RU132894U1

RU132894U1 - DEVICE FOR QUALITY CONTROL OF ELECTRO-WELDED PIPES OF THE WIRES BY THE PYROELECTROMAGNETIC METHOD

Info

Publication number: RU132894U1
Application number: RU2013121884/28U
Authority: RU
Inventors: Олег Анатольевич Булычев; Александр Сергеевич Шлеенков; Семен Александрович Шлеенков
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2013-09-27

Abstract

1. Устройство для контроля качества шва электросварных труб пироэлектромагнитным способом, включающее катушки для создания переменного электромагнитного поля, которые подключены к выходу высокочастотного генератора напряжения, устройство для создания постоянного магнитного поля с источником постоянного тока и преобразователь температуры, связанный с компьютером, отличающееся тем, что преобразователь температуры выполнен в виде инфракрасной камеры, соединенной с компьютером, в качестве устройства для создания постоянного магнитного поля используют электромагнит с ярмом и полюсными наконечниками, обмотки которого подключены к источнику постоянного тока.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что компьютер подключен к входу высокочастотного генератора напряжения.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инфракрасная камера механически закреплена с помощью кронштейна на одном из полюсных наконечников.1. A device for controlling the quality of a weld of electric-welded pipes by the pyroelectromagnetic method, including coils for creating an alternating electromagnetic field that are connected to the output of a high-frequency voltage generator, a device for creating a constant magnetic field with a direct current source, and a temperature converter connected to a computer, characterized in that the temperature transducer is made in the form of an infrared camera connected to a computer as a device for creating a permanent magnetically field of an electromagnet used with the yoke and pole pieces, which windings are connected to a source of DC toka.2. The device according to claim 1, characterized in that the computer is connected to the input of a high-frequency voltage generator. The device according to claim 1, characterized in that the infrared camera is mechanically fixed using a bracket on one of the pole pieces.

Description

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля ферромагнитных металлических электросварных труб в процессе их производства.The utility model relates to the field of non-destructive testing of ferromagnetic metal electric-welded pipes in the process of their production.

Технология производства электросварных труб обладает многими достоинствами, в том числе, высокой производительностью и хорошей геометрией труб. Потребность в таких трубах высокого качества постоянно увеличивается. В настоящее время в промышленности применяется несколько типоразмеров станов высокочастотной сварки, охватывающих сортамент изготавливаемых труб по диаметру 20-630 мм, а по толщине стенки 1-16 мм. Известно, что нарушение сплошности в электросварных трубах, как правило, локализованы в зоне шва. Поэтому проблема надежного контроля качества сварного шва является актуальной.The technology for the production of electric-welded pipes has many advantages, including high productivity and good pipe geometry. The demand for such high quality pipes is constantly increasing. Currently, several types of high-frequency welding mills are used in industry, covering the assortment of manufactured pipes with a diameter of 20-630 mm and a wall thickness of 1-16 mm. It is known that discontinuity in electric-welded pipes is usually localized in the weld zone. Therefore, the problem of reliable quality control of the weld is relevant.

Известно устройство контроля качества сварного шва электросварных труб в приложенном намагничивающем поле с использованием индуктивных или магниточувствительных преобразователей для фиксации полей рассеивания от дефектов [Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.6: В 3 кн. Кн. 1: Магнитные методы контроля. / В.В.Клюев, В.Ф. Мужицкий, Э.С. Горкунов, В.Е. Щербинин. - М.: Машиностроение, 2004.: ил. стр.101-109].A device for controlling the quality of a weld of electrowelded pipes in an applied magnetizing field using inductive or magnetosensitive transducers for fixing the scattering fields from defects [Non-destructive testing: Reference: V 7 t. Under the total. ed. V.V. Klyueva. T.6: In 3 book. Prince 1: Magnetic control methods. / V.V. Klyuyev, V.F. Muzhitsky, E.S. Gorkunov, V.E. Shcherbinin. - M .: Engineering, 2004 .: ill. pg. 101-109].

Устройство состоит из системы полюсного намагничивания, которая по всей толщине трубы создает магнитное поле, направленное перпендикулярно оси сварного шва и расположенных над ним магниточувствительных преобразователей. При наличии нарушения сплошности сварного шва силовые линии магнитного поля выходят наружу создавая поле рассеивания над дефектом, которое измеряется магниточувствительными элементами.The device consists of a pole magnetization system, which creates a magnetic field across the entire thickness of the pipe, directed perpendicular to the axis of the weld and magnetically sensitive transducers located above it. If there is a violation of the continuity of the weld, the lines of force of the magnetic field go outside creating a scattering field above the defect, which is measured by magnetosensitive elements.

Недостатком такого устройства является необходимость расположения преобразователей близко к контролируемой поверхности (0,5-2 мм) для обеспечения необходимой чувствительности, что ведет к частому выходу их из строя (механический износ, воздействие агрессивной внешней среды) и, соответственно, снижению надежности контроля. Также для поддержания постоянного зазора между преобразователями и поверхностью трубы необходимо сложное механическое устройство крепления преобразователей с применением механизма слежения за швом.The disadvantage of this device is the need for the location of the transducers close to the surface being monitored (0.5-2 mm) to provide the necessary sensitivity, which leads to their frequent failure (mechanical wear, exposure to an aggressive external environment) and, accordingly, a decrease in the reliability of control. Also, to maintain a constant gap between the transducers and the pipe surface, a complex mechanical device for securing the transducers using a joint tracking mechanism is necessary.

Известно также устройство контроля качества сварного шва электросварных труб вихретоковым способом [Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, В.Н. Филинов и др., Под ред. В.В. Клюева. - М. Машиностроение, 1995.: ил. стр.308-309.]. Устройство содержит проходной вихретоковый преобразователь трансформаторного типа с возбуждающей обмоткой, имеющей отношение длины к диаметру в пределах единицы, и двумя короткими измерительными катушками, включенными в мостовую схему. Сигнал с измерительных обмоток поступает на предварительный усилитель, далее на фазовый детектор и систему перестраиваемых фильтров. Отфильтрованный сигнал поступает на пороговое устройство, соединенное с блоком автоматической сортировки и маркером.Also known is a device for controlling the quality of a weld of electric-welded pipes by the eddy current method [Non-destructive testing and diagnostics: Reference book / V.V. Klyuev, F.R. Sosnin, V.N. Filinov et al., Ed. V.V. Klyueva. - M. Mechanical Engineering, 1995 .: ill. pg. 308-309.]. The device comprises a transformer-type eddy current transducer with an exciting winding having a length to diameter ratio of one unit and two short measuring coils included in the bridge circuit. The signal from the measuring windings is fed to a preamplifier, then to a phase detector and a tunable filter system. The filtered signal is fed to a threshold device connected to an automatic sorting unit and a marker.

Недостатком данного устройства является неопределенность в трактовке сигналов от коротких и протяженных дефектов в сварном шве, что сказывается на достоверности контроля. Сигналы от двух коротких несплошностей (несплопшости меньше чем расстояние между измерительными катушками) могут соответствовать сигналам от одной более длинной, чем расстояние между измерительными катушками, где сигнал соответствует величине начальной и конечной частей несплошности. Сигналы от комбинации коротких и протяженных дефектов могут быть очень сложными для истолкования или даже могут вводить в заблуждение.The disadvantage of this device is the uncertainty in the interpretation of signals from short and extended defects in the weld, which affects the reliability of the control. Signals from two short discontinuities (non-continuity less than the distance between the measuring coils) can correspond to signals from one longer than the distance between the measuring coils, where the signal corresponds to the size of the initial and final parts of the discontinuity. Signals from a combination of short and long defects can be very difficult to interpret or even misleading.

Также для труб с толщиной стенки более 3 мм вследствие скин-эффекта резко ухудшается чувствительность к внутренним дефектам ориентированным вдоль сварного соединения.Also, for pipes with a wall thickness of more than 3 mm, due to the skin effect, the sensitivity to internal defects oriented along the welded joint sharply deteriorates.

Следует отнести к недостаткам данного устройства и то, что с увеличением диаметра контролируемой трубы уменьшается отношение сигнал/шум поскольку сигнал от измерительной катушки образуется со всего периметра трубы (интегральный эффект), в то время как дефекты локализованы в довольно узкой области сварного шва.It should be attributed to the disadvantages of this device that with an increase in the diameter of the controlled pipe, the signal-to-noise ratio decreases since the signal from the measuring coil is formed from the entire perimeter of the pipe (integral effect), while the defects are localized in a rather narrow region of the weld.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для осуществления пироэлектромагнитного способа неразрушающего контроля [Патент РФ №2189583].Closest to the claimed is a device for implementing the pyroelectromagnetic method of non-destructive testing [RF Patent No. 2189583].

Устройство содержит точечный преобразователь температуры в виде термопары хромель-алюмель, подсоединенный к входу предварительного усилителя, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подсоединен к компьютеру, двухкоординатное электромеханическое устройство на котором установлена термопара для размещения ее над поверхностью контролируемого изделия также подсоединенное к компьютеру, катушки для создания переменного электромагнитного поля, подключенные к генератору высокочастотного напряжения и катушки для создания постоянного магнитного поля, подключенные к источнику постоянного тока.The device contains a point-type temperature transducer in the form of a chromel-alumel thermocouple connected to the input of a pre-amplifier, the output of which is connected via an analog-to-digital converter to a computer, a two-coordinate electromechanical device on which a thermocouple is installed to place it above the surface of the controlled product also connected to a computer, coils for create an alternating electromagnetic field connected to a high-frequency voltage generator and a coil to create a constant magnetic field connected to a direct current source.

Устройство работает следующим образом. Электросварную трубу размещают внутри катушек переменного и катушек для создания постоянного магнитного поля. При включении генератора высокочастотного напряжения, катушки создают вихревые токи в трубе, а при включении источника постоянного тока, подключенные к нему катушки создают в ней постоянное магнитное поле. В магнитном поле труба намагничивается до состояния технического насыщения. Оказавшиеся внутри изделия дефекты из-за действия размагничивающего фактора будут искажать силовые линии магнитного поля и изменять намагниченность как вблизи себя, так и в приповерхностном слое. В результате из-за нелинейности характеристики намагничивания ферромагнитного тела вблизи поверхности изменится магнитная проницаемость. Это приводит к перераспределению плотности вихревых токов и неравномерности выделяемого тепла, которое фиксируется точечным преобразователем температуры, сканирующим поверхность электросварной трубы с помощью двухкоординатного электромеханического устройства.The device operates as follows. An electric-welded pipe is placed inside the alternating coils and coils to create a constant magnetic field. When you turn on the high-frequency voltage generator, the coils create eddy currents in the pipe, and when you turn on the DC source, the coils connected to it create a constant magnetic field in it. In a magnetic field, the pipe is magnetized to a state of technical saturation. Defects that appear inside the product due to the action of the demagnetizing factor will distort the lines of force of the magnetic field and change the magnetization both near itself and in the surface layer. As a result, due to the nonlinearity of the magnetization characteristics of a ferromagnetic body near the surface, the magnetic permeability will change. This leads to a redistribution of the density of eddy currents and the unevenness of the generated heat, which is fixed by a point temperature transducer scanning the surface of an electric-welded pipe using a two-coordinate electromechanical device.

Недостатком данного устройства является применение точечного преобразователя температуры, которому необходимо контактировать с поверхностью контролируемой трубы, что при контроле в поточном производстве электросварных труб неприемлемо, так как приведет к его быстрому изнашиванию. Из-за трения о поверхность будет происходить дополнительный нагрев, что приведет к значительным погрешностям в измерении температурного рельефа. Следует отметить, что помещение электросварной трубы в данное устройство приведет к ее намагничиванию вдоль сварного шва поскольку постоянное магнитное поле создается катушками охватывающими трубу и силовые линии магнитного поля будут обтекать узкие протяженные дефекты, что не приведет к изменению магнитной проницаемости в приповерхностном слое в результате чего внутренние дефекты не будут обнаружены.The disadvantage of this device is the use of a point temperature transducer, which must be in contact with the surface of the pipe being controlled, which is unacceptable for monitoring in line production of electric-welded pipes, as it will lead to its rapid wear. Due to friction on the surface, additional heating will occur, which will lead to significant errors in the measurement of the temperature relief. It should be noted that the placement of an electric-welded pipe in this device will lead to its magnetization along the weld since a constant magnetic field is created by coils covering the pipe and narrow magnetic field lines will flow around narrow defects, which will not lead to a change in the magnetic permeability in the surface layer, resulting in internal defects will not be detected.

В основу полезной модели положена задача расширения функциональных возможностей устройства для контроля качества шва электросварных труб пироэлектромагнитным способом за счет достоверного выявления протяженного дефекта посредством воздействия на него постоянным магнитным полем, силовые линии которого перпендикулярны оси шва, получения с помощью инфракрасной камеры наибольшего контраста изображения температурного рельефа между дефектной и бездефектной областями для различных диаметров труб управлением параметрами высокочастотного генератора напряжения при расположении инфракрасной камеры над трубой на расстоянии, препятствующем износу камеры и искажению результатов, выявления дефектов в инфракрасной оптической области спектра, и фиксации их на оптическом изображении.The utility model is based on the task of expanding the functionality of a device for controlling the quality of a weld of electric-welded pipes by the pyroelectromagnetic method by reliably identifying an extended defect by exposing it to a constant magnetic field, the lines of force of which are perpendicular to the axis of the weld, and using the infrared camera to obtain the highest contrast image of the temperature relief between defective and defect-free areas for various pipe diameters by controlling high-frequency parameters voltage generator when the infrared camera is located above the pipe at a distance that prevents camera wear and distortion of the results, identifying defects in the infrared optical region of the spectrum, and fixing them on the optical image.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для контроля качества шва электросварных труб пироэлектромагнитным способом, включающем катушки для создания переменного электромагнитного поля, подключенные к выходу высокочастотного генератора напряжения, устройство для создания постоянного магнитного поля с источником постоянного тока, и преобразователь температуры, связанный с компьютером, согласно полезной модели преобразователь температуры выполнен в виде инфракрасной камеры, соединенной с компьютером, в качестве устройства для создания постоянного магнитного поля используют электромагнит с ярмом и полюсными наконечниками, обмотки которого подключены к источнику постоянного тока.The problem is solved in that in a device for controlling the quality of a seam of electric-welded pipes in a pyroelectromagnetic method, including coils for creating an alternating electromagnetic field, connected to the output of a high-frequency voltage generator, a device for creating a constant magnetic field with a direct current source, and a temperature converter connected to the computer , according to a utility model, the temperature converter is made in the form of an infrared camera connected to a computer, as devices and to create a constant magnetic field using an electromagnet with a yoke and pole tips, the windings of which are connected to a constant current source.

При этом:Wherein:

- компьютер подключен к входу высокочастотного генератора напряжения;- the computer is connected to the input of a high-frequency voltage generator;

- инфракрасная камера с помощью специального кронштейна механически крепится к одному из полюсных наконечников электромагнита.- the infrared camera is mechanically attached to one of the pole tips of the electromagnet using a special bracket.

Выполнение преобразователя температуры в виде инфракрасной камеры, соединенной с компьютером, позволило осуществить визуализацию температурного рельефа этой камерой в инфракрасной оптической области спектра, с возможностью расположения камеры на расстоянии 0,5-1 м. над поверхностью сварного шва, что повышает надежность устройства в целом Изображения, получаемые инфракрасной камерой после обработки специальным программным обеспечением компьютера создают возможность управления мощностью высокочастотного генератора для получения наибольшего контраста дефектной и бездефектной областей для различных диаметров труб.The implementation of the temperature converter in the form of an infrared camera connected to a computer made it possible to visualize the temperature relief of this camera in the infrared optical region of the spectrum, with the possibility of placing the camera at a distance of 0.5-1 m above the surface of the weld, which increases the reliability of the device as a whole Images obtained by infrared camera after processing with special computer software create the ability to control the power of a high-frequency generator to obtain on greater contrast defective and defect-free regions for different diameters of pipes.

Использование электромагнита с ярмом и полюсными наконечниками, обмотки которого подключены к источнику постоянного тока в качестве устройства для создания постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно оси шва, создаваемого электромагнитом, улучшает выявление внутренних дефектов для труб с толщиной стенки более 3 мм, поскольку силовые линии будут пересекать протяженный вдоль шва внутренний дефект и сгущаться вблизи поверхности огибая его. Это приведет к изменению магнитной проницаемости в приповехностном слое, перераспределению плотности вихревых токов и изменению температурного рельефа в области дефекта.The use of an electromagnet with a yoke and pole tips, the windings of which are connected to a direct current source as a device for creating a constant magnetic field directed perpendicular to the weld axis created by an electromagnet, improves the detection of internal defects for pipes with a wall thickness of more than 3 mm, since the lines of force will cross an internal defect extended along the seam and thicken near the surface around it. This will lead to a change in the magnetic permeability in the near-surface layer, a redistribution of the eddy current density and a change in the temperature relief in the region of the defect.

Подключение компьютера к входу высокочастотного генератора напряжения обеспечило возможность управления мощностью высокочастотного генератора в зависимости от размеров изделия в данном случае диаметра трубы, что позволяет получить с помощью инфракрасной камеры наибольший контраст в температурном рельефе между дефектной и бездефектными областями.Connecting a computer to the input of a high-frequency voltage generator made it possible to control the power of a high-frequency generator depending on the size of the product in this case, the pipe diameter, which allows using the infrared camera to obtain the greatest contrast in the temperature relief between the defective and defect-free areas.

Физическая сущность измерительных процессов заявляемого устройства заключается в том, что в контролируемой зоне сварного соединения создается высокочастотное электромагнитное поле и постоянное магнитное поле направленное перпендикулярно оси шва. При этом в постоянном магнитном поле тело трубы намагничивается до состояния технического насыщения. Когда в этой зоне присутствует внутренний дефект, распределение намагниченности изменяется вблизи него и на поверхности, что приводит к увеличению величины магнитной проницаемости, а это в свою очередь приводит к перераспределению плотности вихревых токов, создаваемых высокочастотными катушками. В месте нахождения дефекта плотность вихревых токов увеличивается. Это приводит к увеличению выделения джоулева тепла и повышению температуры на поверхности. Для поверхностного дефекта (трещины) помимо изменения магнитной проницаемости в месте его нахождения вихревые токи распространяются по стенкам дефекта вглубь, что приводит к дополнительному нагреву трещины.The physical essence of the measuring processes of the inventive device is that in the controlled area of the welded joint creates a high-frequency electromagnetic field and a constant magnetic field directed perpendicular to the axis of the seam. Moreover, in a constant magnetic field, the pipe body is magnetized to a state of technical saturation. When an internal defect is present in this zone, the distribution of magnetization changes near it and on the surface, which leads to an increase in the magnetic permeability, and this in turn leads to a redistribution of the density of eddy currents created by high-frequency coils. At the location of the defect, the density of eddy currents increases. This leads to an increase in Joule heat and an increase in surface temperature. For a surface defect (crack), in addition to a change in the magnetic permeability at its location, eddy currents propagate deep into the walls of the defect, which leads to additional heating of the crack.

Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявляемой моделью, заключается в достоверном выявлении дефекта посредством создания постоянного магнитного поля перпендикулярного оси сварного шва, в визуализации температурного рельефа инфракрасной камерой, расположенной над трубой на расстоянии, препятствующем износу камеры и искажению результатов и в управлении мощностью высокочастотного генератора напряжения с компьютера для различных диаметров труб.Thus, the new technical result achieved by the claimed model is to reliably identify a defect by creating a constant magnetic field perpendicular to the axis of the weld, in visualizing the temperature relief of the infrared camera located above the pipe at a distance that prevents camera wear and distortion of the results, and in controlling the high-frequency power computer voltage generator for various pipe diameters.

Изображения, получаемые инфракрасной камерой после обработки специальным программным обеспечением создают возможность управления мощностью высокочастотного генератора для получения наибольшего контраста дефектной и бездефектной областей для различных диаметров труб.The images obtained by the infrared camera after processing with special software make it possible to control the power of the high-frequency generator to obtain the greatest contrast between the defective and defect-free areas for various pipe diameters.

Местоположение и протяженность дефектов наглядно фиксируются на оптическом изображении, полученном с инфракрасной камеры (тепловизора).The location and extent of defects are clearly recorded on the optical image obtained from the infrared camera (thermal imager).

На чертеже изображена функциональная схема устройства для контроля качества шва электросварных труб пироэлектромагнитным способом.The drawing shows a functional diagram of a device for controlling the quality of a seam of electric-welded pipes by the pyroelectromagnetic method.

Устройство для контроля качества шва электросварных труб пироэлектромагнитным способом (фиг) содержит катушки 1 для создания высокочастотного электромагнитного поля, электромагнит (изготовлен в Лаборатории, дефектоскопии ИФМ Уро РАН, сердечник и полюсные наконечники изготовлены из АРМКО железа), образованный полюсными наконечниками 2, ярмом 3 и обмотками 4 (по 900 витков каждая, провод диаметром 1.5 мм), которые подключены к выходу источника 5 постоянного тока. Катушки 1 подключены к выходу генератора 6 высокочастотного напряжения. Инфракрасная камера 7 (Testo 881-2), механически крепится с помощью кронштейна (на чертеже не показано) к одному из полюсных наконечников 2 над сварным соединением на расстоянии 0,5-1 м и подключена к компьютеру 8 (Advantech IPC-510), компьютер 8 подключен к входу генератора 6 высокочастотного напряжения.A device for controlling the quality of a weld of electric-welded pipes by the pyroelectromagnetic method (FIG.) Contains coils 1 for creating a high-frequency electromagnetic field, an electromagnet (manufactured at the Laboratory, Flaw Detection of the Institute of Physics and Mathematics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, the core and pole pieces are made of ARMCO iron), formed by pole pieces 2, yoke 3 and windings 4 (900 turns each, wire with a diameter of 1.5 mm), which are connected to the output of a DC source 5. Coils 1 are connected to the output of a high-frequency voltage generator 6. The infrared camera 7 (Testo 881-2), is mechanically attached using a bracket (not shown) to one of the pole pieces 2 above the welded joint at a distance of 0.5-1 m and is connected to computer 8 (Advantech IPC-510), computer 8 is connected to the input of the generator 6 high-frequency voltage.

Устройство работает следующим образом. Электросварная труба А поступательно движется через катушки 1 и между полюсными наконечниками 2 электромагнита сварным швом Б вверх так, чтобы шов был доступен для наблюдения инфракрасной камерой 7. Высокочастотные катушки 1 наводят в трубе вихревые токи, также в трубе с помощью электромагнита создается постоянное магнитное поле, перпендикулярного оси сварного шва Б. При наличии дефекта на поверхности сварного шва Б создается область повышенной температуры, которая фиксируется с помощью инфракрасной камеры 7. Далее сигналы изображения поступают на компьютер 8 для визуализации и обработки с помощью специализированного программного обеспечения, с помощью которого управляют мощностью высокочастотного генератора 6 для различных диаметров труб.The device operates as follows. The electric-welded pipe A moves forward through the coils 1 and between the pole tips 2 of the electromagnet with the weld B up so that the seam is visible to the infrared camera 7. High-frequency coils 1 induce eddy currents in the pipe, and a constant magnetic field is created in the pipe using an electromagnet, perpendicular to the axis of the weld B. In the presence of a defect on the surface of the weld B creates a region of elevated temperature, which is recorded using an infrared camera 7. Further, the image signals p tread to the computer 8 for imaging and processing using specialized software, by which the power control frequency generator 6 for different pipe diameters.

Claims

1. A device for controlling the quality of a weld of electric-welded pipes by the pyroelectromagnetic method, including coils for creating an alternating electromagnetic field that are connected to the output of a high-frequency voltage generator, a device for creating a constant magnetic field with a direct current source, and a temperature converter connected to a computer, characterized in that the temperature transducer is made in the form of an infrared camera connected to a computer as a device for creating a permanent magnetically field of an electromagnet used with the yoke and pole pieces, the windings of which are connected to a DC power source.

2. The device according to claim 1, characterized in that the computer is connected to the input of a high-frequency voltage generator.

3. The device according to claim 1, characterized in that the infrared camera is mechanically fixed using a bracket on one of the pole pieces.