RU2486502C2

RU2486502C2 - Method for ultrasonic examination of pipes

Info

Publication number: RU2486502C2
Application number: RU2011122920/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Михайлович Сыркин; Николай Павлович Алешин; Михаил Владимирович Григорьев; Сергей Викторович Алимов; Денис Михайлович Козлов
Original assignee: Федеральное государственное учреждение "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им. Н.Э. Баумана"
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2013-06-27
Also published as: RU2011122920A

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: two converters that emit ultrasonic oscillations with a time delay relative to each other are installed on the surface of an item as moving along outer generating lines of a pipe; each converter receives echo pulses reflected from the item defect, parameters of received echo pulses are measured, compared to the reference value, and based on the comparison results, decide on the defect size. At the same time pulses of ultrasonic oscillations are introduced perpendicularly to the generating surface of the item, additionally a pulse of ultrasonic oscillations that "surrounds" the item is registered, being emitted by one converter and received by another converter, and by change of the pulse amplitude they correct the value of the pulse amplitude reflected from the defect, and comparing it with the reference value, they decide on the defect size, afterwards an additional pulse is radiated in the direction opposite to the main one, each converter receives echo pulses reflected from the item defect, they are compared with the reference value, and based on the comparison result, they decide on availability of defects in "dead zones" of each converter. At the same time converters are installed opposite to each other at the distance, which is not less than the sum of lengths of "dead zones" of each converter in one direction.

EFFECT: provision of quality inspection.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля качества труб и может быть использовано в любой отрасли промышленности как при изготовлении, так и при эксплуатации труб, например при прокладке газо- и нефтепроводов.The invention relates to acoustic methods of non-destructive quality control of pipes and can be used in any industry both in the manufacture and operation of pipes, for example, when laying gas and oil pipelines.

На сегодняшний день в России по данным территориальных органов Ростехнадзора находится в эксплуатации около 160 тыс км магистральных газопроводов (МГ). 40% газопроводов эксплуатируются уже более 20 лет и уровень аварийности этих объектов составляет около 0,5 аварий на 1000 км МГ в год. При этом стоимость ликвидации одной аварии на газопроводе составляет, в среднем, 17 млн рублей. Количество аварий можно существенно снизить, если улучшить диагностику сварных швов и тела трубы на стадиях как строительства, так и ремонта.Today in Russia, according to the territorial authorities of Rostekhnadzor, about 160 thousand km of gas pipelines (MG) are in operation. 40% of gas pipelines have been in operation for more than 20 years and the accident rate of these facilities is about 0.5 accidents per 1000 km of gas per year. At the same time, the cost of eliminating one accident on a gas pipeline is, on average, 17 million rubles. The number of accidents can be significantly reduced if the diagnostics of welds and pipe body are improved at the stages of both construction and repair.

Для повышения качества контроля труб используют различные способы контроля, например радиографический, ультразвуковой. Однако радиографический способ имеет низкую (35-60%) достоверность обнаружения наиболее опасных плоскостных (трещиноподобных) дефектов. Применение ультразвукового контроля (УЗК) позволяет повысить вероятность обнаружения таких дефектов до 95-97%, для чего разрабатываются различные способы контроля с использованием ультразвуковых преобразователей.To improve the quality of pipe control, various control methods are used, for example, radiographic, ultrasonic. However, the radiographic method has a low (35-60%) reliability of detecting the most dangerous planar (crack-like) defects. The use of ultrasonic testing (ultrasonic testing) can increase the probability of detection of such defects to 95-97%, for which various monitoring methods using ultrasonic transducers are being developed.

Так, известен способ ультразвукового контроля, включающий в себя установку блоков акустических преобразователей по обе стороны от контролируемого сварного соединения, перемещение их вдоль сварного соединения, прозвучивание ультразвуковыми волнами всего поперечного сечения сварного соединения, прием ультразвуковых волн, отраженных от дефекта, определение амплитуды сигнала, по которой определяют размер и тип дефекта (патент RU №2137120 кл. G01N 29/04, 1999 г.).So, there is a known method of ultrasonic testing, which includes installing blocks of acoustic transducers on both sides of the controlled welded joint, moving them along the welded joint, sounding the entire cross section of the welded joint by ultrasonic waves, receiving ultrasonic waves reflected from the defect, determining the signal amplitude using which determine the size and type of defect (patent RU No. 2137120 C. G01N 29/04, 1999).

Этот способ позволяет контролировать качество сварного шва, однако качество тела трубы не контролируется. Кроме того, для контроля качества акустического контакта требуются, по крайней мере, еще два преобразователя.This method allows you to control the quality of the weld, however, the quality of the pipe body is not controlled. In addition, at least two further transducers are required to control the quality of the acoustic contact.

Известен способ ультразвукового контроля изделий, заключающийся в установке на поверхности изделия прямого и наклонного ультразвуковых преобразователей так, что их акустические оси лежат в одной плоскости, излучают в изделие импульсы ультразвуковых колебаний, принимают распространяющиеся в изделии импульсы, измеряют параметры принятых колебаний и по ним определяют наличие и характеристики дефектов (патент RU №1705735 кл. G01N 29/04, 1989 г.).There is a method of ultrasonic testing of products, which consists in installing direct and inclined ultrasonic transducers on the surface of the product so that their acoustic axes lie in the same plane, emit ultrasonic pulses into the product, receive pulses propagating in the product, measure the parameters of the received vibrations and determine the presence of them and characteristics of defects (patent RU No. 1705735 class. G01N 29/04, 1989).

Данный способ обладает теми же недостатками, что и описанный выше способ.This method has the same disadvantages as the method described above.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату к заявляемому изобретению является способ ультразвукового контроля труб, заключающийся в том, что устанавливают на поверхности изделия, перемещающиеся вдоль образующей трубы два преобразователя, излучающих ультразвуковые колебания с задержкой по времени относительно друг друга, принимают каждым преобразователем отраженные от дефекта изделия эхо-импульсы, измеряют параметры отраженных эхо-импульсов, сравнивают их с эталонным значением и по результату сравнения судят о величине дефектов (патент RU №1727050 кл. G01N 29/04, 1990 г.).The closest in technical essence and achieved by using the result to the claimed invention is a method of ultrasonic inspection of pipes, which consists in the fact that two transducers emitting ultrasonic vibrations with a delay in time relative to each other are mounted on the surface of the product, moving along the forming pipe, are received by each transducer echo pulses reflected from the product defect, measure the parameters of the reflected echo pulses, compare them with the reference value and the result The comparison judge judges the magnitude of the defects (patent RU No. 1727050 class G01N 29/04, 1990).

Недостатками способа являются, с одной стороны, невозможность контроля изделия в «мертвых зонах», а с другой стороны, отсутствие контроля за изменением условий возбуждения и распространения УЗ волн (при контактном методе контроля это соответствует качеству акустического контакта).The disadvantages of the method are, on the one hand, the inability to control the product in the "dead zones", and on the other hand, the lack of control over changes in the conditions of excitation and propagation of ultrasonic waves (with the contact control method this corresponds to the quality of acoustic contact).

Сущность изобретения заключается в том, что при реализации заявляемого способа ультразвукового контроля прозвучивают не только сварной шов, но и тело трубы и «мертвую» зону преобразователей, что повышает достоверность и точность контроля путем выявления дефектов как сварного шва, так и металла трубы, что значительно снижает затраты на устранение дефектов, а следовательно, снижает стоимость работ при прокладке трубопроводов для транспортировки газа и нефти.The essence of the invention lies in the fact that when implementing the proposed method of ultrasonic testing, not only the weld is sounded, but also the pipe body and the “dead” zone of the transducers, which increases the reliability and accuracy of the inspection by identifying defects of both the weld and the pipe metal, which is significantly reduces the cost of eliminating defects, and therefore, reduces the cost of laying pipelines for transporting gas and oil.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании технологии ультразвукового контроля труб, обеспечивающей контроль качества как сварного шва, так и тела трубы и «мертвых зон», и повышение достоверности контроля за счет слежения за условиями возбуждения и распространения волн и соответствующей коррекции результатов контроля.The problem to which the claimed invention is directed is to create a technology for ultrasonic inspection of pipes, providing quality control of both the weld and the pipe body and the "dead zones", and increasing the reliability of control by monitoring the conditions of excitation and propagation of waves and appropriate correction control results.

Это осуществляется тем, что в способе ультразвукового контроля труб, заключающемся в том, что устанавливают на поверхности изделия, перемещающиеся вдоль образующей трубы два преобразователя, излучающих ультразвуковые колебания с задержкой по времени относительно друг друга, принимают каждым преобразователем отраженные от дефекта изделия эхо-импульсы, измеряют параметры принятых эхо-импульсов, сравнивают их с эталонным значением и по результатам сравнения судят о величине дефекта, импульсы ультразвуковых колебаний вводят перпендикулярно образующей поверхности изделия, дополнительно регистрируют «обегающий» изделие импульс ультразвуковых колебаний, излучаемый одним преобразователем и принимаемый другим преобразователем, и по изменению амплитуды принимаемого импульса корректируют значение амплитуды импульса, отраженного от дефекта изделия, и, сравнивая его с эталонным значением, судят о величине дефекта, после чего излучают дополнительный импульс в направлении, противоположном основному, принимают каждым преобразователем отраженные от дефекта изделия эхо-импульсы, сравнивают их с эталонным значением и по результатам сравнения судят о наличии дефектов в «мертвых зонах» каждого преобразователя, при этом преобразователи устанавливают друг относительно друга на расстоянии не менее суммы длин «мертвых зон» каждого преобразователя в одном направлении.This is due to the fact that in the method of ultrasonic inspection of pipes, which consists in installing two transducers that move along the generatrix of the pipe and emitting ultrasonic vibrations with a time delay relative to each other, each transducer receives echo pulses reflected from the defect of the product, measure the parameters of the received echo pulses, compare them with the reference value and judge the size of the defect by the results of the comparison, the pulses of ultrasonic vibrations introduce perpendicular brightly forming the surface of the product, an ultrasound oscillation pulse emitted by one transducer and received by the other transducer is additionally recorded, and the amplitude of the pulse reflected from the defect of the product is corrected by changing the amplitude of the received pulse, and comparing it with the reference value, one judges the value defect, after which an additional impulse is emitted in the direction opposite to the main one, each transformer receives echo-impulses reflected from the defect pulses, compare them with the reference value and according to the results of the comparison judge the presence of defects in the "dead zones" of each transducer, while the transducers are installed relative to each other at a distance of at least the sum of the lengths of the "dead zones" of each transducer in one direction.

Кроме того, задержку по времени излучения ультразвуковых колебаний одного преобразователя относительно другого определяют временем распространения сигнала от максимально удаленного дефекта изделия, а в качестве ультразвуковых преобразователей берут электромагнитно-акустические преобразователи.In addition, the time delay of the emission of ultrasonic vibrations of one transducer relative to another is determined by the propagation time of the signal from the maximum remote product defect, and electromagnetic-acoustic transducers are used as ultrasonic transducers.

Для более полного раскрытия изобретения приведен чертеж, на котором 1 и 2 - УЗ-преобразователи, установленные на трубе 3 на расстоянии друг от друга не менее суммы L1 и L2, где L1 - длина «мертвой зоны» преобразователя 1 при излучении в одном направлении, а, соответственно, L2 - длина «мертвой зоны» преобразователя 2 при излучении в одном направлении. Преобразователи 1 и 2, принимающие отраженный сигнал от дефекта 4, соответственно связаны с усилителями 5 и 6. Выходы усилителей 5 и 6 соединены с компьютером 7. Цифрой 8 обозначен максимально возможно удаленный дефект, который может находиться на стороне, диаметрально противоположной оси симметрии преобразователей.For a more complete disclosure of the invention, a drawing is shown in which 1 and 2 are ultrasonic transducers mounted on a pipe 3 at a distance from each other not less than the sum of L1 and L2, where L1 is the length of the "dead zone" of the transducer 1 when radiation is in one direction, and, accordingly, L2 is the length of the "dead zone" of the transducer 2 with radiation in one direction. Converters 1 and 2, receiving the reflected signal from defect 4, are respectively connected to amplifiers 5 and 6. The outputs of amplifiers 5 and 6 are connected to computer 7. Number 8 indicates the most remote defect possible, which can be on the side diametrically opposite the axis of symmetry of the converters.

Способ ультразвукового контроля труб осуществляют следующим образом.The method of ultrasonic inspection of pipes is as follows.

Устанавливают УЗ-преобразователи 1 и 2 на поверхности трубы 3 с возможностью перемещения вдоль ее образующей. Преобразователь 1 излучает импульс по стрелке А, часть которого отражается от дефекта 4 и принимается преобразователем 1. Оставшийся импульс обегает трубу 3 и принимается преобразователем 2. Принятый преобразователем 1 импульс, отраженный от дефекта 4, усиливается в усилителе 5, оцифровывается и поступает в компьютер 7. Компьютер 7 по специальной программе определяет характер дефекта и его местоположение. Принятый преобразователем 2 обежавший трубу 3 импульс аналогично усиливается в усилителе 6, оцифровывается и поступает в компьютер 7. Компьютер 7, анализируя амплитуду обежавшего импульса, по специальной программе определяет условия возбуждения и распространения волн, на основании чего корректирует амплитуду импульса, отраженного от дефекта 4. Откорректированная амплитуда сравнивается с эталонным значением, на основании чего делается вывод о допустимости дефекта.Install ultrasound transducers 1 and 2 on the surface of the pipe 3 with the possibility of movement along its generatrix. Converter 1 emits a pulse in the direction of arrow A, part of which is reflected from defect 4 and received by converter 1. The remaining pulse goes around pipe 3 and is received by converter 2. The pulse received by converter 1, reflected from defect 4, is amplified in amplifier 5, digitized, and fed to computer 7 . Computer 7 according to a special program determines the nature of the defect and its location. The pulse received by the transducer 2, which circled the tube 3, is similarly amplified in the amplifier 6, digitized, and fed to computer 7. Computer 7, analyzing the amplitude of the obsolete pulse, determines the conditions for the excitation and propagation of waves using a special program, based on which it corrects the amplitude of the pulse reflected from defect 4. The corrected amplitude is compared with a reference value, on the basis of which a conclusion is made about the admissibility of the defect.

Так как преобразователи 1 и 2 контролируют каждый свою половину трубы 3, то максимально удаленный дефект 8 может находиться на стороне, диаметрально противоположной оси симметрии преобразователей 1 и 2.Since the transducers 1 and 2 control each of their half pipes 3, the most remote defect 8 can be on the side diametrically opposite the axis of symmetry of the transducers 1 and 2.

Преобразователь 2 излучает импульс по стрелке Б по истечении времени прохождения импульса от преобразователя 1 до максимально удаленного дефекта 8 и обратно. Процесс повторяется симметрично.The transducer 2 emits a pulse in the direction of arrow B after the passage of time of the pulse from the transducer 1 to the maximum remote defect 8 and vice versa. The process is repeated symmetrically.

После этого преобразователь 1 излучает импульс по стрелке В и в случае наличия дефекта в «мертвой зоне» преобразователя 2, отраженные от дефекта импульсы принимает преобразователь 1 и процесс обработки повторяется в соответствии с вышеизложенным. Таким образом, дефекты, находящиеся в «мертвой зоне» преобразователя 2, выявляются. По истечении времени, определенного выше, процесс с преобразователем 2 происходит симметрично.After that, the transducer 1 emits a pulse in the direction of arrow B, and in the case of a defect in the "dead zone" of the transducer 2, the pulses reflected from the defect are received by the transducer 1 and the processing process is repeated in accordance with the foregoing. Thus, defects located in the "dead zone" of the transducer 2 are detected. After the time defined above, the process with the transducer 2 occurs symmetrically.

В процессе работы преобразователи 1 и 2 перемещаются вдоль трубы, что позволяет контролировать все тело трубы.In the process, the transducers 1 and 2 are moved along the pipe, which allows you to control the entire body of the pipe.

Заявляемый способ является, преимущественно, бесконтактным способом контроля, поэтому в качестве преобразователей берут электромагнитно-акустические (ЭМА) преобразователи, которые позволяют изменять направление излучения импульса не механическими средствами, а электронными.The inventive method is mainly a non-contact monitoring method, therefore, as transducers take electromagnetic-acoustic (EMA) transducers, which allow you to change the direction of radiation of the pulse is not mechanical means, but electronic.

Таким образом, заявляемое изобретение повышает достоверность контроля качества трубы за счет того, что контролируются «мертвые зоны» и учитываются изменения условий возбуждения и распространения волн, по которым корректируют амплитуду импульсов, отраженных от дефектов.Thus, the claimed invention improves the reliability of pipe quality control due to the fact that the "dead zones" are controlled and changes in the conditions of excitation and propagation of waves are taken into account, which adjust the amplitude of the pulses reflected from defects.

Claims

1. The method of ultrasonic inspection of pipes, which consists in installing two transducers moving along the generatrix of the pipe, emitting ultrasonic vibrations with a time delay relative to each other, receiving echo pulses reflected from the product defect, measuring the parameters of the received echo pulses, compare them with the reference value and according to the results of comparison judge the magnitude of the defect, characterized in that the pulses of ultrasonic vibrations are introduced perpendicular to the developing surface of the product, an ultrasound oscillation pulse emitted by one transducer and received by another transducer is additionally recorded, and the amplitude of the pulse reflected from the defect is corrected by changing the amplitude of the pulse, and judging by the reference value, the value of the defect is judged, after which emit an additional impulse in the direction opposite to the main one, receive echo pulses reflected from the product defect by each transducer, compare them with the reference the value and according to the results of the comparison judge the presence of defects in the "dead zones" of each converter, while the converters are installed relative to each other at a distance of not less than the sum of the lengths of the "dead zones" of each converter in one direction.

2. The method according to claim 1, characterized in that the time delay of the radiation of ultrasonic vibrations of one transducer relative to another is determined by the propagation time of the pulse from the maximum remote defect of the product.

3. The method according to claim 1, characterized in that as the ultrasonic transducers take electromagnetic-acoustic transducers.