1. Principio di rilevamento dei difetti di piegatura per tubi in acciaio senza saldatura
Quando il tubo in acciaio sulla linea di rilevamento attraversa l'area di rilevamento dello spessore della parete esattamente lungo il suo asse ad alta velocità, l'accoppiatore d'acqua che ruota attorno al tubo genera una colonna d'acqua nebulizzata a pressione costante che spruzza sul tubo in acciaio, e il segnale ultrasonico perpendicolare all'asse del tubo in acciaio, emesso dalla sonda ultrasonica che ruota insieme, viene accoppiato al tubo attraverso la colonna d'acqua nebulizzata. L'onda di interfaccia e l'onda di fondo formate quando il segnale ultrasonico attraversa le superfici interna ed esterna del tubo vengono accoppiate alla sonda ultrasonica attraverso la colonna d'acqua. La sonda converte l'onda di interfaccia e l'onda di fondo in un segnale elettrico in uscita e, dopo l'elaborazione, l'analisi e il calcolo, viene formata una curva digitale che riflette lo spessore della parete del tubo in acciaio. Quando il segnale ultrasonico incontra pieghe o altri difetti nella parete del tubo in acciaio, si forma un segnale di difetto che rappresenta le pieghe e gli altri difetti tra l'onda di interfaccia e l'onda di fondo, e la sua larghezza d'impulso di spessore continua a variare significativamente. Le dimensioni e l'intervallo del difetto di piegatura vengono visualizzati sulla curva.
2. Tecnologia di misurazione dello spessore ultrasonico con accoppiamento di acqua nebulizzata ad alta energia multi-sonda
La tecnologia e il dispositivo di rilevamento sopra descritti sono adatti solo per il rilevamento ad alta velocità di tubi con superfici lisce. Tuttavia, le condizioni superficiali dei tubi in acciaio da ispezionare sono solitamente scadenti. Molti tubi in acciaio vengono riutilizzati, arrugginiti e presentano vaiolatura superficiale. Alcuni sono anche contaminati da olio, ecc., il che causa l'attenuazione del segnale ultrasonico sulla superficie del tubo in acciaio. L'onda di interfaccia e l'onda di fondo sono molto deboli ed è difficile formare un impulso di spessore stabile. Alcuni tubi in acciaio sono persino dotati di giunti. Il loro passaggio lungo la linea di ispezione è irregolare e l'efficacia dell'ispezione è comunque molto scarsa.
Il "dispositivo di misurazione dello spessore ultrasonico accoppiato ad acqua a spruzzo ad alta energia multi-sonda" adotta principalmente le seguenti tecnologie per risolvere questi problemi:
(1) Adottare un “wafer di titanato di bario” con una resistenza alla pressione di 1500 V p2p e una sonda ultrasonica focalizzata su un punto da 10 MHz per migliorare l’energia dei segnali ultrasonici;
(2) Adottare un circuito di eccitazione ad alta energia con caratteristiche di funzione di impatto per stimolare la sonda a generare ultrasuoni ad alta energia;
(3) Tecnologia di misurazione dello spessore ultrasonico multicanale e circuito di allargamento lineare dell'impulso di spessore per migliorare la velocità e la precisione di rilevamento;
(4) Tecnologia di trasmissione del segnale multicanale “time division multiplexing, high-speed sampling” per trasmettere in modo affidabile segnali di spessore multicanale;
(5) Il software del computer elimina l'influenza dell'instabilità del segnale ultrasonico sui risultati del rilevamento, visualizza i risultati del rilevamento in numeri e curve e contrassegna la posizione del difetto;
(6) Dispositivo di accoppiamento dell'acqua a pressione e temperatura costanti per migliorare l'affidabilità dell'accoppiamento della colonna d'acqua nebulizzata ai segnali ultrasonici;
(7) Posizionamento preciso e meccanismo di guida per garantire che il tubo di acciaio passi attraverso la sonda rigorosamente lungo il suo asse nell'area di rilevamento, superando il problema del funzionamento irregolare causato dall'accoppiamento del tubo di acciaio in modo che ogni sonda mantenga una distanza di accoppiamento verticale e costante con la parete esterna del tubo di acciaio.
3. Risultati sperimentali
La sensibilità della sonda wafer in "titanato di bario" può essere aumentata di 10 dB; il wafer è dotato di una lente di messa a fuoco acustica concava per formare una sonda di messa a fuoco puntuale con una lunghezza focale di 15 mm e una distanza della colonna d'acqua di accoppiamento di 12 mm, in modo che la messa a fuoco di ciascuna sonda cada sul punto medio della parete del tubo di acciaio, riducendo efficacemente l'effetto di dispersione della corrosione superficiale del tubo di produzione di petrolio e impedendo all'accoppiamento del tubo di acciaio (spessore 6~8 mm) di danneggiare la sonda; il "triodo a valanga" è composto da un circuito di eccitazione ad alta energia da 6 ns con una caratteristica della funzione di impatto e un'ampiezza di Vp2p=1000, che eccita la sonda ultrasonica per generare un segnale ultrasonico ad alta energia, in modo che il rapporto segnale/rumore dell'onda superficiale e dell'onda inferiore raggiunga più di 20 dB; Quando la sonda ruota a 240rmin, l'impulso di spessore della parete sulla superficie del tubo d'acciaio è stabile e i dati irregolari della circonferenza possono essere visualizzati con una precisione di 0,05 mm; quando il tubo d'acciaio attraversa l'area di rilevamento a una velocità di 15 mm contemporaneamente, ogni sonda ha una scansione a spirale, un passo di 15,625 mm e 4 sonde rilevano 2400 punti al secondo. La distanza tra i punti è di 0,16 mm e la precisione della variazione dello spessore della parete non è inferiore a ± 0,1 mm.
4. Il misuratore di spessore a ultrasuoni con sonda rotante a canale è costituito da un accoppiatore per l'acqua e 4 sonde a ultrasuoni distribuite a 90° l'una rispetto all'altra e rigorosamente perpendicolari all'asse del tubo in acciaio. Il controllo automatico del livello del liquido, il serbatoio dell'acqua sospeso con un livello del liquido di 6 m e l'accoppiamento dell'acqua a temperatura costante di 40 °C assicurano che le 4 colonne d'acqua spruzzate dalla sonda abbiano una pressione costante e un accoppiamento affidabile in ogni posizione, eliminando l'influenza delle bolle. La colonna d'acqua perpendicolare all'asse del tubo di produzione petrolifera accoppia in modo affidabile il segnale a ultrasuoni tra la sonda e il corpo del tubo.
Il circuito di allungamento lineare degli impulsi di spessore, composto da dispositivi a sorgente di corrente costante, allunga ogni impulso di spessore di 2Λs di 20 volte, fino a 40Λs, migliorando la precisione di rilevamento dello spessore e riducendo l'errore di campionamento; il circuito "time division multiplexing, high-speed sampling" campiona 4 impulsi di larghezza a una frequenza di campionamento di 2,5 MHz e li fonde in un unico canale, che viene trasmesso attraverso l'anello collettore e quindi separato in modo sincrono in più segnali dal multiplexer. La distorsione del segnale è ≤1%.
L'interferenza delle false immagini influisce sui risultati del rilevamento. L'onda inferiore del tubo d'acciaio è debole, il che facilita la formazione di impulsi di false immagini instabili e ultra spessi; anche le onde di superficie possono generare impulsi di false immagini ultra sottili; e i difetti di piegatura generano generalmente decine di impulsi continui di profondità di piegatura. Un software di analisi computerizzata è in grado di distinguere lo spessore della parete, la piegatura e l'interferenza delle false immagini, visualizzando dati e curve stabili.
4. Risultati del test
Sulla linea di rilevamento difetti dei tubi in acciaio, i tubi in acciaio sono stati testati con il "rilevamento difetti di perdita magnetica" e successivamente con il "dispositivo di rilevamento ad alta velocità dello spessore delle pareti dei tubi in acciaio a 4 canali con sonda rotante accoppiata ad acqua nebulizzata", e i tubi in acciaio con difetti di piegatura sono stati eliminati. Nella successiva prova di pressione dell'acqua, i tubi in acciaio con difetti di piegatura non hanno più subito rotture.
Data di pubblicazione: 11-11-2024