UA124202C2 - Спосіб безконтактного виявлення дефекту металевого циліндра - Google Patents

Abstract

Винахід належить до способів безконтактного контролю металевих циліндричних виробів і може бути використаний для контролю протяжних циліндричних об'єктів. В способі безконтактного виявлення дефекту металевого циліндра впливають на циліндр обертовим магнітним полем, переміщують засоби впливу вздовж циліндра, спостерігають за результуючим магнітним полем та за його змінами виявляють дефект циліндра. Згідно з винаходом, на циліндр впливають поперечним магнітним полем, напрям (вектор) якого повертають відносно осі циліндра за допомогою зміщених по фазі струмів, результуюче обертове магнітне поле сприймають двома ортогональними приймачами, які формують сигнали, за якими спостерігають на екрані розподіл результуючого магнітного поля, за змінами (аномаліями) якого виявляють дефекти циліндра і оцінюють їх параметри. Винахід забезпечує спрощення способу виявлення дефектів металевого циліндра, підвищення його надійності і розширення можливостей контролю металевих циліндричних виробів.

Description

Винахід належить до технічної фізики і призначений для безконтактного виявлення корозійних уражень сталевих циліндричних виробів під ізоляцією і захисним покривом та може бути використаний для контролю протяжних циліндричних об'єктів, таких як труби, прутки, дроти, шини, на предмет виявлення в них дефектів типу порушень суцільності, неметалевих включень, тріщин, вм'ятин, змін геометричної форми.

Відомий спосіб електромагнітної дефектоскопії лінійно-протяжних об'єктів, таких як труби, прутки шини і т. д., елетромагнітними перетворювачами, за яким на об'єкт контроллю (ОК) впливають електромагнітним полем. Результуюче електромагнітне поле містить корисну інформацію про стан ОК. За джерело і перетворювач поля використовують котушки індуктивності (обмотки збудження і вимірювання). Отриманий сигнал залежить від параметрів

ОК та наявності в ньому дефектів, які спричинюють зміни сигналу, за характером яких виявляють дефекти та оцінюють їх параметри (1-2). Спосіб грунтується на фундаментальному законі електромагнітної індукції, вперше сформульованому М. Фарадеєм. Залежно від форми

ОК і поставленої задачі застосовують накладні, прохідні і екранні вихрострумові перетворювачі, котушки збудження яких живлять змінним струмом з частотою в діапазоні від 5 Гц до 250 МГЦ.

Недоліками відомого способу електромагнітної дефектоскопії є залежності сигналу не лише від наявності і розміщення дефектів, але й від електропровідності і магнітної проникності матеріалу

ОК, гістерезису, форми і взаємного розміщення джерела поля і ОК, частоти і форми збуджуючого струму (1). Велика кількість факторів, що впливають на результати випробувань, потребують вишукування способів вилучення сторонніх впливів, що призводить до розробок різних способів придатних для контролю заданого класу об'єктів у певних умовах. Отже відомий спосіб електромагнітної дефектоскопії надто загальний та для різних застосувань потребує конкретизації і уточнень з урахуванням специфіки і параметрів ОК.

Відомий також спосіб розсіяного магнітного потоку (2, З), за яким локально намагнічують ділянку ОК та одночасно фіксують магнітне поле розсіяння, що виникає над поверхнею за наявності дефектів або зменшення товщини виробу. За джерело поля використовують постійні магніти, вимірювачі - індукційні перетворювачі або давачі Холла. Спосіб використовують для виявлення механічних пошкоджень і корозійних уражень; застосовують спеціальні снаряди- дефектоскопи. Недоліками відомого способу є суттєвий вплив відстані давача від поверхні ОК

Зо на вимірюваний сигнал, відсутність інформації про глибину залягання дефектів та значне зростання габаритів і маси обладнання для контролю виробів з товщиною стінки більше 16 мм

ЇЇ, а також необхідність обладнання трубопроводу спеціальними камерами для вводу дефектоскопу у трубу та виводу його з труби (2, с 233-234).

Найближчим до заявленого винаходу є спосіб сканування, за яким для контролю протяжних об'єктів з круглим перерізом (труби, прутки) обертають перетворювач дефектоскопа навколо осі

ОК (1, с. 160). За осьового переміщення ОК перетворювачі описують гвинтову лінію навколо його поверхні. Сигнали з виходу перетворювача |1, с. 162)| обробляють шляхом аналізу форми огинаючої високочастотного сигналу, спричиненої модуляцією сигналу полем дефекту. Цей відомий динамічний (або модуляційний) спосіб застосовують для зовнішнього та для внутрішнього вихрострумового контролю труб (1,21.

Недоліками цього відомого способу (прототипу) є застосування механічного обертання перетворювачів за допомогою двигуна або штовхального механізму, розташованого у корпусі зонда (2, с 173), що потребує налагодження складних механічних систем і знижує надійність контролю. Крім цього, під час аналізу отриманих (внаслідок неперервного обертання котушок перетворювачів навколо ОК) сигналів відкидають плавно змінні сигнали великої протяжності, як не властиві сигналам від тріщин (1). Це сприяє виявленню тріщин на поверхні ОК, проте не дає змоги виявляти інші важливі дефекти типу корозійних пошкоджень, протяжних порушень суцільності, неметалевих включень, вм'ятин та змін форми.

Технічною задачею, яку розв'язує винахід, є створення процедури (послідовності дій) виявлення дефектів металевого (сталевого) циліндра шляхом вибору типу збудження і приймання сигналу з метою зниження (спрощення) вимог до засобів їх реалізації та підвищення надійності і розширення можливостей контролю металевих циліндрів (труб, прутків).

Поставлена задача вирішується шляхом збудження циліндра обертовим магнітним полем і переміщень вздовж циліндра та спостереження за результуючим магнітним полем і виявлення дефектів циліндра за його змінами, відрізняється тим, що циліндр збуджують поперечним магнітним полем, напрям (вектор) якого повертають (обертають) відносно осі циліндра з допомогою зміщених по фазі струмів, результуюче обертове магнітне поле сприймають двома ортогональними приймачами, які формують два сигнали, за якими спостерігають розподіл результуючого обертового магнітного поля, за змінами (аномаліями) якого виявляють дефекти бо труби і оцінюють їх параметри.

Суттєвими відмінностями заявленого способу від аналогів і прототипу є збудження (намагнічення) всієї площі поперечного перерізу циліндра поперечним первинним магнітним полем (а не локально, як за прототипом), повертання напряму (вектора) магнітного поля відносно осі циліндра з допомогою двох взаємно ортогональних рамок (котушок), в яких протікають змінні струми, фази яких зміщені між собою на чверть періоду. Результуюче обертове магнітне поле сприймають двома ортогональними магнітосприймачами, які формують два сигнали, за якими аналізують азимутальний розподіл результуючого обертового магнітного поля, за змінами (аномаліями) сигналів (розподілу поля) виявляють дефекти циліндра і оцінюють їх параметри. Названі суттєві ознаки заявленого способу і їх сукупність не відомі ні в аналогів ні у прототипа, отже відповідають критерію "новизна".

На кресленні показано циліндричну трубу у первинному однорідному магнітному полі та силові лінії її вторинного дипольного поля На На кресл. подано кут фФ повороту вектора Но первинного магнітного поля збудження. Показано також дефект у стінці труби. Спричинені дефектом труби деформації розподілу її магнітного поля на рисунку не показані. Кількісні результати розрахунків залежностей змін розподілу компонент поля, спричинених різними дефектами за різних орієнтацій первинного поля збудження наведені у праці авторів (4).

Фізичною основою заявленого способу є дипольний характер розподілу магнітного поля труби (кругового циліндра) та різні деформації цього поля дефектами, залежно від орієнтації первинного збуджуючого магнітного поля |41.

Дефект найбільше змінює магнітне поле труби тоді, коли він розміщений на шляху магнітного потоку і деформує (розсіює) його; для зображеного на рис. 1 магнітного поля це спостерігається коли кут фФ-0. Якщо ж первинний магнітний потік направлений так, що дефект розміщений у місці його розгалуження (при (ф-90"), коли магнітний потік обтікає дефект, тоді вплив дефекту на розподіл магнітного поля не проявляється |2, 4). Це дає можливість виявляти дефект і оцінювати його параметри за деформацією результуючого магнітного поля (при ф-0"7) та визначати його місце (при ф-907).

Приклад конкретного виконання. Розміщують над сталевим циліндром (трубопроводом) та переміщують вздовж нього дві взаємно ортогональні рамки (котушки), які живляться змінними струмами, зсунутими між собою по фазі на 90", та два взаємно ортогональні приймачі (рамки,

Зо котушки, ферозонди). Збуджуючі рамки орієнтують відносно циліндра так, щоб створене ними первинне магнітне поле було перпендикулярним до осі циліндра (який контролюють) та однорідним по всьому поперечному перерізу циліндра, труби.

Сигнали від приймачів подають на ортогональні входи дисплея (осцилографа). Для бездефектного циліндра (трубопроводу), з однаковим налаштуванням амплітуд сигналів щодо вимірюваних компонент поля, на екрані дисплея буде сформована замкнута лінія (фігура), яка відповідає дипольному характеру розподілу магнітного поля циліндра без дефекта.

За наявності дефекта циліндра названа фігура на екрані буде деформована. За величиною і орієнтацією цієї деформації фігури можна оцінити параметри дефекта та його розміщення на циліндрі (трубопроводі).

Практичне використання запропонованого способу передбачає переміщення вздовж сталевого циліндра (прутка, труби у цеху підприємства чи підземного трубопроводу в польових умовах) джерела перпендикулярного циліндру обертового магнітного поля та двох взаємно ортогональних сприймачів магнітного поля. На бездефектній ділянці циліндра налаштовують джерело і сприймачі магнітного поля, які підключені до входів двокоординатного дисплея, для отримання лінії (фігури), яка відповідає дипольному характеру розподілу компонент магнітного поля циліндра без дефекту. Приймають цю лінію (фігуру) за шаблон для даного ОК. Під час переміщення джерела і приймачів магнітного поля вздовж циліндра спостерігають за змінами фігури на екрані дисплея. За деформаціями цієї фігури виявляють місця дефектів циліндра, оцінюють їх параметри.

Перевагами заявленого способу в порівнянні з аналогами і прототипом є простота процедури, обумовлена однотипним переміщенням джерела і сприймачів поля вздовж ОК.

Обертове магнітне поле створюється з використанням зсуву фази без механічних обертань (аналогічно відомому обертовому полю статора електричних двигунів).

На відміну від прототипу, за яким для сканування поверхні ОК обертають перетворювач дефектоскопа навколо осі ОК (що потребує кругового доступу до ОК), заявлений спосіб реалізується і за одностороннього доступу до ОК.

Це дає можливість застосовувати заявлений спосіб і для контролю циліндричних виробів (прутків, труб), прикріплених до направляючих поверхонь (конструкцій, стін, жолобців), а також для безконтактного контролю (виявлення дефектів металу) підземних (підводних) сталевих 60 трубопроводів.

Джерела інформації: 1. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Злектромагнитная дефектоскопия. - М.:

Машиностроение, 1980. - 232 б. 2. Технічна діагностика матеріалів і конструкцій: Довідн. пос. у 8-м томах / За заг. ред. 3.Т.

Назарчука / Том 4: Електрофізичні методи неруйнівного контролю дефектності елементів конструкцій. Р.М. Джала, В.Р. Джала, І.Б. Івасів, В.Г. Рибачук, В.М. Учанін / за ред. Р.М. Джали. -

Львів: Простір-М, 2018. - 356 с. 3. Бакунов А.С., Горкунов З.С., Щербинин В.Е. Магнитньій контроль / Под общ. ред. В.В.

Клюева. - М.: Изд. дом "Спектр", 2015. - 192 с. 4. ІпПшепсе ої Пе ріре аетесі оп її5 тадпеїйс їеїа / А. М. О2Наїа, М. А. О2Наїа, М. І. Меїпук, В. 1.

Ногоп, 0. І. Зепушик // Іптоптаїйоп Ехігасіюп апа Ргосез. 2018. Із5це 46 (122). - Р. 5-10.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб безконтактного виявлення дефекту металевого циліндра, за яким впливають на циліндр обертовим магнітним полем, переміщують засоби впливу вздовж циліндра, спостерігають за результуючим магнітним полем та за його змінами виявляють дефект циліндра, який відрізняється тим, що на циліндр впливають поперечним магнітним полем, напрям (вектор) якого повертають відносно осі циліндра за допомогою зміщених по фазі струмів, результуюче обертове магнітне поле сприймають двома ортогональними приймачами, які формують сигнали, за якими спостерігають на екрані розподіл результуючого магнітного поля, за змінами (аномаліями) якого виявляють дефекти циліндра і оцінюють їх параметри.