Сканирующий дефектоскоп


G01N29/265 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

 

Область применения: сканирующий дефектоскоп относится к измерительной технике для неразрушающего контроля и может быть использован для обнаружения дефектов потери металла и растрескиваний в стенках труб газо- и нефтепроводов. Сканирующий дефектоскоп включает в себя укрепленные на раме шасси датчик средств неразрушающего контроля, с намагничивающей системой и излучающим и приемным первичными электромагнитно-акустическими преобразователями и электронный блок с предусилителем, источником питания, видеоконтрольным устройством, генератором зондирующих импульсов и АЦП. Намагничивающая система выполнена в виде сердечника в форме параллелепипеда из магнитомягкой стали, на каждой нерабочей поверхности которого установлен высокоэнергетичный магнит так, чтобы одноименные полюса магнитов были направлены внутрь сердечника, а на рабочей поверхности укреплены излучающий и приемный первичные электромагнитно-акустические преобразователи. Рама шасси установлена на двух мотор-колесах, на расстоянии 10-20 мм от опорной поверхности этих колес. Сканирующий дефектоскоп позволяет с большей чувствительностью выявить дефекты потери металла и растрескивания в теле объекта контроля, например в теле трубы газо- и нефтепровода при увеличении диапазона измеряемых толщин стенок объекта контроля. Кроме того, процесс сканирования с помощью этого дефектоскопа осуществляется с высокой скоростью и в режиме реального времени. 3. з.п., 2 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике для неразрушающего контроля и может быть использована для обнаружения дефектов потери металла и растрескиваний в стенках труб газо- и нефтепроводов.

Важнейшей задачей для неразрушающей диагностики ферромагнитных протяженных объектов, к примеру, нефте- и газопроводов, является разработка автоматизированных устройств для бесконтактного сканирования их поверхностей, позволяющих обнаруживать дефекты потери металла и растрескиваний.

Известно устройство для наружного неразрушающего контроля стенок труб [патент РФ 2402760], содержащее тележку с несущей рамой, колесную ходовую подвеску, ходовой привод, автономный источник энергии, одометр, датчики средств неразрушающего контроля, устройство сбора информации с датчиков, бортовой компьютер, беспроводную систему передачи информации. В устройство также введены опорное колесо, трехкомпонентный датчик линейных ускорений, первый и второй контроллеры управления электродвигателями, устройство вывода исполнительных сигналов, электроуправляемый краскопульт, шкив, рычаг, пружина и гибкий трос-пояс. Ходовой привод состоит из двух колес, двух электромоторов-редукторов, а датчики средств неразрушающего контроля выполнены в виде вихретоковых преобразователей.

Устройство работает следующим образом. Дефектоскоп сканирует наружную поверхность трубы группой вихретоковых датчиков и удерживается на поверхности трубы благодаря тросу, охватывающему трубу и подпружиненным прижимным роликом, закрепленным на верхней стороне дефектоскопа. Информация о координатах предполагаемых дефектов и их величине из бортового компьютера передается по радиоканалу в переносный компьютер для контроля оператором.

К недостаткам данного устройства можно отнести то, что вихретоковые датчики хорошо обнаруживают трещины, но обладают плохой чувствительностью к остальным видам дефектов (например, к коррозии) и недостаточной точностью при определении геометрических параметров дефектов. Также вследствие того, что устройство удерживается на поверхности трубы благодаря тросу, охватывающему трубу, нет возможности проводить сканирование наружной поверхности трубы в случае, когда труба лежит, к примеру, на поверхности бетонных блоков, что создает дополнительные трудности при эксплуатации данного устройства.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому является система для ультразвукового контроля труб и сосудов (сканирующий дефектоскоп) [патент US 5619423], включающая датчики средств неразрушающего контроля, электронный блок с предусилителем, и видеоконтрольный блок, укрепленные на раме шасси с четырьмя опорными магнитными колесами, а также два шаговых электродвигателя, соединенных с опорными магнитными колесами, Опорные магнитные колеса обеспечивают притяжение устройства к поверхности объекта контроля и позволяют устройству перемещаться, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Датчик средств неразрушающего контроля включает намагничивающую систему в виде поляризующего элемента - одного постоянного магнита и излучающий и приемный первичные электромагнитно-акустические (ЭМА) преобразователи (катушки, намотанные на оправку). Электронный блок, выполнен с возможностью подключения шаговых электродвигателей и включает предусилитель, выполненный с возможностью подключения одного или нескольких ЭМА преобразователей. Электронный блок соединен 15 метровым проводом с видеоконтрольным блоком, состоящим из генератора зондирующих импульсов, АЦП, источника питания, видеоконтрольного устройства. Видеоконтрольное устройство выполнено в виде персонального компьютера со встроенным математическим сопроцессором.

Система для ультразвукового контроля труб и сосудов работает следующим образом. Шасси перемещается вдоль поверхности объекта контроля, удерживаясь при этом с помощью опорных магнитных колес. Излучающий ЭМА преобразователь генерирует в теле объекта контроля бегущую ультразвуковую волну, которая, отражаясь от дефектов, преобразуется в электрический сигнал приемным ЭМА преобразователем. Этот сигнал усиливается предусилителем и подается по 15 метровому проводу на видеоконтрольный блок, где он оцифровывается и анализируется оператором на экране видеоконтрольного устройства.

К недостаткам данного устройства относится ограниченный диапазон измеряемых толщин стенок объекта контроля - до 13 мм. Это является следствием применения в устройстве объемных волн Лэмба, обладающих большой дисперсией. Недостатком также является использование длинного провода для связи электронного и видеоконтрольного блоков, и как следствие, расположение на расстоянии генератора зондирующих импульсов и излучающих ЭМА преобразователей. Все это приводит к большим электрическим потерям между генератором зондирующих импульсов и излучающими ЭМА преобразователями, а также не дает возможности увеличения напряжения и силы тока в катушках излучающих ЭМА преобразователей ввиду вероятности электрического пробоя в проводе и потенциальной опасности для персонала. Еще один недостаток - применение магнитных колес для притяжения устройства к поверхности объекта контроля. На них скапливается грязь и мелкие металлические частицы, что вынуждает оператора производить регулярную чистку колес и вызывает дополнительные трудности при эксплуатации данного устройства.

Таким образом, известный сканирующий дефектоскоп имеет ограниченный диапазон измеряемых толщин стенок объекта контроля, а также не обеспечивает необходимой чувствительности контроля тела трубы газо- и нефтепровода ввиду высокой дисперсии объемных волн Лэмба, применяемых в устройстве, больших электрических потерь между генератором зондирующих импульсов и излучающими ЭМА преобразователями, а также ввиду невозможности увеличения напряжения и силы тока в катушках излучающих ЭМА преобразователей и тем самым не обеспечивают эффективное обнаружение дефектов потери металла и растрескиваний в стенках труб газо- и нефтепроводов.

В основу полезной модели положена задача увеличения диапазона измеряемых толщин стенок объекта контроля, повышения чувствительности и скорости контроля тела трубы газо- и нефтепровода, при снижении массы и потребляемой электроэнергии, и улучшении маневренности сканирующего дефектоскопа.

Поставленная задача решается тем, что в сканирующем дефектоскопе, включающем укрепленные на раме шасси датчик средств неразрушающего контроля с намагничивающей системой и излучающим и приемным первичными электромагнитно-акустическими преобразователями и электронный блок с предусилителем, источник питания, видеоконтрольное устройство, генератор зондирующих импульсов и АЦП, согласно полезной модели, намагничивающая система выполнена в виде сердечника в форме параллелепипеда из магнитомягкой стали, на каждой нерабочей поверхности которого установлен высокоэнергетичный магнит так, чтобы одноименные полюса магнитов были направлены внутрь сердечника, а на его рабочей поверхности укреплены излучающий и приемный первичные электромагнитно-акустическими преобразователи, при этом, генератор зондирующих импульсов, видеоконтрольное устройство, источник питания и АЦП размещены в электронном блоке, и рама шасси установлена на двух мотор-колесах, на расстоянии 10-20 мм от опорной поверхности этих колес.

При этом

- сердечник намагничивающей системы датчика средств неразрушающего контроля может быть выполнен из пермендюра, беспримесного железа или любого другого материала с большой намагниченностью насыщения;

- в качестве сердечника намагничивающей системы датчика средств неразрушающего контроля может быть использован постоянный магнит с высокой величиной остаточной намагниченности и большой коэрцитивной силой;

- в качестве высокоэнергетичного магнита может быть взят магнит NdFeB или SmCo.

Физическая сущность заявляемого сканирующего дефектоскопа заключается в том, что выбранная конфигурация намагничивающей системы и направление поля, создаваемого ей, при поднесении ее рабочей поверхности к трубе, обеспечивает нормальное к поверхности намагничивание материала объекта контроля, например тела трубы газо- и нефтепровода, индукцией более 1,2 Тл под рабочей поверхностью намагничивающей системы. Это позволяет с большой эффективностью излучать и принимать поверхностные ультразвуковые волны Релея ЭМА способом на длинномерных ферромагнитных объектах с любой толщиной стенки.

Выполнение намагничивающей системы датчика средств неразрушающего контроля в виде сердечника в форме параллелепипеда из магнитомягкой стали, на каждой нерабочей поверхности которого установлен высокоэнергетичный магнит так, чтобы одноименные полюса магнитов были направлены внутрь сердечника, а на рабочей поверхности укреплены излучающий и приемный первичные ЭМА преобразователи, позволяет сделать сканирующий дефектоскоп компактным и легкими при высоком намагничивающем поле. За счет сильного притяжения к поверхности объекта контроля, намагничивающая система обеспечивает также и притяжение сканирующего дефектоскопа к поверхности объекта контроля. Это снижает энергопотребление. Кроме того, использование в заявляемом сканирующем дефектоскопе двух немагнитных мотор-колес с раздельным управлением увеличивает маневренность и упрощает эксплуатацию, так как к ним, в отличие от магнитных колес, не прилипает ферромагнитная стружка и пыль и не требуется периодическая очистка.

Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в создании нормального к поверхности объекта контроля постоянного магнитного поля с индукцией более 1,2 Тл для эффективного излучения и приема поверхностных ультразвуковых волн Рэлея ЭМА способом, а также для притяжения устройства к поверхности контролируемого объекта, и обеспечивает тем самым расширение диапазона измеряемых толщин стенок объекта контроля, повышение чувствительности и скорости контроля тела трубы газо- и нефтепровода при снижении массы дефектоскопа и потребляемой электроэнергии, и улучшении маневренности устройства.

На фиг. 1 представлен общий вид сканирующего дефектоскопа;

на фиг. 2 - разрез по А-А.

Сканирующий дефектоскоп (фиг. 1) включает датчик 1 средств неразрушающего контроля, состоящий из намагничивающей системы 2, излучающего и приемного первичных ЭМА преобразователей 3 и 4 соответственно, и электронный блок 5, установленные на раме шасси 6, которое снабжено двумя мотор-колесами 7. Мотор-колесо 7 представляют собой агрегат, объединяющий колесо и, встроенные в него, тяговый электродвигатель, силовую передачу и тормозную систему (таким образом, каждое мотор-колесо имеет индивидуальный привод).

Намагничивающая система 2 располагается на расстоянии 10-20 мм от опорной поверхности мотор-колес 7 и представляет собой сердечник в форме параллелепипеда из магнитомягкой стали на каждой нерабочей поверхности которого установлен высокоэнергетичный магнит так, чтобы одноименные полюса магнитов были направлены внутрь сердечника, а на рабочей поверхности укреплены излучающий и приемный первичные ЭМА преобразователи, 3 и 4 соответственно.

Излучающий и приемный первичные ЭМА преобразователи 3 и 4 выполнены в виде каркаса с намотанной на него катушкой в форме меандра. Сигнал в излучающем и приемной первичных ЭМА преобразователях 3 и 4, согласуется с электронным блоком 5, включающем в себя источник питания 8, видеоконтрольное устройство 9, генератор 10 зондирующих импульсов, АЦП 11 и предусилитель 12. Видеоконтрольное устройство 9 выполнено в виде персонального компьютера со встроенным математическим сопроцессором.

Сканирующий дефектоскоп работает следующим образом.

При помещении на поверхность объекта 13 контроля, намагничивающая система 2 датчика 1 неразрушающего контроля, расположенного на раме шасси 6, создает постоянное подмагничивающее поле, направленное по нормали к поверхности объекта 13 контроля, которое так же притягивает сканирующий дефектоскоп к поверхности объекта 13 контроля и позволяет использовать всего два мотор-колеса 7.

С генератора 10 зондирующих импульсов посылают электрический сигнал на первичный излучающий ЭМА преобразователь 3, с помощью которого сигнал преобразуется в бегущую в металле поверхностную ультразвуковую волну Рэлея, которая, отражаясь от дефектов, преобразуется в электрический сигнал приемным ЭМА преобразователем 4. Этот сигнал поступает на вход предусилителя 12 и АЦП 11 электронного блока 5, а затем регистрируется видеоконтрольным устройством 9.

В процессе перемещения сканирующего дефектоскопа вдоль газо- или нефтепровода излучающий первичный ЭМА преобразователь 3 возбуждает акустические колебания, которые распространяются по стенке газо- или нефтепровода, отражаются от дефектов и продольных сварных швов и регистрируются приемным первичным ЭМА преобразователем 4. Полученный сигнал усиливается, оцифровывается и преобразуется в А-скан. При перемещении сканирующего дефектоскопа вдоль трубы (по образующей линии цилиндрической поверхности), полученный массив А-сканов объединяется в С-скан. Таким образом, контролируется весь основной металл газо- или нефтепровода всего за один проход сканирующего дефектоскопа вдоль трубы.

Сканирующий дефектоскоп позволяет с большей чувствительностью выявить дефекты потери металла и растрескивания в теле объекта контроля, например в теле трубы газо- и нефтепровода при увеличении диапазона измеряемых толщин стенок объекта контроля. Кроме того, процесс сканирования с помощью этого дефектоскопа осуществляется с высокой скоростью и в режиме реального времени.

1. Сканирующий дефектоскоп, включающий укрепленные на раме шасси датчик средств неразрушающего контроля с намагничивающей системой и излучающим и приемным первичными электромагнитно-акустическими преобразователями и электронный блок с предусилителем, источник питания, видеоконтрольное устройство, генератор зондирующих импульсов и АЦП, отличающийся тем, что намагничивающая система выполнена в виде сердечника в форме параллелепипеда из магнитомягкой стали, на каждой нерабочей поверхности которого установлен высокоэнергетичный магнит так, чтобы одноименные полюса магнитов были направлены внутрь сердечника, а на рабочей поверхности укреплены излучающий и приемный первичные электромагнитно-акустические преобразователи, при этом генератор зондирующих импульсов, видеоконтрольное устройство источник питания и АЦП размещены в электронном блоке и рама шасси установлена на двух мотор-колесах на расстоянии 10-20 мм от опорной поверхности этих колес.

2. Сканирующий дефектоскоп по п. 1, отличающийся тем, что сердечник намагничивающей системы датчика средств неразрушающего контроля может быть выполнен из пермендюра, беспримесного железа или любого другого материала с большой намагниченностью насыщения.

3. Сканирующий дефектоскоп по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сердечника намагничивающей системы датчика средств неразрушающего контроля может быть использован постоянный магнит с высокой величиной остаточной намагниченности и большой коэрцитивной силой.

4. Сканирующий дефектоскоп по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокоэнергетичного магнита может быть взят магнит NdFeB или SmCo.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству и эксплуатации магистральных трубопроводов и может быть использовано для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в трубопроводах, вызванных карстовыми провалами

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в металлургии, машиностроении и при контроле различных изделий (труб, листов, сварных соединений и др.) при монтаже и эксплуатации атомных и тепловых электростанций

Изобретение относится к устройствам для определения концентрации компонент промышленных газов и может быть применено в нефтегазовой, угольной, химической и других отраслях промышленности
Наверх