destructiva de tubos.Info
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Abstract
La invencion se relaciona con un metodo para la prueba no destructiva de tubos (1) de acero ferromagnetico mediante un flujo de dispersion en que el tubo, desplazandose en direccion longitudinal y, opcionalmente, rotando adicionalmente, es magnetizado por un campo continuo y el flujo magnetico producido es transmitido sin contacto al tubo y las incompletitudes (4, 4') que se encuentran en la zona cercana a la superficie de la superficie externa o interna del tubo generan flujos de dispersion magneticos que salen de la superficie del tubo y que son detectados por los sensores (2, 2') . Las amplitudes que cambian, en esto, en direccion vertical, preferentemente del componente de campo horizontal del flujo de dispersion magnetico son captados por una parte en una distancia cercana a la superficie de la superficie externa del tubo, y por la otra en una distancia ubicada mas alejadamente de esta, y las senales detectadas son relacionadas entre si. La invencion se relaciona ademas con un dispositivo para la realizacion del metodo.
Description
MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA PRUEBA NO DESTRUCTIVA DE TUBOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se relaciona con un método para la prueba no destructiva de tubos de acero ferromagnético mediante flujo de dispersión según el preámbulo de la reivindicación 1. La prueba mediante flujo de dispersión conocida se aplica en tubos de acero ferromagnético para detectar incompletitudes, en particular longitudinales cercanas a la superficie como, por ejemplo fisuras, que no se pueden captar con otros métodos de prueba o sólo con gran imprecisión con gran inversión de costo y tiempo. Mediante este método se captan, por ejemplo, fisuras que se extienden, a partir de la superficie del tubo, al menos aproximadamente 0.3 mm (Nondestructive
Evaluation, A Tool in Design, Manufacturing, and Service,
CRC Press 1997) . En el método de medición conocido según el estado de la técnica para comprobar defectos cercanos a la superficie en la cara interna o externa de tubos se emplea la magnetización de campo continuo. A diferencia de la magnetización de campo alterno usada, por ejemplo, para materia en varilla que sólo permite detectar defectos externos, la magnetización de campo continuo permite detectar también defectos en la superficie interna de los tubos. En la prueba de flujo de dispersión con magnetización de campo continuo se aprovecha el efecto que la densidad del flujo de inducción aumenta en la zona de un defecto, de modo que las líneas de campo magnético son desviadas de su expansión normalmente rectilínea por los defectos externos respectivamente internos, de modo que se genera un así llamado flujo de dispersión. Este flujo de dispersión, que se presenta en la superficie del tubo, se aprovecha para comprobar los defectos. La medición de la densidad del flujo de dispersión se realiza usualmente con sondas de reverberación o bobinas de inducción que están dispuestas en un palpador. Al usar unas bobinas de inducción que están dispuestas fijamente alrededor del tubo) es necesario, para examinar la superficie completa del tubo sobre el eje longitudinal del tubo, que el tubo esté rotando y desplazando en dirección longitudinal del tubo. Las sondas de reverberación pueden usarse, en contraste, también en tubos que se desplazan sólo en la dirección longitudinal del tubo. Las señales procesadas pueden servir entonces para seleccionar y marcar los tubos y protocolizar los resultados de la inspección. En este método conocido para inspeccionar la superficie pueden, ciertamente, detectarse con certeza las incompletitudes eventuales en la superficie del tubo, pero con este método no es posible, o sólo de manera muy compleja, la asociación de las señales de defectos a la superficie interna o externa del tubo, es decir una separación de los defectos. Según investigaciones operacionales, tampoco es suficiente el análisis de frecuencia de las señales medidas con las sondas de reverberación o las bobinas de inducción para una asociación precisa de los defectos, porque las frecuencias medidas se ubican muy cerca unas con otras y son superpuestas, además, por un tipo de "ruido de fondo". Esta señal de fondo, completamente coherente, puede tener diversas causas como, por ejemplo, fluctuaciones de espesor de pared a causa de la laminación. Por este motivo se intenta usualmente minimizar esta señal de fondo mediante la formación de diferencias locales de las señales de medición de al menos dos sondas individuales que se ubican en el mismo plano. Pero esto es asociado con la desventaja que existe -dependiendo de la magnitud o longitud del defecto- una insensibilidad para defectos justamente en la dirección de la formación de diferencias locales. Esto representa un problema en el caso de defectos naturales que no están delimitados en forma nítida sino que pueden aparecer o desvanecerse en forma plana . Por este motivo se intenta según el documento WO 021095383 A2 usualmente minimizar esta señal de fondo mediante la formación de diferencias locales de las señales de medición de al menos dos sondas individuales que se ubican en el mismo plano. Pero esto es asociado con la desventaja que existe -dependiendo de la magnitud o longitud del defecto- una insensibilidad para defectos justamente en la dirección de la formación de diferencias locales. Esto representa un problema en el caso de defectos naturales que no están delimitados en forma nitida sino que pueden aparecer o desvanecerse en forma plana. Las amplitudes de los flujos de dispersión causadas por defectos internos en la superficie externa del tubo son claramente inferiores, teniendo los defectos dimensiones comparables, que aquellas que son generadas por los defectos en la superficie externa del tubo. Para detectar los defectos con certeza se ajusta, por este motivo, en los métodos conocidos, la sensibilidad de las sondas de reverberación o de las bobinas de inducción a los eventuales defectos internos. Pero esto tiene el efecto desfavorable de que los defectos externos, eventualmente aún tolerables, se detectan y marcan con sensibilidad excesiva, lo que produce desperdicio y retrabajo innecesarios en los tubos.
Del documento JP 62185162 se conoce una propuesta para detectar la posición angular o la forma de un defecto que se extiende, partiendo de una superficie de una pieza de trabajo, hacia el interior mediante una prueba de flujo de dispersión. En esta se captan en forma general las señales de amplitud por dos sensores distanciados entre sí en sentido vertical, se procesan, se relacionan entre sí y se deduce de la proporción una medida para la forma o la posición angular del defecto. No existe indicación de como se puede lograr una separación de defectos de los defectos externos e internos en la prueba de flujo de dispersión de un tubo. Una separación de los defectos según defectos en la superficie externa o interna del tubo, por lo tanto, es deseable por muchos motivos. Defectos que se encuentran en la superficie externa o interna del tubo pueden tener, además diferentes causas que se originan, por ejemplo, de las etapas productivas previas durante la producción del tubo (herramienta para el interior o laminado defectuosos) o de defectos de la materia prima. Una pronta delimitación de los defectos y detección de los defectos y de las medidas correctivas resultantes se dificulta y tiene como consecuencia también tasas de desperdicio y retrabajo innecesariamente altas. En el caso de defectos en la superficie interna del tubo ni siquiera es posible realizar trabajos correctivos, dependiendo del diámetro del tubo, de manera que estos tubos tienen que seleccionarse en todo caso para desperdicio. El objetivo de la invención es indicar un método confiable y económico y un dispositivo para la prueba no destructiva de tubos de acero ferromagnético mediante flujo de dispersión, que permite una asignación unívoca de defectos a la superficie externa o interna del tubo. Este objetivo se logra inventivamente porque se detecta la amplitud cambiante en dirección vertical, preferentemente el componente del campo horizontal del flujo de dispersión magnético, mediante unas sondas de exploración sensibles a campos magnéticos por un lado a una distancia cercana a la superficie de la superficie externa del tubo y por el otro a una distancia que se encuentra más alejada de esta, y se relacionan las señales detectadas. Ventajosamente, la distancia cercana a la superficie de la sonda de exploración de la superficie externa del tubo asciende a aproximadamente 0.5 a 1.5 mm, para evitar daños de la sonda debido a fluctuaciones del diámetro del tubo. Una distancia de aproximadamente 1 mm ha resultado ser particularmente conveniente en esto. La segunda sonda se ubica inventivamente a una distancia de aproximadamente 2-5 mm de la primera sonda, considerándose una distancia de aproximadamente 3 mm como particularmente ventajosa . El método inventivo se basa en el descubrimiento de que la amplitud del flujo de dispersión del componente del campo horizontal, causada por los defectos en la superficie externa del tubo, desciende muy rápidamente conforme incremente la distancia vertical de la superficie externa del tubo, y la amplitud del flujo de dispersión en la superficie externa del tubo de defectos en la superficie interna del tubo desciende claramente menos rápido. En investigaciones se ha comprobado que el descenso de la amplitud de un defecto externo es siempre aproximadamente el doble de la magnitud del descenso de amplitud de un defecto ubicado en la superficie interna del tubo. Las señales medidas son superpuestas en esto por las señales de fondo ("ruido de fondo") que son causadas por fluctuaciones locales de diámetro, por ejemplo debido a fluctuaciones del espesor de pared o adherencias de oxidaciones en la superficie externa del tubo. Se relacionan, inventivamente, por lo tanto las señales de amplitud, medidas a diferentes distancias a la superficie externa del tubo, lo que permite, además de la amplia supresión del ruido, ventajosamente ahora también una asignación de los defectos a la superficie externa o interna del tubo. Para esto se amplía primeramente la amplitud de la señal (más débil), captada en la ubicación a mayor distancia, ventajosamente por un factor superior a 1, preferentemente de 1-2 y a continuación se relaciona con la amplitud de la señal captada en la zona cercana a la superficie mediante una formación de diferencia. La ventaja de esta manera de proceder consiste en que se filtra ahora el ruido de fondo de la señal de medición, de manera que esencialmente se indica ahora sólo la pura señal de defectos, misma que puede asignarse ahora, gracias a los diferentes gradientes a un defecto externo o interno. Gracias a esto se evitan también ventajosamente las desventajas del método de evaluación conocido mediante la formación de diferencia de las señales de los sensores ubicados en un plano. Precondición para la aplicación de este método, a saber, relacionar entre sí las dos partes de la señal de las mediciones a diferentes distancias de altura a la superficie externa del tubo, es el uso de sensores de campo magnético muy sensibles que producen aún a distancias considerables de la superficie externa del tubo (por ejemplo, 5 mm) unas señales de flujo de dispersión que pueden asignarse unívocamente, teniendo una proporción señal/ruido. Debido a que las sondas de reverberación o la bobinas de inducción pueden captar los flujos de dispersión, debido al efecto del ruido, sólo a una distancia muy cercana a la superficie de hasta aproximadamente 2 mm, estos detectores no son óptimos para el método inventivo, respectivamente completamente inapropiados para la medición a distancias mayores de la superficie de prueba. Inventivamente se usan, por lo tanto, para el método de prueba propuesto ventajosamente unos así llamados sensores GMR (magnetorresistencia gigante, por sus siglas en inglés) , que poseen una sensibilidad de campo alta en el espectro de las frecuencias bajas y un gran insensibilidad contra magnitudes de interferencia y que pueden usarse, por lo tanto, a una distancia más alejada de la superficie de prueba en comparación con las sondas de reverberación o bobinas de inducción conocidas. Como alternativa, sin embargo, es posible emplear para los sensores posicionados cerca de la superficie también las sondas de reverberación conocidas o las bobinas de inducción, y para las sondas dispuestas más lejos de la superficie externa del tubo, los sensores GMR. En un acondicionamiento ventajoso del método inventivo se detecta, para mejorar adicionalmente la detección y asignación de defectos, el componente de campo vertical del flujo de dispersión y se relaciona con la amplitud o las amplitudes del componente de campo horizontal del flujo de dispersión. Investigaciones han comprobado que las señales del campo horizontal (amplitud, gradiente) de un defecto externo se distinguen claramente de su señal de campo vertical (amplitud, gradiente) . En un defecto interno, en contraste, se presenta una magnitud comparable para la señal horizontal respectivamente vertical. Inventivamente es posible ahora, mediante la detección y evaluación combinada de las amplitudes medidas de campo horizontal y vertical una adicional separación de defectos mejorada. Para esto se relacionan las amplitudes detectadas para el campo horizontal y vertical en cada caso por separado para defectos externos e internos. En ensayos se han detectado, por ejemplo, proporciones de señal de aproximadamente 10 para un defecto externo y aproximadamente 1 para un defecto interno. Esto significa que las señales de un defecto externo se señalan con aproximadamente 10 veces más magnitud que aquellas de un defecto interno, de manera que este método permite una separación de defectos muy precisa de los defectos del externos o internos del tubo. A continuación se explica la invención con más detalle mediante las figuras. Símbolos de referencia idénticos en diferentes figuras designan los mismos componentes. Se muestra:
Figura la una disposición de prueba inventiva en representación esquemática, Figura lb la curva de la señal de las amplitudes de campo horizontal a diferentes distancias de la superficie de prueba (en forma esquemática) . Figura 2a localización de la señal mediante formación de la diferencia, Figura 2b asignación de defectos en base a los diferentes gradientes de amplitud, Figura 3a señal de defecto, defecto externo Figura 3b señal de defecto, defecto interno La figura la muestra en una representación esquemática la disposición de prueba inventiva para la prueba no destructiva de tubos de acero ferromagnético mediante flujo de dispersión. Se representa un tubo 1 que debe ser examinado que tiene un defecto 4 ubicado en la superficie externa del tubo y un defecto 4' que se ubica en la superficie interna del tubo. La disposición de prueba consiste de dos sondas 2 y 2' de exploración para captar la amplitud del componente de campo horizontal del flujo Hx de dispersión magnético que cambia en sentido vertical. No se muestra aqui el yugo de imán para la generación sin contacto del flujo magnético. La primera sonda 2 de exploración se encuentra a una distancia cercana de aproximadamente 1 mm de la superficie del tubo 1 que está dispuesto en un dispositivo de prueba no representado a detalle. Por encima de la sonda 2 de exploración está dispuesta en el dispositivo de prueba la segunda sonda 2' de exploración a una distancia de aproximadamente 3 mm de la primera sonda. Para captar el componente de campo vertical del flujo Hy de dispersión está dispuesta una sonda 3 de exploración adicional verticalmente con relación a las sondas 2, 2' de exploración. Ventajosamente, todas las sondas de exploración están formadas como asi llamados sensores GMR. La Figura lb muestra una curva esquemática de las señales de medición de las amplitudes de campo horizontal medidas a las diferentes distancias de la superficie de prueba. Se aprecia que las señales de amplitud de un defecto interno declinan claramente menos conforme aumente la distancia de la superficie de prueba que aquellas de un defecto externo. Por ejemplo, el gradiente se determina para un defecto interno en un valor de aproximadamente 0.3 y para un defecto externo de aproximadamente 0.15. Los valores determinados para las proporciones de amplitud son, por lo tanto, aproximadamente del doble del tamaño para un defecto externo que para un defecto interno, de manera que se permite una asignación univoca de los defectos. En la figura 2a se representa en la parte superior de la gráfica la curva de la señal de amplitud para una medición, realizándose en esta mediante amplificación y formación de diferencia de las señales la asignación de defectos. En esto se amplifica primeramente para la supresión del "ruido de fondo" la señal medida a mayor distancia de la superficie externa del tubo, por ejemplo, por un factor de 1.8, y a continuación se resta de la señal medida a la distancia menor. En la parte inferior de la figura 2a se representa la señal de diferencia, pudiéndose verificar en la margen izquierda de esta representación unívocamente una señal de defecto. La figura 2b muestra típicas señales de defectos de curvas de señales aplanadas de esta forma para defectos producidos artificialmente (ranuras) en la superficie externa o interna del tubo. En el caso de un defecto ubicado en la superficie interna del tubo, la proporción de amplitud asciende, para las diferentes distancias de medición, aproximadamente 0.3, y para un defecto externo aproximadamente 0.15, de manera que los defectos pueden asignarse ahora unívocamente a la superficie externo o interna del tubo. Para una optimización adicional de la evaluación de las señales, y con esto de la separación de defectos, puede evaluarse adicionalmente la señal de medición del componente vertical, tal como se muestra en la figura 3. La figura 3a muestra las típicas señales de defectos para un defecto externo con una profundidad de 1 mm, respectivamente de 0.5 mm y la figura 3b para un defecto interno con profundidad de 1 mm. Se gráfica aquí en cada caso la señal para el componente de campo horizontal y el componente de campo vertical. La figura 3a muestra en la parte izquierda de la gráfica la señal de defecto de un defecto con profundidad de 1 mm. La amplitud del campo horizontal del flujo de dispersión es aproximadamente 10 veces mayor que la amplitud vertical correspondiente, de manera que este defecto puede identificar como un defecto externo. Se pueden determinar las mismas proporciones también para otras profundidades de los defectos. En la parte derecha de la gráfica se representa la señal de defecto de un defecto con profundidad de 0.5 mm. También aquí, la amplitud del campo horizontal del flujo de dispersión es aproximadamente 10 veces mayor que la amplitud del campo vertical. La figura 3b muestra la tipica curva de señal de un defecto interno producido artificialmente (ranura). Si se relaciona la amplitud ubicada en dirección horizontal de los flujos de dispersión magnéticos con la amplitud de ubicación vertical, entonces resulta para el defecto interno en cada caso una razón de aproximadamente 1. Esto significa que se puede identificar ahora mediante la detección de la razón de las señales medidas y procesadas inventivamente de manera unívoca y con gran confiabilidad y se hace posible con esto una asignación de defectos a defectos externos o internos del tubo. Lista de símbolos de referencia No . Designación 1 Tubo 2, 2' Sondas de exploración para el campo vertical 3 Sonda de exploración para el campo horizontal 4, 4' Defecto externo/interno H componente de campo horizontal del flujo de dispersión magnético Hy componente de campo vertical del flujo de dispersión magnético
Claims (12)
1. Método para la prueba no destructiva de tubos de acero ferromagnético mediante flujo de dispersión en que se magnetiza el tubo, desplazándose en dirección longitudinal y opcionalmente también rotando, mediante un campo continuo y se transmite sin contacto un flujo magnético producido al tubo y las incompletitudes que se encuentran en la zona cercana a la superficie de la superficie externa o interna del tubo causan unos flujos de dispersión magnéticos que salen de la superficie del tubo y son detectados por unos sensores, caracterizado porque se capta al menos el componente de campo horizontal del flujo de dispersión magnético, divisible en componente de campo horizontal y vertical, de manera que su amplitud que cambia en dirección vertical con relación a la superficie de tubo se detecta, por un lado, en una distancia cercana a la superficie de la superficie externa del tubo, y por el otro a una distancia de ubicación más alejada, y las señales captadas son relacionadas ente si.
2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia cercana a la superficie asciende a aproximadamente 0.5-1.5 mm.
3. Método según la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque la distancia de ubicación más alejada asciende a aproximadamente 2-5 mm.
4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la amplitud de la señal captada en la distancia de ubicación más alejada es amplificada por un factor >1 y se resta de la amplitud de la señal captada en la zona cercana a la superficie.
5. Método según una de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la amplitud del componente de campo vertical del flujo de dispersión magnético es captado adicionalmente y es relacionada con la amplitud del componente de campo horizontal.
6. Dispositivo para la prueba no destructiva mediante flujo de dispersión de tubos de acero ferromagnético, desplazándose en dirección longitudinal y opcionalmente también rotando, consistiendo de un yugo de imán que transmite sin contacto un flujo magnético al tubo y unas sondas de exploración sensibles a campos magnéticos y una unidad de evaluación para la realización del método según la reivindicación 1, caracterizado porque las sondas de exploración sensibles a campos magnéticos están dispuestas para la detección de la amplitud que cambia en dirección vertical respecto a la superficie del tubo al menos del componente de campo horizontal del flujo de dispersión magnético divisible en componente horizontal y vertical por una parte a una distancia cercana a la superficie de la superficie externa del tubo y por la otra a una distancia de ubicación más alejada de ésta.
7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque en la distancia cercana a la superficie, las sondas (2) de exploración están formadas como sondas de reverberación y en la distancia de ubicación más alejada, las sondas (2' ) de exploración como sensores GMR.
8. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque en la distancia cercana a la superficie las sondas (2) de exploración están formadas como bobinas de inducción y en la distancia de ubicación más alejada, las sondas (2' ) de exploración como sensores GMR.
9. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque las sondas de exploración cerca de la superficie y las ubicadas más alejadas son formadas como sensores GMR.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6-8, caracterizado porque, para la detección adicional del componente de campo vertical del flujo de dispersión magnético, la sonda de exploración está formada como sensor GMR.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6-8, caracterizado porque, para la detección adicional del componente de campo vertical del flujo de dispersión magnético, la sonda de exploración está formada como sonda de reverberación.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6-8, caracterizado porque, para la detección adicional del componente de campo vertical del flujo de dispersión magnético, la sonda de exploración está formada como bobina de inducción.
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