1. Princípio da detecção de defeitos de dobramento em tubos de aço sem costura
Quando o tubo de aço na linha de detecção passa pela área de detecção de espessura da parede estritamente ao longo de seu eixo em alta velocidade, o acoplador de água girando ao redor do tubo gera uma coluna de água pulverizada com pressão constante sobre o tubo de aço. O sinal ultrassônico perpendicular ao eixo do tubo de aço, emitido pela sonda ultrassônica em rotação, é acoplado ao tubo através da coluna de água pulverizada. A onda de interface e a onda de fundo, formadas quando o sinal ultrassônico passa pelas superfícies interna e externa do tubo, são acopladas à sonda ultrassônica através da coluna de água. A sonda converte a onda de interface e a onda de fundo em um sinal elétrico de saída e, após processamento, análise e cálculo, é formada uma curva digital que reflete a espessura da parede do tubo de aço. Quando o sinal ultrassônico encontra dobras ou outros defeitos na parede do tubo de aço, um sinal de defeito, representando a dobra ou outros defeitos, é formado entre a onda de interface e a onda de fundo, e sua largura de pulso de espessura continua a mudar significativamente. O tamanho e a extensão do defeito de dobra são exibidos na curva.
2. Tecnologia de medição de espessura ultrassônica por acoplamento de água pulverizada de alta energia com múltiplas sondas
A tecnologia e o dispositivo de detecção acima descritos são adequados apenas para a inspeção em alta velocidade de tubos com superfícies lisas. No entanto, a condição da superfície dos tubos de aço a serem inspecionados geralmente é precária. Muitos tubos de aço são reutilizados, enferrujados e apresentam corrosão por pite na superfície. Alguns também estão contaminados com óleo, etc., o que causa a atenuação do sinal ultrassônico na superfície do tubo. A onda de interface e a onda de fundo são muito fracas, dificultando a formação de um pulso de espessura estável. Alguns tubos de aço chegam a ter conexões. Elas se deslocam irregularmente na linha de inspeção, resultando em um efeito de inspeção ainda muito ruim.
O “dispositivo de medição de espessura ultrassônica acoplado a jato de água de alta energia com múltiplas sondas” adota principalmente as seguintes tecnologias para solucionar esses problemas:
(1) Adotar uma “placa de titanato de bário” com uma resistência à pressão de 1500 V p2p e uma sonda ultrassônica de foco pontual de 10 MHz para melhorar a energia dos sinais ultrassônicos;
(2) Adotar um circuito de excitação de alta energia com características de função de impacto para estimular a sonda a gerar ultrassom de alta energia;
(3) Tecnologia de medição de espessura ultrassônica multicanal e circuito de alargamento linear do pulso de espessura para melhorar a velocidade e a precisão da detecção;
(4) Tecnologia de transmissão de sinal multicanal “multiplexação por divisão de tempo, amostragem de alta velocidade” para transmitir de forma confiável sinais de espessura multicanal;
(5) O software de computador elimina a influência da instabilidade do sinal ultrassônico nos resultados da detecção, exibe os resultados da detecção em números e curvas e marca a localização do defeito;
(6) Dispositivo de acoplamento de água de pressão constante e temperatura constante para melhorar a confiabilidade do acoplamento da coluna de água pulverizada aos sinais ultrassônicos;
(7) Mecanismo de posicionamento e acionamento preciso para garantir que o tubo de aço passe pela sonda estritamente ao longo de seu eixo na área de detecção, superando o problema de operação irregular causado pelo acoplamento do tubo de aço, de modo que cada sonda mantenha uma distância de acoplamento vertical e constante com a parede externa do tubo de aço.
3. Resultados experimentais
A sensibilidade da sonda de pastilha de “titanato de bário” pode ser aumentada em 10 dB; a pastilha é equipada com uma lente de focalização acústica côncava para formar uma sonda de focalização pontual com uma distância focal de 15 mm e uma distância de acoplamento da coluna de água de 12 mm, de modo que o foco de cada sonda incida no ponto médio da parede do tubo de aço, reduzindo efetivamente o efeito de dispersão da corrosão superficial do tubo de produção de petróleo e evitando que o acoplamento do tubo de aço (espessura de 6 a 8 mm) danifique a sonda; o “triodo de avalanche” é composto por um circuito de excitação de alta energia de 6 ns com uma característica de função de impacto e uma amplitude de Vp2p = 1000, que excita a sonda ultrassônica para gerar um sinal ultrassônico de alta energia, de modo que a relação sinal-ruído da onda de superfície e da onda de fundo atinja mais de 20 dB; Quando a sonda gira a 240 rpm, o pulso da espessura da parede na superfície do tubo de aço permanece estável, e os dados de irregularidade da circunferência podem ser exibidos com precisão de 0,05 mm; quando o tubo de aço passa pela área de detecção a uma velocidade de 15 mm, cada sonda realiza uma varredura espiral com um passo de 15,625 mm, e 4 sondas detectam 2400 pontos por segundo. A distância entre os pontos é de 0,16 mm, e a precisão da variação da espessura da parede não é inferior a ± 0,1 mm.
4. O dispositivo de medição de espessura ultrassônica com sonda rotativa de canal consiste em um acoplador de água e 4 sondas ultrassônicas distribuídas a 90° entre si e estritamente perpendiculares ao eixo do tubo de aço. O tanque de água suspenso com controle automático de nível de líquido, com nível de 6 m, e a água de acoplamento a uma temperatura constante de 40 °C garantem que as colunas de água pulverizadas pelas 4 sondas tenham pressão consistente e acoplamento confiável em cada posição, eliminando a influência de bolhas. A coluna de água perpendicular ao eixo do tubo de produção de petróleo acopla de forma confiável o sinal ultrassônico entre a sonda e o corpo do tubo.
O circuito de estiramento de pulso de espessura linear, composto por dispositivos de fonte de corrente constante, estica cada pulso de espessura de 2Λs em 20 vezes, para 40Λs, melhorando a precisão da detecção de espessura e reduzindo o erro de amostragem; o circuito de “multiplexação por divisão de tempo e amostragem de alta velocidade” amostra 4 pulsos de largura a uma frequência de amostragem de 2,5 MHz e os combina em 1 canal, que é transmitido através do anel deslizante e então separado sincronicamente em múltiplos sinais pelo multiplexador. A distorção do sinal é ≤1%.
A interferência de imagens falsas afeta os resultados da detecção. A onda de fundo do tubo de aço é fraca, o que facilita a formação de pulsos de imagem falsa ultragrossos e instáveis; a oscilação da onda de superfície também pode formar pulsos de imagem falsa ultrafinos; e defeitos de dobramento geralmente formam dezenas de pulsos contínuos de profundidade de dobramento. O software de análise computacional pode distinguir a espessura da parede, o dobramento e a interferência de imagens falsas, e exibir dados e curvas estáveis.
4. Resultados dos testes
Na linha de detecção de falhas em tubos de aço, os tubos foram testados por meio de "detecção magnética de vazamentos" e, em seguida, por "dispositivo de detecção de alta velocidade de espessura de parede de tubos de aço com sonda rotativa acoplada a jato de água de 4 canais", eliminando-se os tubos com defeitos de dobramento. No teste subsequente de pressão de água, os tubos com defeitos de dobramento não apresentaram mais rupturas.
Data da publicação: 11/11/2024