RU2149394C1 - Process and gear for ultrasonic diagnostics of pipes and pipe- lines - Google Patents
Process and gear for ultrasonic diagnostics of pipes and pipe- lines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2149394C1 RU2149394C1 RU99119241/28A RU99119241A RU2149394C1 RU 2149394 C1 RU2149394 C1 RU 2149394C1 RU 99119241/28 A RU99119241/28 A RU 99119241/28A RU 99119241 A RU99119241 A RU 99119241A RU 2149394 C1 RU2149394 C1 RU 2149394C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- ultrasonic
- pipe
- pairs
- pipes
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 210000002257 embryonic structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000001161 mammalian embryo Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ультразвуковой диагностике и может быть использовано при входном контроле труб, предназначенных для ответственных объектов, а также при обследовании эксплуатируемых в экстремальных условиях перегревательных труб парогенераторов, трубопроводов первого контура АЭС и других технологических трубопроводов, с ограниченными возможностями доступа для проведения обследования. The invention relates to ultrasound diagnostics and can be used for incoming inspection of pipes designed for critical facilities, as well as for inspection of steam generator generators, pipes of the primary circuit of nuclear power plants and other process pipelines operating under extreme conditions with limited access for inspection.
Известен способ ультразвукового контроля состояния труб, заключающийся в том, что в контролируемой трубе возбуждают импульсные ультразвуковые колебания, принимают отраженные сигналы и по ним судят о наличии дефектов, а для обеспечения контроля всего металла трубы, сканирование поверхности по периметру осуществляют вращением трубы вокруг оси таким образом, чтобы зона возбуждения УЗ колебаний перемещалась поперек трубы [1]. A known method of ultrasonic monitoring of the condition of the pipes, which consists in the fact that in the controlled pipe pulsed ultrasonic vibrations are excited, reflected signals are received and the presence of defects is judged by them, and to ensure that the entire metal of the pipe is controlled, the surface is scanned along the perimeter by rotating the pipe around its axis in such a way so that the excitation zone of the ultrasonic vibrations moves across the pipe [1].
Недостатками известного способа являются зависимость выявляемости дефектов от их ориентации и невозможность проведения контроля технологических трубопроводов, а также труб, имеющих внешнее изоляционное покрытие. The disadvantages of this method are the dependence of the detection of defects on their orientation and the inability to control technological pipelines, as well as pipes having an external insulating coating.
Общеизвестно большое количество вариантов устройств для ультразвукового контроля трубопроводов со стороны внутренней поверхности [2, 3, 4]. Известные устройства представляют собой диагностический снаряд, перемещаемый внутри контролируемого трубопровода потоком транспортируемого продукта. На корпусе диагностического снаряда установлены ультразвуковые преобразователи, соединенные в системы для выявления дефектов металла трубопроводов. It is well known a large number of device options for ultrasonic inspection of pipelines from the inner surface [2, 3, 4]. Known devices are a diagnostic projectile, moved inside a controlled pipeline by the flow of the transported product. Ultrasonic transducers are installed on the body of the diagnostic projectile, connected to systems for detecting defects in the metal of pipelines.
Во всех известных диагностических снарядах для контроля технологических и магистральных трубопроводов со стороны внутренней поверхности используется общеизвестный способ контроля, заключающийся во введении ультразвуковых колебаний в металл трубы узким пучком и приеме отраженных от несплошностей сигналов. Преобразователи вводят импульсы УЗ колебаний в материал контролируемого объекта через жидкий транспортируемый продукт, формируя ультразвуковые колебания нормальных или сдвиговых волн, распространяющихся в узком ограниченном секторе, угловые параметры которого определяются размерами пьезоэлемента, материалом и формой призмы или линзы. При этом диагностика всего объема металла трубы достигается применением акустических систем, содержащих большое количество излучающих и приемных преобразователей, располагаемых таким образом, чтобы перекрывались участки поверхности трубы, через которые вводят УЗ импульсы. Для обеспечения выявления разноориентированных дефектов применяют две и более подобных систем. При этом количество используемых ультразвуковых преобразователей, располагаемых под разными углами к оси трубы, может составлять 500 и более, что требует обеспечения определенной последовательности их работы для исключения взаимного влияния. In all known diagnostic shells, a well-known control method is used to control technological and trunk pipelines from the inner surface, which consists in introducing ultrasonic vibrations into the pipe metal in a narrow beam and receiving signals reflected from discontinuities. The transducers introduce pulses of ultrasonic vibrations into the material of the controlled object through the liquid transported product, forming ultrasonic vibrations of normal or shear waves propagating in a narrow limited sector, the angular parameters of which are determined by the size of the piezoelectric element, the material, and the shape of the prism or lens. In this case, the diagnosis of the entire volume of the pipe metal is achieved by the use of acoustic systems containing a large number of emitting and receiving transducers arranged so that sections of the pipe surface are blocked through which ultrasonic pulses are introduced. To ensure the identification of misoriented defects, two or more similar systems are used. The number of ultrasonic transducers used, located at different angles to the pipe axis, can be 500 or more, which requires a certain sequence of their work to eliminate mutual influence.
Недостатки известных способов и устройств очевидны: низкая достоверность контроля, определяемая малой информативностью сигналов и зависимостью выявляемости дефектов от их ориентации, большое энергопотребление, сложность аппаратурной и конструктивной реализации и малый диапазон диаметров контролируемых трубопроводов (не более 20% от номинального). Кроме того, такие устройства не пригодны для диагностики труб малого диаметра. The disadvantages of the known methods and devices are obvious: the low reliability of the control, determined by the low information content of the signals and the dependence of the detection of defects on their orientation, high energy consumption, the complexity of the hardware and design and a small diameter range of controlled pipelines (not more than 20% of the nominal). In addition, such devices are not suitable for the diagnosis of pipes of small diameter.
Известны малогабаритные устройства для дефектоскопии труб малого диаметра, реализующие известные способы контроля узким ультразвуковым лучом со сканированием [5, 6]. Known small-sized devices for flaw detection of pipes of small diameter, implementing the known methods of monitoring a narrow ultrasonic beam with scanning [5, 6].
Недостатки таких устройств заложены в способах, реализуемых ими: низкая достоверность результатов контроля вследствие зависимости выявляемости дефектов от их ориентации по отношению к направленности приемно-излучающих систем и низкая производительность. The disadvantages of such devices are embodied in the methods implemented by them: low reliability of the monitoring results due to the dependence of the detectability of defects on their orientation with respect to the orientation of the receiving-emitting systems and low productivity.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для ультразвукового контроля трубопроводов, содержащее закрепленный на транспортирующем модуле приемно-излучающий ультразвуковой преобразователь, состоящий из установленных в корпусе пьезоэлемента, акустически и механически связанного с ним демпфера и отражателя ультразвуковых волн, выполненного в виде тела вращения и установленного в корпусе преобразователя с излучающей стороны пьезоэлемента соосно последнему [7]. В приемно-излучающем ультразвуковом преобразователе этого известного устройства пьезопреобразователь выполнен из большого количества акустически не связанных между собой пьезоэлементов в виде сегментов, образующих плоское, коническое или иной формы кольцо. Такая конструкция позволяет осуществлять сканирование всей поверхности трубы. При этом возможно одновременное излучение ультразвуковых колебаний всеми сегментами сразу с последовательным или параллельным анализом принимаемых сигналов. Это устройство принято за прототип заявляемого. Closest to the claimed is a device for ultrasonic monitoring of pipelines, containing a receiving-emitting ultrasonic transducer mounted on the transporting module, consisting of a piezoelectric element mounted in the housing, an acoustic and mechanically connected damper and an ultrasonic wave reflector, made in the form of a body of revolution and mounted in the housing the transducer on the radiating side of the piezoelectric element is aligned with the last [7]. In the receiving-emitting ultrasonic transducer of this known device, the piezoelectric transducer is made of a large number of piezoelectric elements that are not acoustically interconnected in the form of segments that form a flat, conical or other form of ring. This design allows you to scan the entire surface of the pipe. In this case, simultaneous emission of ultrasonic vibrations by all segments at once with sequential or parallel analysis of received signals is possible. This device is taken as a prototype of the claimed.
Основной недостаток этого и других известных устройств заключается в невозможности выявления плоскостных дефектов, ориентированных вдоль направления распространения ультразвуковых колебаний, что обусловлено применяемой методикой последовательного или параллельного "просмотра" материала трубы в узком секторе, определяемом диаграммой направленности ультразвуковых преобразователей. Дело в том, что даже при одновременном излучении ультразвуковых колебаний всеми пьезоэлементами преобразователя известного устройства, амплитуда и фаза формируемого ультразвукового поля меняются по фронту с периодичностью, определяемой количеством сегментов составного пьезоэлемента, т. е. результирующая диаграмма направленности излучателя представляет собой многолепестковую розетку. Кроме того, использование большого количества приемно-излучающих пьезоэлементов, необходимого для достижения требуемой разрешающей способности контроля, вынуждает размещать их по поверхности круга или конуса с диаметром, близким к величине диаметра трубы, что резко снижает диапазон контролируемых одним устройством труб, а также значительно усложняет настройку акустических систем и снижает достоверность результатов контроля вследствие появления большого количества боковых лепестков в результирующей диаграмме направленности излучения-приема. The main disadvantage of this and other known devices is the inability to detect planar defects oriented along the direction of propagation of ultrasonic vibrations, which is due to the applied method of sequential or parallel "viewing" of the pipe material in a narrow sector, determined by the radiation pattern of ultrasonic transducers. The fact is that even with the simultaneous emission of ultrasonic vibrations by all the piezoelectric elements of the transducer of the known device, the amplitude and phase of the generated ultrasonic field change along the front with a frequency determined by the number of segments of the composite piezoelectric element, i.e., the resulting radiation pattern of the emitter is a multi-lobe outlet. In addition, the use of a large number of receiving-emitting piezoelectric elements necessary to achieve the required resolution of control forces them to be placed on the surface of a circle or cone with a diameter close to the diameter of the pipe, which sharply reduces the range of pipes controlled by one device, and also significantly complicates the setup acoustic systems and reduces the reliability of control results due to the appearance of a large number of side lobes in the resulting radiation pattern reception.
Таким образом, ни одно из известных ультразвуковых устройств, реализующих традиционные способы контроля, не может создать в металле трубы равномерное по интенсивности ультразвуковое поле, синфазное по окружности поперечного сечения трубы, что существенно упростило бы решение многих задач диагностики. Thus, none of the known ultrasonic devices that implement traditional control methods can create an ultrasonic field uniform in intensity and in phase in phase with the pipe cross-section, which would greatly simplify the solution of many diagnostic problems.
Способом, наиболее близким к заявляемому, является известный способ ультразвукового контроля труб и трубопроводов, заключающийся в том, что в контролируемой трубе со стороны внутренней поверхности через жидкий транспортируемый продукт возбуждают импульсы УЗ колебаний в виде синфазной осесимметричной, замкнутой по окружности осевого сечении трубы волны, состоящей из сдвиговой и нормальной компонент; принимают прошедшие в материале трубы и постоянно переизлучаемые вдоль трубы пары импульсов и одиночные, локально переизлучаемые импульсы; измеряют амплитуды одиночного импульса и импульсов в парах, времена прихода первых импульсов в парах и временные интервалы между импульсами в парах и по измеренным параметрам судят о наличии дефектов и состоянии трубы [8]. Этот способ позволяет обнаруживать в стенках трубы дефекты с любой пространственной ориентацией и определять геометрические параметры трубы. The method closest to the claimed one is the known method of ultrasonic testing of pipes and pipelines, which consists in the fact that in a controlled pipe from the side of the inner surface, pulses of ultrasonic vibrations are excited through a liquid transported product in the form of an in-phase axisymmetric waveguide closed around the circumference of the pipe, consisting of from shear and normal components; receive transmitted in the pipe material and constantly re-emitted along the pipe pairs of pulses and single, locally re-emitted pulses; the amplitudes of a single pulse and pulses in pairs are measured, the arrival times of the first pulses in pairs and the time intervals between pulses in pairs and by the measured parameters judge the presence of defects and the condition of the pipe [8]. This method allows to detect defects in the walls of the pipe with any spatial orientation and determine the geometric parameters of the pipe.
Однако этот способ, имеющий существенные преимущества по сравнению с другими способами, не позволяет обнаруживать "зародыши" дефектов, быстро развивающиеся в условиях эксплуатации и являющиеся причиной внезапных разрушений, бездефектных по результатам традиционных методов контроля труб и трубопроводов. However, this method, which has significant advantages in comparison with other methods, does not allow detecting “embryos” of defects that rapidly develop under operating conditions and are the cause of sudden failures that are defect-free according to the results of traditional methods for monitoring pipes and pipelines.
Особую опасность представляют объекты, у которых приблизился, а в ряде случаев уже наступил срок предполагаемого физического износа оборудования. Для таких объектов острейшую актуальность приобретают методы определения остаточного ресурса, с целью безопасного продления срока их эксплуатации в реальных условиях, часто приводящих к непредсказуемым изменениям свойств материала. Как показывает практика, гарантировать безопасность эксплуатации таких объектов по результатам, полученным с применением только традиционных средств дефектоскопии, невозможно [9]. Дело в том, что дефектоскопия выявляет уже возникшие дефекты материала. Но дефекты - это конечная стадия деградации материала, и часто время, оставшееся до разрушения конструкции, оказывается слишком малым для предотвращения катастрофы, так как процесс "подрастания" дефектов деградирующего материала в условиях эксплуатации слабо изучен и часто развивается лавинообразно. А если взять усталостные разрушения, то и вовсе нельзя говорить о наличии дефектов в общепринятом смысле. Of particular danger are objects that have come close, and in some cases the time has already come for the expected physical deterioration of the equipment. For such objects, the methods of determining the residual resource are gaining urgency in order to safely extend their life in real conditions, often leading to unpredictable changes in the properties of the material. As practice shows, it is impossible to guarantee the safe operation of such facilities according to results obtained using only traditional flaw detection tools [9]. The fact is that flaw detection reveals material defects that have already occurred. But defects are the final stage of degradation of the material, and often the time remaining before the destruction of the structure is too short to prevent a catastrophe, since the process of “growing” defects of the degrading material under operating conditions is poorly studied and often develops like an avalanche. And if we take fatigue damage, then it is completely impossible to talk about the presence of defects in the generally accepted sense.
Кроме того, в процессе монтажа или эксплуатации трубопроводов могут возникать локальные тепловые или механические деформации трубы, а также не предусмотренные проектом провисания трубопроводов, вызывающие значительные механические напряжения, не учтенные расчетами конструкции на прочность и приводящие к интенсивным локальным изменениям свойств материала, обуславливающим появление значительного скопления дислокаций - "зародыша" дефекта. Особенно опасны локальные изгибные напряжения, характеризующиеся сменой знака напряжений и большим градиентом на ограниченном участке трубы. Отсутствие информации об участках с аномальными напряжениями не дает возможности правильно прогнозировать ресурс безопасной эксплуатации трубопроводов вследствие низкой достоверности определения степени опасности обнаруженных дефектов, не говоря уже о "зародышах" потенциально опасных дефектов. Все это существенно снижает эффективность результатов дорогостоящей диагностики трубопроводов. In addition, during the installation or operation of pipelines, local thermal or mechanical deformations of the pipe can occur, as well as pipe sagging not provided for in the project, causing significant mechanical stresses, not taken into account by structural calculations for strength and leading to intense local changes in material properties, leading to the occurrence of significant accumulation dislocations - the "embryo" of the defect. Local bending stresses are especially dangerous, characterized by a change in the sign of stresses and a large gradient in a limited section of the pipe. The lack of information about areas with abnormal voltages does not make it possible to correctly predict the resource for safe operation of pipelines due to the low reliability of determining the degree of danger of detected defects, not to mention the “seeds” of potentially dangerous defects. All this significantly reduces the effectiveness of the results of expensive piping diagnostics.
Главной задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности диагностики трубопроводов за счет обнаружения "зародышей" будущих дефектов, обусловленных аномалиями структуры материала, возникшими на стадии изготовления трубы или трубопровода в результате нарушения технологии, а также "зародышей" дефектов, обусловленных усталостной, термической или механической поврежденностью материала трубы и процессами деградации материала при длительной эксплуатации объекта. The main task solved by the present invention is to increase the efficiency of pipeline diagnostics by detecting "nuclei" of future defects caused by anomalies in the structure of the material arising at the stage of manufacturing a pipe or pipeline as a result of a violation of technology, as well as "nuclei" of defects due to fatigue, thermal or mechanical damage to the pipe material and the degradation processes of the material during long-term operation of the facility.
Дополнительной, но важной задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является оценка изгибных напряжений, возникших в трубопроводе в процессе его монтажа или развившихся при его эксплуатации. An additional but important task to be solved by the present invention is the assessment of bending stresses arising in the pipeline during its installation or developed during its operation.
Второй задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства, реализующего разработанный способ диагностики труб и трубопроводов и обеспечивающего при этом возможность простой и быстрой перестройки ультразвукового устройства при диагностике труб различных диаметров в широком диапазоне, при одновременном упрощении конструктивного выполнения акустической системы внутритрубного диагностического снаряда. The second task, which the invention is directed to, is to create a device that implements the developed method for diagnosing pipes and pipelines and while providing the possibility of simple and quick adjustment of the ultrasonic device for the diagnosis of pipes of various diameters in a wide range, while simplifying the design of the acoustic system of the in-line diagnostic shell.
Известно упоминание возможности выявления любых аномалий в стенках трубопровода [10] . Однако там речь идет об аномалиях толщины стенки или качества поверхности трубы, т.е. о поверхностных дефектах, обнаруживаемых по изменению направления отражения УЗ импульсов. It is known to mention the possibility of detecting any anomalies in the walls of the pipeline [10]. However, it refers to anomalies in wall thickness or pipe surface quality, i.e. surface defects detected by a change in the direction of reflection of ultrasonic pulses.
Известны попытки прогнозирования нарушения целостности элементов конструкций [11]. Этот способ основан на создании магнитного поля вокруг вращающихся элементов контролируемого объекта, непрерывном измерении амплитуды и частоты ЭДС индукции переменного магнитного поля, наводимого в деталях объекта, и выявлении отличий этих характеристик от аналогичных характеристик, полученных на бездефектном объекте. Оценку состояния контролируемого объекта проводят по результатам сравнения характеристик. Known attempts to predict the violation of the integrity of structural elements [11]. This method is based on creating a magnetic field around the rotating elements of the controlled object, continuously measuring the amplitude and frequency of the EMF of the induction of an alternating magnetic field induced in the details of the object, and identifying the differences between these characteristics and similar characteristics obtained on a defect-free object. Assessment of the state of the controlled object is carried out according to the results of comparison of characteristics.
Совершенно очевидно, что такой способ неприменим для диагностики труб. Кроме того, существенным недостатком этого способа является необходимость сравнения исследуемого объекта с заведомо бездефектным, который работал бы параллельно с исследуемым, что практически невозможно. It is obvious that this method is not applicable for pipe diagnostics. In addition, a significant drawback of this method is the need to compare the investigated object with a defect that would certainly work in parallel with the studied, which is almost impossible.
Известен также акустический способ обнаружения вновь образованных или растущих трещин, основанный на введении ультразвуковых колебаний в контролируемый объект с помощью постоянно закрепленного на нем излучающего преобразователя и регистрации любых изменений формы сигналов, поступающих на так же постоянно закрепленный приемный преобразователь [12]. В основе этого способа лежит регистрация изменений формы сигналов, которые происходят в результате сложения, по меньшей мере, двух сигналов: прошедшего от излучающего преобразователя до приемного по прямому пути и по ломаному пути с отражением от вновь появившегося дефекта, расположенного в области распространения ультразвуковых колебаний. Следовательно, зародыши дефектов, обусловленные усталостной поврежденностью материала или его деградацией, не являющиеся несплошностью и не дающие отражений, не могут быть выявлены таким способом. Кроме того, необходимость постоянного закрепления преобразователей исключает возможность применения такого способа для решения поставленных задач. There is also an acoustic method for detecting newly formed or growing cracks, based on the introduction of ultrasonic vibrations into a controlled object using a permanently fixed emitting transducer on it and registration of any changes in the shape of the signals arriving at the same constantly fixed receiving transducer [12]. The basis of this method is the registration of changes in the shape of the signals that occur as a result of the addition of at least two signals: transmitted from the emitting transducer to the receiving along a direct path and along a broken path with reflection from a newly appeared defect located in the region of propagation of ultrasonic vibrations. Therefore, the nuclei of defects caused by fatigue damage of the material or its degradation, which are not a discontinuity and do not give reflections, cannot be detected in this way. In addition, the need for permanent fastening of the converters eliminates the possibility of using this method to solve the tasks.
Решение главной задачи достигается тем, что в способе ультразвукового контроля труб и трубопроводов, заключающемся в том, что в контролируемой трубе со стороны внутренней поверхности через жидкий транспортируемый продукт возбуждают импульсы УЗ колебаний в виде синфазной осесимметричной, замкнутой по окружности в поперечном сечении трубы волны, состоящей из нормальной и сдвиговых компонент; принимают прошедшие в материале трубы и постоянно переизлучаемые вдоль трубы пары импульсов и одиночные, локально переизлучаемые импульсы; измеряют амплитуды одиночного импульса и импульсов в парах, времена прихода первых импульсов в парах и временные интервалы между импульсами в парах и по измеренным параметрам судят о наличии дефектов и состоянии трубы, дополнительно измеряют длительности каждого импульса в парах и вычисляют отношения длительностей импульсов к временному интервалу между импульсами в парах, по которым определяют наличие аномальной зоны, являющейся зародышем будущего дефекта. The solution to the main problem is achieved by the fact that in the method of ultrasonic testing of pipes and pipelines, which consists in the fact that in the controlled pipe from the side of the inner surface, pulses of ultrasonic vibrations are excited through the liquid transported product in the form of an axisymmetric in-phase, wave closed in circumference in the cross section of the pipe, consisting from normal and shear components; receive transmitted in the pipe material and constantly re-emitted along the pipe pairs of pulses and single, locally re-emitted pulses; the amplitudes of a single pulse and pulses in pairs are measured, the arrival times of the first pulses in pairs and the time intervals between pulses in pairs and by the measured parameters are judged on the presence of defects and the condition of the pipe, additionally measure the duration of each pulse in pairs and calculate the ratio of pulse durations to the time interval between pulses in pairs, which determine the presence of an anomalous zone, which is the nucleus of a future defect.
Кроме того, дополнительно измеряют частоты ультразвуковых колебаний в каждом импульсе в парах, вычисляют разности частот импульсов в парах и отношения разности частот импульсов в парах к разности длительностей этих импульсов, по которым определяют характер и степень опасности аномальной зоны - зарождающегося дефекта. In addition, the frequencies of ultrasonic vibrations in each pulse in pairs are additionally measured, the differences in the frequencies of the pulses in pairs and the ratio of the difference in the frequencies of the pulses in pairs to the difference in the durations of these pulses are calculated, which determine the nature and degree of danger of the anomalous zone - the emerging defect.
При этом прием ультразвуковых импульсов в парах осуществляют общим приемным преобразователем или несколькими преобразователями и сравнивают параметры сигналов, принятых соседними преобразователями, а по разнице параметров судят о размерах аномальной зоны. In this case, the reception of ultrasonic pulses in pairs is carried out by a common receiving transducer or several transducers and the parameters of the signals received by adjacent transducers are compared, and the size of the anomalous zone is judged by the difference in parameters.
Кроме того, сравнивают параметры сигналов, принятых диаметрально противоположно расположенными преобразователями, а по разнице параметров судят о наличии изгибных напряжений. In addition, the parameters of signals received by diametrically opposed transducers are compared, and the presence of bending stresses is judged by the difference in parameters.
Технический результат решения поставленных задач достигается использованием устройства, реализующего свойства осесимметричных ультразвуковых полей. The technical result of solving the tasks is achieved using a device that implements the properties of axisymmetric ultrasonic fields.
Конструктивное решение поставленных задач достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой диагностики труб и трубопроводов, содержащем закрепленный на транспортирующем модуле приемно-излучающий ультразвуковой преобразователь, состоящий из корпуса и установленных в нем пьезоэлемента, акустически и механически связанного с ним демпфера и отражателя ультразвуковых волн, выполненного в виде тела вращения и расположенного с излучающей стороны пьезоэлемента соосно последнему, пьезоэлемент приемно-излучающего преобразователя выполнен в виде монолитного плоского кольца, а отражатель установлен в корпусе приемно-излучающего преобразователя на выдвижной штанге, проходящей через сопряженные с ней по диаметру осевые цилиндрические отверстия в корпусе и других элементах приемно-излучающего преобразователя, с возможностью осевых перемещений. A constructive solution of the tasks is achieved by the fact that in the device for ultrasonic diagnostics of pipes and pipelines containing a receiving-emitting ultrasonic transducer mounted on the transporting module, consisting of a body and a piezoelectric element installed in it, an acoustic and mechanically connected damper and an ultrasonic wave reflector, made in the form of a body of revolution and located on the radiating side of the piezoelectric element coaxial to the last, the piezoelectric element of the receiving-emitting transducer flax in the form of a monolithic flat ring, and the reflector is mounted in the housing of the receiving-emitting transducer on a pull-out rod passing through axial cylindrical holes mating with it in diameter in the housing and other elements of the receiving-emitting transducer, with the possibility of axial movements.
Кроме того, устройство для ультразвуковой диагностики труб и трубопроводов дополнительно снабжено отдельным приемным преобразователем, конструктивно выполненным в виде цилиндрической обечайки, неподвижно закрепленной на внешней цилиндрической поверхности корпуса приемно-излучающего преобразователя. In addition, the device for ultrasonic diagnostics of pipes and pipelines is additionally equipped with a separate receiving transducer, structurally made in the form of a cylindrical shell fixedly mounted on the outer cylindrical surface of the housing of the receiving-emitting transducer.
При этом сам корпус приемно-излучающего преобразователя вместе с закрепленной на нем обечайкой отдельного приемного преобразователя и выдвижной штангой отражателя установлен в корпусе транспортирующего модуля осесимметрично последнему с возможностью осевых перемещений. In this case, the housing of the receiving-emitting transducer together with the shell of the separate receiving transducer and the retractable rod of the reflector is mounted in the housing of the transporting module axisymmetrically to the latter with the possibility of axial movements.
Кроме того, устройство для ультразвуковой диагностики труб и трубопроводов дополнительно снабжено другим отдельным приемным преобразователем, конструктивно выполненным в виде усеченного конуса с осесимметричной цилиндрической полостью, и неподвижно закрепленного на внешней цилиндрической поверхности корпуса транспортирующего модуля. In addition, the device for ultrasonic diagnostics of pipes and pipelines is additionally equipped with another separate receiving transducer, structurally made in the form of a truncated cone with an axisymmetric cylindrical cavity, and fixedly mounted on the outer cylindrical surface of the housing of the conveying module.
Кроме того, в устройстве для ультразвуковой диагностики труб и трубопроводов один или каждый из дополнительных приемных преобразователей выполнен из акустически и электрически изолированных друг от друга пьезоэлементов. In addition, in the device for ultrasonic diagnostics of pipes and pipelines, one or each of the additional receiving transducers is made of piezoelectric elements that are acoustically and electrically isolated from each other.
Сущность предлагаемого способа заключается в использовании УЗ поля коаксиальных волн [13] , обладающего более широкими информативными возможностями, и может быть пояснена описанием варианта устройства для его реализации. The essence of the proposed method is to use the ultrasonic field of coaxial waves [13], which has wider informative capabilities, and can be explained by the description of a variant of the device for its implementation.
На фиг. 1-7 показаны вариант реализации способа и схемы, поясняющие принципы, используемые в предлагаемом способе ультразвуковой диагностики труб. In FIG. 1-7, an embodiment of a method and a diagram illustrating the principles used in the proposed method for ultrasonic pipe diagnostics is shown.
На фиг. 1 представлен фрагмент конструкции внутритрубного диагностического снаряда с одним из возможных вариантов ультразвукового устройства для обследования металла трубопроводов, заполненных жидким транспортируемым продуктом; на фиг. 2 - чертеж осевого сечения трубы, показывающий пути распространения ультразвуковых колебаний и поясняющий расчеты углов конусов отражателя и отдельного приемного преобразователя импульсов в парах; на фиг. 3 - схема, поясняющая особенности распространения поля коаксиальной волны в стенках трубы; на фиг. 4 - развертки сечения трубы, поясняющие процесс разрушения коаксиальной волны и принцип выявления аномальных по состоянию металла зон и изгибных напряжений; на фиг. 5 - временной вид импульсов в парах; на фиг. 6 - пример графиков зависимости изменения частот импульсов в парах от механических напряжений; на фиг. 7 - пример графиков зависимости коэффициентов длительности импульсов от механических напряжений. In FIG. 1 shows a fragment of the design of an in-line diagnostic projectile with one of the possible options for an ultrasonic device for examining metal pipelines filled with liquid transported product; in FIG. 2 is a drawing of an axial section of a pipe showing the propagation paths of ultrasonic vibrations and explaining the calculations of the angles of the cones of the reflector and the individual receiving pulse transducer in pairs; in FIG. 3 is a diagram explaining the propagation features of a coaxial wave field in pipe walls; in FIG. 4 - scan of the pipe section, explaining the process of destruction of the coaxial wave and the principle of identifying anomalous metal zones and bending stresses; in FIG. 5 is a time view of pulses in pairs; in FIG. 6 is an example of graphs of the dependence of the change in pulse frequencies in pairs on mechanical stresses; in FIG. 7 is an example of graphs of the dependence of the pulse duration coefficients on mechanical stresses.
Излучатель коаксиальной волны (фиг. 1) состоит из плоского кольцевого пьезоэлемента - 1 и акустически связанного с ним демпфера - 2, закрепленных в корпусе - 3 преобразователя. На оси, проходящей через центровое отверстие в корпусе преобразователя, установлен отражатель - 4. После излучения импульса, излучающий преобразователь становится приемным преобразователем отраженных от дефекта сигналов. Прием одиночных импульсов - сигналов, образованных переизлучаемой дефектами коаксиальной волной, осуществляется отдельным приемным преобразователем - 5, конструктивно выполненным в виде охватывающей корпус приемно-излучающего преобразователя обечайки. Отдельный приемный преобразователь - 5 может быть выполнен одноканальным, имея один общий пьезоэлемент, например в виде тонкостенного цилиндра, или многоканальным. В многоканальном варианте приемный преобразователь состоит из акустически и электрически изолированных друг от друга пьезоэлементов. Для определения состояния материала трубы по параметрам импульсов в парах применяется другой отдельный приемный преобразователь - 6, который также может быть выполнен одноканальным или многоканальным. В многоканальном варианте приемный преобразователь состоит из акустически и электрически изолированных друг от друга пьезоэлементов, закрепленных в общем корпусе так, чтобы наилучшим образом выполнялись условия приема переизлученных сигналов. В частности, могут быть использованы сегменты плоских пьезопластин, закрепленных на демпфере в виде расположенного соосно контролируемой трубе конуса с определенным углом при вершине. Весь отдельный приемный преобразователь - 6 крепится на корпусе - 7 транспортирующего модуля диагностического снаряда, который в процессе контроля трубопровода перемещается внутри трубы - 8 потоком транспортируемого продукта - 9, или другим способом. Упругие манжеты - 10 обеспечивают центрирование всего снаряда и ультразвукового устройства относительно оси трубы. The coaxial wave emitter (Fig. 1) consists of a flat annular piezoelectric element - 1 and an acoustically connected damper - 2, fixed in the housing - 3 transducers. A reflector - 4 is installed on the axis passing through the center hole in the transducer housing. After emitting a pulse, the radiating transducer becomes a receiving transducer of signals reflected from the defect. Reception of single pulses - signals formed by the re-emitted defects by the coaxial wave is carried out by a separate receiving transducer - 5, structurally made in the form of a shell-receiving-emitting transducer of the shell. A separate receiving transducer - 5 can be made single-channel, having one common piezoelectric element, for example in the form of a thin-walled cylinder, or multi-channel. In a multi-channel embodiment, the receiving transducer consists of piezoelectric elements that are acoustically and electrically isolated from each other. To determine the state of the pipe material by the parameters of the pulses in pairs, another separate receiving transducer, 6, is used, which can also be made single-channel or multi-channel. In the multi-channel version, the receiving transducer consists of piezoelectric elements acoustically and electrically isolated from each other, mounted in a common housing so that the conditions for receiving re-emitted signals are best fulfilled. In particular, segments of flat piezoelectric plates mounted on a damper in the form of a cone located coaxially controlled pipe with a certain angle at the apex can be used. The entire separate receiving transducer - 6 is mounted on the housing - 7 of the transporting module of the diagnostic projectile, which during the control of the pipeline moves inside the pipe - 8 by the flow of the transported product - 9, or in another way. Elastic cuffs - 10 provide centering of the entire projectile and ultrasonic device relative to the axis of the pipe.
Для обеспечения перестройки ультразвукового диагностического устройства при значительном изменении диаметра контролируемых труб, отражатель - 4 установлен в корпусе - 3 приемно-излучающего преобразователя на выдвижной штанге - 11, проходящей через сопряженные с ней по диаметру осевые цилиндрические отверстия в корпусе и других элементах приемно-излучающего преобразователя, с возможностью осевых перемещений. При этом сам корпус - 3 приемно-излучающего преобразователя вместе с закрепленной на нем обечайкой отдельного приемного преобразователя - 5 и выдвижной штангой отражателя - 11 установлен стороной, противоположной излучающему пьезоэлементу, в корпусе транспортирующего модуля - 7 осесимметрично последнему, с возможностью осевых перемещений. To ensure the adjustment of the ultrasonic diagnostic device with a significant change in the diameter of the monitored pipes, a reflector - 4 is installed in the housing - 3 receiving and emitting transducers on a retractable rod - 11 passing through axial cylindrical holes connected to it in diameter in the housing and other elements of the receiving and emitting transducer , with the possibility of axial movements. In this case, the case itself - 3 receiving-emitting transducers together with the shell of a separate receiving transducer - 5 and the retractable rod of the reflector - 11 is installed side opposite the radiating piezoelectric element, in the case of the transporting module - 7 is axisymmetric to the latter, with the possibility of axial movements.
При переходе на диагностику трубы другого диаметра, отражатель - 4, снабженный выдвижной штангой - 11, и приемно-излучающий преобразователь с обечайкой отдельного приемного преобразователя - 5, закрепленной на цилиндрическом корпусе - 3, перемещают так, чтобы выполнялись условия (см. фиг. 1, 2), при которых нормаль к поверхности трубы в точке отражения акустической оси излучателя от наружной поверхности стенки трубы проходила через середину отдельного приемного преобразователя - 5, а акустическая ось переизлученных УЗ колебаний проходила через центральную область другого отдельного приемного преобразователя - 6. When switching to pipe diagnostics of a different diameter, the reflector - 4, equipped with a retractable rod - 11, and the receiving-emitting transducer with the shell of a separate receiving transducer - 5, mounted on a cylindrical body - 3, are moved so that the conditions are met (see Fig. 1 , 2) in which the normal to the pipe surface at the point of reflection of the acoustic axis of the emitter from the outer surface of the pipe wall passed through the middle of a separate receiving transducer - 5, and the acoustic axis of the reradiated ultrasonic vibrations passed through the central region of another separate receiving transducer is 6.
Геометрические формы (конус, эллипсоид или гиперболоид) и размеры отражателя определяются применяемой методикой ультразвукового контроля и акустическими свойствами транспортируемого трубопроводом продукта. The geometric shapes (cone, ellipsoid or hyperboloid) and the dimensions of the reflector are determined by the applied ultrasonic testing technique and the acoustic properties of the product transported by the pipeline.
Поскольку излучающий кольцевой пьезоэлемент и отражатель расположены соосно трубе, отраженное ультразвуковое поле, распространяющееся в пространстве в виде расширяющегося кольца, синфазно падает под заданным углом на внутреннюю стенку трубы с одинаковой интенсивностью по окружности. Причем в любом осевом сечении (см. фиг. 2) углы падения ультразвуковой волны на поверхность трубы будут одинаковыми. Since the radiating piezoelectric element and the reflector are coaxial to the tube, the reflected ultrasonic field propagating in space in the form of an expanding ring, in-phase drops at a given angle on the inner wall of the tube with the same intensity around the circumference. Moreover, in any axial section (see Fig. 2), the angles of incidence of the ultrasonic wave on the pipe surface will be the same.
Из чертежа хода УЗ лучей (см. фиг. 2) после несложных рассуждений можно видеть, что угол - 14 - угол раствора конуса отражателя равен: 90o-β, a угол -15 - угол раствора конуса отдельного приемного блока равен: 90o-2β.
При этом угол β - угол падения УЗ волны на поверхность отражателя определяется применяемой методикой контроля и соотношением:
где Cс - скорость ультразвуковых колебаний в жидкой среде;
Cт - скорость ультразвуковых колебаний в материале трубы;
α - заданный условиями контроля угол ввода.From the drawing of the course of ultrasound rays (see Fig. 2) after a simple discussion, we can see that the angle - 14 - the angle of the cone of the reflector is: 90 o -β, and the angle -15 - the angle of the cone of a separate receiving unit is: 90 o - 2β.
The angle β is the angle of incidence of the ultrasonic wave on the reflector surface is determined by the applied monitoring technique and the ratio:
where C with - the speed of ultrasonic vibrations in a liquid medium;
C t - the speed of ultrasonic vibrations in the pipe material;
α is the input angle specified by the control conditions.
Способ ультразвуковой диагностики труб и трубопроводов реализуется предлагаемым устройством следующим образом (фиг. 1 и 2). The method of ultrasonic diagnosis of pipes and pipelines is implemented by the proposed device as follows (Fig. 1 and 2).
Ультразвуковая волна, излученная плоским кольцевым пьезоэлементом - 1 в виде осесимметричного кольца, распространяясь плоскопараллельно поверхности пьезоэлемента, падает на отражатель - 4, который под заданным углом отражает ее в сторону поверхности трубы так, что дальнейшее ее распространение происходит в тороидальном объеме, заключенном между двумя виртуальными соосными коническими поверхностями. При этом расстояние между поверхностями может увеличиваться по мере удаления от отражателя, в случае выполнения его в виде конуса; уменьшаться (фокусирование) при выполнении отражателя в виде эллипсоида и расположения пьезоэлемента на одной из фокальных окружностей эллипсоида; оставаться постоянным при выполнении отражателя в виде гиперболоида. An ultrasonic wave emitted by a flat annular piezoelectric element - 1 in the form of an axisymmetric ring, propagating plane-parallel to the surface of the piezoelectric element, falls on a reflector - 4, which at a given angle reflects it toward the pipe surface so that its further propagation occurs in a toroidal volume enclosed between two virtual coaxial conical surfaces. In this case, the distance between the surfaces may increase with distance from the reflector, if it is made in the form of a cone; decrease (focusing) when the reflector is made in the form of an ellipsoid and the location of the piezoelectric element on one of the focal circles of the ellipsoid; remain constant when the reflector is in the form of a hyperboloid.
Прошедшая в стенки трубы - 8 ультразвуковая волна (см. фиг. 3), называемая коаксиальной, представляет собой комбинацию нормальной и двух сдвиговых компонент, создающих в материале трубы колебания ультразвукового давления, векторы которых направлены:
- для нормальной компоненты - 16 - под углом ввода в плоскостях осевых сечений трубы (для упрощения, на чертеже вектор нормальной компоненты представлен только одной осевой проекцией);
- для окружной сдвиговой компоненты - 17 - по концентрическим окружностям в плоскостях сечения, перпендикулярных оси трубы;
- для радиальной сдвиговой компоненты - 18 - по радиусу или по толщине стенки трубы в тех же плоскостях сечения трубы.The ultrasonic wave that passed into the pipe walls — 8 (see FIG. 3), called coaxial — is a combination of the normal and two shear components that create ultrasonic pressure oscillations in the pipe material, whose vectors are directed:
- for the normal component - 16 - at an angle of entry in the planes of the axial sections of the pipe (for simplicity, in the drawing, the vector of the normal component is represented by only one axial projection);
- for the circumferential shear component - 17 - along concentric circles in the section planes perpendicular to the pipe axis;
- for the radial shear component - 18 - along the radius or thickness of the pipe wall in the same pipe section planes.
При однородности материала по сечению и длине трубы и отсутствии дефектов (см. фиг. 3 и 4а) все компоненты коаксиальной волны синфазно и с одинаковыми для каждого типа компоненты амплитудами ультразвукового давления распространяются вдоль трубы. При этом возможны только толщинные колебания - 18, приводящие к переизлучению коаксиальной волны в жидкость в виде пары следующих друг за другом импульсов, один из которых обусловлен переизлучением нормальной компоненты, а другой - радиальной сдвиговой (см. фиг. 5, где импульсы показаны совмещенными, для подчеркивания различия их параметров). Окружные колебания, т.е. смещения частиц по окружности трубы, отсутствуют, так как соседние участки находятся в одинаковых условиях и напряжения - 17, создаваемые распространяющейся в трубе окружной сдвиговой компонентой коаксиальной волны, оказываются взаимно уравновешенными, т. е. деформация элементарных объемов по окружности практически равна нулю. Нереализованные окружные напряжения сдвиговой компоненты находят выход в усилении толщинных колебаний стенок трубы, являющихся источником переизлучения УЗ энергии коаксиальной волны в виде вторичной коаксиальной волны, распространяющейся в жидкой среде, занимая объем, ограниченный виртуальными коническими поверхностями, в сторону их вершин, где установлен другой отдельный приемный преобразователь - 6, используемый для каналов определения состояния материала трубы. Сигналы, принятые этим отдельным приемным преобразователем, регистрируются в виде вышеупомянутой пары импульсов. При этом времена прихода импульсов пары состоят из двух составляющих, одна из которых одинакова для обоих импульсов и пропорциональна отношению диаметра трубы к скорости ультразвуковых колебаний в жидкости, а вторая - пропорциональна отношению толщины стенки трубы к скорости нормальной составляющей коаксиальной волны в материале трубы - для одного импульса и пропорциональна отношению толщины стенки трубы к скорости сдвиговой волны - для другого импульса. Длительности импульсов и частоты ультразвуковых колебаний (см. фиг. 5) определяются свойствами материала и характеристиками его напряженно-деформированного состояния, причем они будут разными для импульсов, обусловленных нормальной и сдвиговой компонентами, и будут по-разному меняться при изменении состояния и свойств материала [14] . В зависимости от расположения приемного преобразователя порядок прихода импульсов и задержка во времени второго из пары импульсов относительно первого будут меняться, но при фиксированном положении приемного преобразователя порядок расположения и задержка будут неизменными при перемещении диагностического устройства вдоль трубы. Частоты и длительности импульсов, разные для импульсов сдвигового и нормального происхождения, будут постоянными при любом расположении приемного преобразователя и при перемещении диагностического устройства. If the material is uniform over the cross section and length of the pipe and there are no defects (see Figs. 3 and 4a), all components of the coaxial wave are in phase and with the same amplitude components for each type of ultrasonic pressure amplitudes propagate along the pipe. In this case, only thickness oscillations - 18 are possible, leading to reemission of the coaxial wave into the liquid in the form of a pair of successive pulses, one of which is caused by reradiation of the normal component, and the other by radial shear (see Fig. 5, where the pulses are shown combined, to emphasize differences in their parameters). Circumferential vibrations, i.e. there are no displacements of particles around the pipe circumference, since neighboring sections are under the same conditions and stresses of 17, created by the circumferential shear component of the coaxial wave propagating in the pipe, are mutually balanced, i.e., the deformation of elementary volumes around the circle is practically zero. Unrealized circumferential stresses of the shear component find a way to enhance the thickness oscillations of the pipe walls, which are the source of reemission of ultrasonic energy of the coaxial wave in the form of a secondary coaxial wave propagating in a liquid medium, occupying the volume bounded by virtual conical surfaces towards their vertices, where another separate receiving Converter - 6, used for channels for determining the state of pipe material. The signals received by this separate receiver transducer are recorded as the aforementioned pair of pulses. Moreover, the arrival times of the pair’s pulses consist of two components, one of which is the same for both pulses and is proportional to the ratio of the pipe diameter to the speed of ultrasonic vibrations in the liquid, and the second is proportional to the ratio of the pipe wall thickness to the speed of the normal component of the coaxial wave in the pipe material - for one momentum and is proportional to the ratio of the pipe wall thickness to the shear wave velocity for another pulse. The duration of the pulses and the frequency of ultrasonic vibrations (see Fig. 5) are determined by the properties of the material and the characteristics of its stress-strain state, and they will be different for pulses due to normal and shear components, and will vary differently when the state and properties of the material change [ fourteen] . Depending on the location of the receiving transducer, the order of arrival of the pulses and the time delay of the second of the pair of pulses relative to the first will change, but with a fixed position of the receiving transducer, the arrangement and delay will be unchanged when the diagnostic device moves along the pipe. The frequency and duration of the pulses, different for pulses of shear and normal origin, will be constant at any location of the receiving transducer and when moving the diagnostic device.
При наличии аномальных зон - участков трубы с изменившимися свойствами, вследствие различия сопротивляемости материала, нарушатся условия взаимной компенсации ранее уравновешенных напряжений и картина их распределения изменится (см. фиг. 4б,в). На аномальном участке изменятся частота ультразвуковых колебаний всех компонент коаксиальной волны, скорость их распространения и длительности переизлучаемых импульсов, причем изменения этих параметров будут различными для разных компонент. На фиг. 6 показан пример зависимости относительной частоты "V" от нормальной - VL(δ) и сдвиговой -VT(δ) компонент УЗ коаксиальной волны в трубе из алюминия, а на фиг. 7 коэффициент длительности импульсов - относительная длительность импульсов для того же случая.In the presence of abnormal zones - pipe sections with changed properties, due to differences in material resistance, the conditions for mutual compensation of previously balanced stresses will be violated and the pattern of their distribution will change (see Fig. 4b, c). In the anomalous region, the frequency of ultrasonic vibrations of all components of the coaxial wave, the speed of their propagation and the duration of the re-emitted pulses will change, and the changes in these parameters will be different for different components. In FIG. 6 shows an example of the dependence of the relative frequency “V” on the normal - V L (δ) and shear -V T (δ) components of the ultrasonic coaxial wave in an aluminum pipe, and in FIG. 7 pulse duration coefficient - the relative pulse duration for the same case.
Таким образом, локальная деградация материала трубы, являющаяся зародышем дефекта, приводит к развалу коаксиальной волны, выражаемому в изменениях параметров импульсов в парах. Эти изменения и известный [14] характер их зависимости от напряженно-деформированного состояния материала трубы позволяет обнаруживать зоны зарождающихся дефектов, затем, сравнивая сигналы, полученные в соседних каналах приемного преобразователя - 6, определять протяженность этих зон и по относительной величине изменения параметров оценивать степень их опасности. Thus, the local degradation of the pipe material, which is the nucleus of the defect, leads to the collapse of the coaxial wave, expressed in changes in the parameters of the pulses in pairs. These changes and the well-known [14] nature of their dependence on the stress-strain state of the pipe material make it possible to detect areas of incipient defects, then, by comparing the signals received in the adjacent channels of the receiving transducer - 6, to determine the extent of these zones and to assess their degree from the relative magnitude of the change in parameters danger.
Если при этом проводить сравнение параметров импульсов в парах - сигналов, принимаемых диаметрально противоположными каналами приемного преобразователя - 6, то можно выявить участки трубы, испытывающие изгибные напряжения, и определить значения напряжений. Такие участки характеризуются особой формой изменения векторов напряжений (см. фиг. 4г), а значит и параметров принимаемых сигналов. If at the same time we compare the parameters of the pulses in pairs — signals received diametrically opposite channels of the receiving transducer - 6, then we can identify the pipe sections experiencing bending stresses and determine the values of stresses. Such sections are characterized by a special form of change in the stress vectors (see Fig. 4d), and hence the parameters of the received signals.
Таким образом, в предлагаемом способе используются новые свойства коаксиальных волн - чувствительность к состоянию и однородности материала, впервые исследованные авторами. Thus, the proposed method uses new properties of coaxial waves - sensitivity to the state and uniformity of the material, first investigated by the authors.
Дефекты объемные и плоскостные, ориентированные по окружности, или вдоль оси трубы, или под любым углом к оси трубы выявляются так же, как и в случае использования способа, взятого прототипом. Defects volumetric and planar, oriented in a circle, either along the axis of the pipe, or at any angle to the axis of the pipe are detected in the same way as in the case of using the method taken by the prototype.
Главные преимущества предлагаемого способа по сравнению с известным - прототипом, также использующим более информативные УЗ поля коаксиальных волн, позволяющие выявлять разноориентированные дефекты и определять геометрические параметры трубы, заключаются в том, что одной акустической системой обеспечивается возможность обнаружения "зародышей" дефектов, оценки степени их опасности и определения зон с аномальными изгибными напряжениями. The main advantages of the proposed method in comparison with the well-known prototype, which also uses more informative ultrasonic fields of coaxial waves, which allow detecting misoriented defects and determine the geometric parameters of the pipe, consist in the fact that one acoustic system provides the possibility of detecting "nuclei" of defects and assessing the degree of their danger and determining zones with abnormal bending stresses.
Кроме того, существенным преимуществом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности одновременного приема сигналов дополнительными приемными преобразователями 5 и 6, даже в случае их многоканального выполнения, поскольку в предлагаемом варианте отсутствует взаимное влияние каналов, вследствие использования в устройстве всего одного излучателя, являющегося общим для всех каналов всех приемных преобразователей. In addition, a significant advantage of the present invention is the possibility of simultaneous reception of signals by
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1824574, кл. G 01 N 29/04, 30.06.1993 г.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR N 1824574, cl. G 01 N 29/04, 06/30/1993
2. Я де Раад и др. Контроль и опыт, приобретенные при работе с ультразвуковыми внутритрубными установками. VII Международная конференция "Морская механика и арктическая инженерия", Хьюстон, 1988 г
3. Проспект фирмы Preusag Pipetronix (Германия), 1990 г., с. 10-12.2. I de Raad et al. Control and experience gained in working with ultrasonic in-line installations. VII International Conference "Marine Mechanics and Arctic Engineering", Houston, 1988
3. Prospectus of the company Preusag Pipetronix (Germany), 1990, p. 10-12.
4. Патент Германии, DE 19502764 A1, кл. G 01 N 29/04, 30.01.95 г. 4. German patent, DE 19502764 A1, cl. G 01 N 29/04, 1/30/95.
5. Патент Франции, N 8716353, EP 0318387 A1, кл. G 01 N 29/00, 25.11.87 г. 5. French patent, N 8716353, EP 0318387 A1, CL. G 01 N 29/00, 11/25/87
6. Патент США, N5574223, кл. G 01 N 29/10, 12.11.1996. 6. US patent, N5574223, CL. G 01 N 29/10, 12/12/1996.
7. Заявка PCT, WO 97/09614, G 01 N 29/ 22, 29/26, 13.03.97 г. 7. Application PCT, WO 97/09614, G 01 N 29/22, 29/26, 03/13/97.
8. Патент РФ N2117941, кл. G 01 N 29/04, 20.08.1998. 8. RF patent N2117941, cl. G 01 N 29/04, 08.20.1998.
9. Власов В. Т., Марин Б.Н., Лазуткин А. И. Стратегия повышения эксплуатационной надежности трубопроводов бортовых систем теплоснабжения. Доклад 2.27, 15. Российская научно-техническая конференция "Неразрушающий контроль и диагностика", Москва, 28.06.-02.07. 1999 г. 9. Vlasov VT, Marine BN, Lazutkin A. I. Strategy for improving the operational reliability of pipelines of on-board heat supply systems. Report 2.27, 15. Russian Scientific and Technical Conference "Non-Destructive Testing and Diagnostics", Moscow, June 28.-02.07. 1999 year
10. Патент Великобритании, заявка GB N 2147102, кл. G 01 N 29/04, 01.05.85 г. 10. British Patent Application GB N 2147102, CL G 01 N 29/04, 05/01/85.
11. Патент РФ N 2020464, кл. G 01 N 29/04, 30.09.1994. 11. RF patent N 2020464, cl. G 01 N 29/04, 09/30/1994.
12. Европейский патент, заявка EP N 0106580, кл. G 01 N 29/00, 25.04.84 г. 12. European patent application EP N 0106580, cl. G 01 N 29/00, 04/25/84
13. Власов В. Т., Марин Б. Н. Использование коаксиальных волн для повышения достоверности результатов диагностики объектов ответственного назначения. XVI Петербургская конференция "Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций. Информативность и достоверность". Сборник докладов, стр. 191-194, 03.-05.06.98 г. 13. Vlasov V. T., Marine B. N. The use of coaxial waves to increase the reliability of the diagnostic results of critical objects. XVI St. Petersburg Conference "Ultrasonic Flaw Detection of Metal Structures. Information and Reliability". Collection of reports, pp. 191-194, 03.-05.06.98
14. Власов В. Т., Марин Б.Н. Развитие теории ультразвуковых колебаний материалов и изделий. Доклад 7.38, 15. Российская научно-техническая конференция "Неразрушающий контроль и диагностика", Москва, 28.06.- 02.07. 1999 г. 14. Vlasov V.T., Marine B.N. Development of the theory of ultrasonic vibrations of materials and products. Report 7.38, 15. Russian Scientific and Technical Conference "Non-Destructive Testing and Diagnostics", Moscow, 06/28/02. 1999 year
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119241/28A RU2149394C1 (en) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | Process and gear for ultrasonic diagnostics of pipes and pipe- lines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119241/28A RU2149394C1 (en) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | Process and gear for ultrasonic diagnostics of pipes and pipe- lines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2149394C1 true RU2149394C1 (en) | 2000-05-20 |
Family
ID=20224706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99119241/28A RU2149394C1 (en) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | Process and gear for ultrasonic diagnostics of pipes and pipe- lines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2149394C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2182331C1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-05-10 | ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" | Method of intrapipe ultrasonic testing |
| RU2295124C1 (en) * | 2005-07-18 | 2007-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Ultrasound control method |
| RU2351915C2 (en) * | 2003-03-11 | 2009-04-10 | Оксанд | Method and system of monitoring of performance characteristics of pipeline containing fluid medium under pressure |
| RU2379674C1 (en) * | 2008-05-23 | 2010-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз-Кубань" | Pipeline analysis and diagnostics device |
| RU2439550C1 (en) * | 2010-07-05 | 2012-01-10 | Леонид Павлович Переяслов | On-line diagnostic device of main piping |
| RU2619833C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Method of ultrasonic product inspection |
| RU2684949C1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-04-16 | Акционерное общество "Диаконт" | Method and device for method of magnetic control |
| CN111208204A (en) * | 2020-04-01 | 2020-05-29 | 象山诺图超声波设备有限公司 | Device for nondestructive testing of round tube by using ultrasonic waves |
| RU2818406C1 (en) * | 2023-06-14 | 2024-05-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" | Device for automated diagnostics of technical condition of pipelines |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2147102B (en) * | 1983-09-23 | 1987-03-25 | Texaco Development Corp | Acoustic pulse-echo wall thickness method and apparatus |
| EP0106580B1 (en) * | 1982-10-06 | 1989-12-06 | The Welding Institute | Acoustic detection of defects in structures |
| RU2020464C1 (en) * | 1992-04-02 | 1994-09-30 | Владимир Александрович Соловьев | Method for prognosis of disturbed integrity of article members |
| US5574223A (en) * | 1994-04-05 | 1996-11-12 | Gas Research Institute | Scan assembly and method using scan rate modulation |
| RU2117941C1 (en) * | 1997-09-01 | 1998-08-20 | Йелстаун Корпорейшн Н.В. | Process of ultrasonic inspection od pipes and pipe-lines |
-
1999
- 1999-09-07 RU RU99119241/28A patent/RU2149394C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0106580B1 (en) * | 1982-10-06 | 1989-12-06 | The Welding Institute | Acoustic detection of defects in structures |
| GB2147102B (en) * | 1983-09-23 | 1987-03-25 | Texaco Development Corp | Acoustic pulse-echo wall thickness method and apparatus |
| RU2020464C1 (en) * | 1992-04-02 | 1994-09-30 | Владимир Александрович Соловьев | Method for prognosis of disturbed integrity of article members |
| US5574223A (en) * | 1994-04-05 | 1996-11-12 | Gas Research Institute | Scan assembly and method using scan rate modulation |
| RU2117941C1 (en) * | 1997-09-01 | 1998-08-20 | Йелстаун Корпорейшн Н.В. | Process of ultrasonic inspection od pipes and pipe-lines |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2182331C1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-05-10 | ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" | Method of intrapipe ultrasonic testing |
| RU2351915C2 (en) * | 2003-03-11 | 2009-04-10 | Оксанд | Method and system of monitoring of performance characteristics of pipeline containing fluid medium under pressure |
| RU2295124C1 (en) * | 2005-07-18 | 2007-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Ultrasound control method |
| RU2379674C1 (en) * | 2008-05-23 | 2010-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз-Кубань" | Pipeline analysis and diagnostics device |
| RU2439550C1 (en) * | 2010-07-05 | 2012-01-10 | Леонид Павлович Переяслов | On-line diagnostic device of main piping |
| RU2619833C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Method of ultrasonic product inspection |
| RU2684949C1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-04-16 | Акционерное общество "Диаконт" | Method and device for method of magnetic control |
| CN111208204A (en) * | 2020-04-01 | 2020-05-29 | 象山诺图超声波设备有限公司 | Device for nondestructive testing of round tube by using ultrasonic waves |
| RU2818406C1 (en) * | 2023-06-14 | 2024-05-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" | Device for automated diagnostics of technical condition of pipelines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7997139B2 (en) | Guided wave pipeline inspection system and method with enhanced natural focusing techniques | |
| US5734588A (en) | Bore probe for tube inspection with guided waves and method therefor | |
| RU2485388C2 (en) | Device and group of sensors for pipeline monitoring using ultrasonic waves of two different types | |
| Wilcox et al. | Omnidirectional guided wave inspection of large metallic plate structures using an EMAT array | |
| US9810666B2 (en) | Device and method for nondestructive inspection of tubular products, especially on site | |
| JP2001041404A (en) | Inspection method of steam generator piping | |
| EP2791628B1 (en) | Signal processing of lamb wave data for pipe inspection | |
| Rose et al. | Guided wave flexural mode tuning cand focusing for pipe testing | |
| JP5443755B2 (en) | Method for inspecting state of drive shaft of rotating device | |
| EP3244202B1 (en) | Piping inspection apparatus | |
| RU2149394C1 (en) | Process and gear for ultrasonic diagnostics of pipes and pipe- lines | |
| US20090249879A1 (en) | Inspection systems and methods for detection of material property anomalies | |
| US3262307A (en) | Omnidirectional ultrasonic search system | |
| CN110487912A (en) | A kind of self-focusing phased array ultrasonic detection probe for managing interior non-destructive testing | |
| Mirmahdi et al. | Investigating the effects of defects and the effect of geometric anisotropy in stainless steel pipes: Phased array ultrasonic test, SH-wave | |
| Davies | Inspection of pipes using low frequency focused guided waves | |
| EP1061363A2 (en) | Apparatus for reactor vessel piping weld inspection using ultrasonic guided waves | |
| RU2117941C1 (en) | Process of ultrasonic inspection od pipes and pipe-lines | |
| RU2274859C1 (en) | Non-linear acoustic method for detecting cracks and their positions in structure and device for realization of said method | |
| Aanes et al. | Inline-inspection crack detection for gas pipelines using a novel technology | |
| US20220146460A1 (en) | Guided wave testing of welds in pipelines and plate structures | |
| KR102203609B1 (en) | Electromagnetic acoustic transducer and pipe inspection apparatus comprising the same | |
| RU2655048C1 (en) | Device for ultrasonic examination of round stock and pipes | |
| US11359917B2 (en) | Method for non-destructive testing of walls of components | |
| Guo et al. | Development of ultrasonic phased array systems for applications in tube and pipe inspection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050908 |