1. Nguyên lý phát hiện khuyết tật gấp nếp đối với ống thép liền mạch
Khi ống thép trên dây chuyền kiểm tra đi qua khu vực kiểm tra độ dày thành ống theo đúng trục của nó với tốc độ cao, bộ phận nối nước quay quanh ống sẽ tạo ra cột nước phun với áp suất không đổi để phun lên ống thép. Tín hiệu siêu âm vuông góc với trục của ống thép do đầu dò siêu âm quay cùng phát ra được truyền vào ống thông qua cột nước phun. Sóng giao diện và sóng đáy được hình thành khi tín hiệu siêu âm đi qua bề mặt trong và ngoài của ống được truyền đến đầu dò siêu âm thông qua cột nước. Đầu dò chuyển đổi sóng giao diện và sóng đáy thành tín hiệu điện đầu ra, và sau khi xử lý, phân tích và tính toán, một đường cong kỹ thuật số phản ánh độ dày thành ống thép được hình thành. Khi tín hiệu siêu âm gặp phải nếp gấp hoặc các khuyết tật khác trên thành ống thép, một tín hiệu khuyết tật biểu thị nếp gấp và các khuyết tật khác được hình thành giữa sóng giao diện và sóng đáy, và độ rộng xung độ dày của nó tiếp tục thay đổi đáng kể. Kích thước và phạm vi của khuyết tật nếp gấp được hiển thị trên đường cong.
2. Công nghệ đo độ dày siêu âm kết hợp phun nước năng lượng cao đa đầu dò
Công nghệ và thiết bị phát hiện nêu trên chỉ phù hợp cho việc phát hiện tốc độ cao các đường ống có bề mặt nhẵn. Tuy nhiên, tình trạng bề mặt của các đường ống thép cần kiểm tra thường kém. Nhiều đường ống thép đã qua sử dụng, bị gỉ sét và có các vết rỗ trên bề mặt. Một số còn bị nhiễm dầu mỡ, v.v., khiến tín hiệu siêu âm bị suy giảm trên bề mặt đường ống thép. Sóng giao diện và sóng đáy rất yếu, khó tạo thành xung độ dày ổn định. Một số đường ống thép thậm chí còn được trang bị khớp nối. Chúng chạy gập ghềnh trên đường kiểm tra, và hiệu quả kiểm tra vẫn rất kém.
Thiết bị đo độ dày siêu âm kết hợp phun nước năng lượng cao đa đầu dò chủ yếu áp dụng các công nghệ sau để giải quyết những vấn đề này:
(1) Sử dụng “tấm titanat bari” có khả năng chịu áp suất 1500 V p2p và đầu dò siêu âm tập trung điểm 10 MHz để cải thiện năng lượng của tín hiệu siêu âm;
(2) Áp dụng mạch kích thích năng lượng cao với đặc tính chức năng tác động để kích thích đầu dò tạo ra siêu âm năng lượng cao;
(3) Công nghệ đo độ dày siêu âm đa kênh và mạch mở rộng tuyến tính xung độ dày để cải thiện tốc độ và độ chính xác phát hiện;
(4) Công nghệ truyền tín hiệu đa kênh “ghép kênh phân chia theo thời gian, lấy mẫu tốc độ cao” để truyền tín hiệu độ dày đa kênh một cách đáng tin cậy;
(5) Phần mềm máy tính loại bỏ ảnh hưởng của sự không ổn định tín hiệu siêu âm đối với kết quả phát hiện, hiển thị kết quả phát hiện bằng số và đường cong, đồng thời đánh dấu vị trí khuyết tật;
(6) Thiết bị ghép nước áp suất không đổi và nhiệt độ không đổi để cải thiện độ tin cậy của việc ghép cột nước phun với tín hiệu siêu âm;
(7) Cơ cấu định vị và dẫn động chính xác để đảm bảo ống thép đi qua đầu dò chính xác dọc theo trục của nó trong khu vực phát hiện, khắc phục vấn đề vận hành gập ghềnh do khớp nối ống thép gây ra để mỗi đầu dò duy trì khoảng cách khớp nối thẳng đứng và không đổi với thành ngoài của ống thép.
3. Kết quả thực nghiệm
Độ nhạy của đầu dò dạng tấm “barium titanate” có thể được tăng lên 10dB; tấm này được trang bị thấu kính hội tụ âm thanh lõm để tạo thành đầu dò hội tụ điểm với tiêu cự 15mm và khoảng cách cột nước ghép nối 12mm, sao cho tiêu điểm của mỗi đầu dò rơi vào điểm giữa của thành ống thép, giảm thiểu hiệu quả tác động tán xạ do ăn mòn bề mặt của ống dẫn dầu và ngăn ngừa khớp nối ống thép (độ dày 6~8mm) làm hỏng đầu dò; “bộ ba cực thác lũ” bao gồm mạch kích thích năng lượng cao 6ns với đặc tính chức năng va đập và biên độ Vp2p=1000, kích thích đầu dò siêu âm tạo ra tín hiệu siêu âm năng lượng cao, sao cho tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của sóng bề mặt và sóng đáy đạt hơn 20dB; khi đầu dò quay ở tốc độ 240 vòng/phút, xung độ dày thành trên bề mặt ống thép ổn định và dữ liệu không đồng đều của chu vi có thể được hiển thị chính xác đến 0,05mm; Khi ống thép đi qua khu vực kiểm tra với tốc độ 15mm/giây, đồng thời mỗi đầu dò có khả năng quét xoắn ốc với bước quét 15,625mm, và 4 đầu dò sẽ phát hiện 2400 điểm mỗi giây. Khoảng cách giữa các điểm là 0,16mm, và độ chính xác về biến thiên độ dày thành ống không nhỏ hơn ± 0,1mm.
4. Thiết bị đo độ dày siêu âm đầu dò xoay kênh bao gồm một bộ nối nước và 4 đầu dò siêu âm được bố trí vuông góc với nhau (90°) và hoàn toàn vuông góc với trục ống thép. Bể chứa nước treo cao với điều khiển mực nước tự động có mực nước cao 6m và nước nối có nhiệt độ không đổi 40℃ đảm bảo cột nước phun tới 4 đầu dò có áp suất ổn định và khả năng kết nối đáng tin cậy tại mỗi vị trí, loại bỏ ảnh hưởng của bọt khí. Cột nước vuông góc với trục ống dẫn dầu giúp kết nối tín hiệu siêu âm giữa đầu dò và thân ống một cách đáng tin cậy.
Mạch kéo giãn xung độ dày tuyến tính gồm các thiết bị nguồn dòng không đổi kéo giãn mỗi xung độ dày 2Λs lên 20 lần thành 40Λs, cải thiện độ chính xác phát hiện độ dày và giảm sai số lấy mẫu; mạch “ghép kênh phân chia theo thời gian, lấy mẫu tốc độ cao” lấy mẫu 4 xung có độ rộng khác nhau ở tần số lấy mẫu 2,5MHz và hợp nhất chúng thành 1 kênh, được truyền qua vòng trượt và sau đó được tách đồng bộ thành nhiều tín hiệu bằng bộ ghép kênh. Độ méo tín hiệu ≤1%.
Hiện tượng nhiễu ảnh giả ảnh hưởng đến kết quả phát hiện. Sóng đáy của ống thép yếu, dễ tạo ra các xung ảnh giả siêu dày không ổn định; hiện tượng dao động sóng bề mặt cũng có thể tạo ra các xung ảnh giả siêu mỏng; và các khuyết tật gấp nếp thường tạo ra hàng chục xung độ sâu gấp nếp liên tục. Phần mềm phân tích bằng máy tính có thể phân biệt độ dày thành ống, nếp gấp và nhiễu ảnh giả, đồng thời hiển thị dữ liệu và đường cong ổn định.
4. Kết quả kiểm tra
Trên dây chuyền kiểm tra khuyết tật ống thép, các ống thép được kiểm tra bằng phương pháp “phát hiện khuyết tật rò rỉ từ tính” và sau đó là “thiết bị đo độ dày thành ống thép tốc độ cao 4 kênh kết hợp đầu dò xoay phun nước”, và các ống thép có khuyết tật gấp nếp đã được loại bỏ. Trong thử nghiệm áp suất nước tiếp theo, các ống thép có khuyết tật gấp nếp không còn bị vỡ nữa.
Thời gian đăng bài: 11/11/2024