Разработка средств вихретоковой дефектоскопии труб в приложенном постоянном магнитном поле

• Автор: Шубочкин, Андрей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
1.1 Развитие и современный уровень исследова! шй в области магнитных методов контроля
1.2 Развитие и современный уровень исследований в области вихретоковой дефектоскопии
1.3 Развитие ме годов и приборов электромагнит!юй дефектоскопии
1.4 Выводы и постановка задачи
2. ВЫБОР И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНО-ВИХРЕТОКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
2.1 математическое моделирование взаимодейс гвия магнитно-вихретоковой системы с
дефект ами типа несшюшности ме годом конечных элементов
2.1.1 Выбор метода расчета и построение расчетной модели
2.1.2 Учет влияния ЗТВ на выходной сигнал СВТП
2.2 11АМАГНИЧИВАЮЩАЯ СИС ГЕМА ДЛЯ ВИХРЕТОКОВОГО ДЕФЕКТОСКОПА ВД-90НП
2.3 Разрабо ГКА и ПОДБОР КОНТ РОЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.4 РАСЧЕ Г МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ДЕФЕКТА КОНЕЧНОЙ ПРОТЯЖЕННОС ГИ
2.5 РАСЧЕТ МАГНИТ НОГО ПОЛЯ ДЕФЕКТА С УЧЕТОМ РАЗМЕРА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.
2.6 ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ И ОТЛОЖЕНИЙ МНПП
2.6.1 Измерение удельного магнитного момента
2.6.2 Измерение удельной магнитной восприимчивости
2.6.3 Определение процентного содержания магнитной фазы в продуктах коррозии и отложений МНПП
2.6.4 Исследование влияния продуктов коррозии МНПП на сигнал магнитно-вихретокового' дефектоскопа
2.7 Влияние напряженности магнитного поля на выходной сигнал ВТП
2.8 Выводы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ НАКЛАДНЫХ ВТП СО СТЕРЖНЕВЫМ ФЕРРОМАГНИТНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
3.1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ФАЗЫ И АМПЛИТУДЫ СИГНАЛА ВТП
3.1.1 Экспериментальное исследование влияния зазора и частоты сигнала возбуждения на амплитуду выходного сигнала ВТП
3.1.2 Экспериментальное исследование влияния глубины дефектов на фазу сигнала ВТП при различных режимах контроля
3.1.3 Экспериментальное исследование влияния частоты сигнала возбуждения ВТП на выходной сигнал ВТП при различных режимах контроля
3.1.4 Экспериментальное исследование влияния величины раскрытия дефекта на сигнал фазы ВТП
3.1.5 Экспериментальное исследование особенностей выявления внутренних дефектов
3.1.6 Экспериментальное исследование особенностей выявления внутренней коррозии
3.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ДВУХ ВИХРЕТОКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
НА СИГНАЛ ОТ ДЕФЕКТА КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ
3.3 Алгоритмы настройки матрицы неэкранированных СВТП
3.3.1 Алгоритм уменьшения взаимного влияния СВТП при их настройке и компенсации на объекте контроля
3.3.2 Учет взаимного влияния ВТП при определении величины дефекта
3.4 Выводы
4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ МАГНИТО-ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
4.1 Магнито-вихретоковая установка на базе ВИХРЕТОКОВОГО ДЕФЕКТОСКОПА ВД-12НФП 114’
4.2 МАГНИТНО-ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП ВД-90НП
4.3 МНОГОКАНАЛЬНАЯ ВИХРЕТОКОВАЯ СИСТЕМА ВД-91 НМ
4.4 Вихретоковая система автоматизированного контроля ВД-92П
4.5 Сравнительные характеристики разработанных магнитно-вихретоковых средств
дефектоскопии

4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Роль трубопроводного транспорта в системе экономической безопасности России, обладающей запасами углеводородного сырья (нефти и газа) мирового значения, неоценима, наиболее экономически выгодным способом доставки этих видов сырья является транспортировка с использованием трубопроводов, что обуславливает особое внимание к вопросам их диагностики. Проблемы техногенной безопасности заслуживают постоянного внимания и усовершенствования средств и методов неразрушающего контроля.
Магистральные трубопроводы, используемые в нефтяной и газовой промышленности, не только оказывают незаменимую роль в экономике нашей страны, ее развитии и процветание, но являясь сложными техногенными объектами, остаются постоянным источником экологической опасности. Ежегодные крупные аварии приносят колоссальный урон среде и экономике. В настоящее время средний срок эксплуатации одной третьи газопроводов превысил тридцатилетий рубеж. Общее устаревание магистральных трубопроводов при их протяженности более 200 тыс. км, влечет за собой огромное количество работы для своевременного контроля их состояния. Большая протяженность призывает использовать впутритрубные методы контроля. Значительно уменьшая трудоемкость контроля, исключая человеческий фактор в ходе автоматического съема информации и имея несравненную скорость контроля, внутритрубные дефектоскопы позволяют не только контролировать состояние ■ продуктопроводов, но и при периодическом контроле отслеживать их остаточный ресурс. К сожалению, большой процент газопроводов из-за их конструктивных особенностей не позволяет использовать данный тип дефектоскопов. Поверхностные сканеры оказываются необходимы как при частичной шурфовке с целью обнаружения и локализации дефектов, выявленных при внутритрубном контроле, так и при выборочном контроле тела трубы и сварных соединений, при проведении переизоляции трубопроводов. Проблема одностороннего доступа к контролируемому объекту возникает при контроле сварных соединений и в процессе производства различного класса изделий, таких как: трубы, профили различного сечения, листовой прокат, баки и цистерны; а также для их последующей безопасной эксплуатации.
Важное место среди используемых методов неразрушающего контроля перечисленных объектов занимают электромагнитные методы, способные обеспечить высокую надежность обнаружения поверхностных дефектов, высокую скорость контроля, возможность бесконтактного съема информации.
Существующие модели сварного шва не учитывают изменение структуры металла, вызванного разупрочнением в результате воздействия термического цикла сварки. Реальная зона искажения магнитной проницаемости отличается от габаритов самого шва и ее влияние необходимо учитывать при проведении контроля.
где: V-скалярный потенциал;
А - вектор-потенциал;
В - индукция магнитного поля;
Ё - напряженность электрического поля.
После проведения преобразований и учитывая уравнения состояния материала, можем записать дифференциальные уравнения, подлежащие решению:
' гсц(Л)| - /лйМй^ + а ■ gl■ad(V) + а~~ = 0, (2.3)
■ grad(y')^ = 0, (2.4)
или для моногармонических процессов:
У22 + Р2 = ~МАстор (2.5)
где: /г - абсолютная магнитная проницаемость материала;
Но -магнитная постоянная;
Й - век гор намагниченности (для постоянных магнитов); а—удельная электрическая проводимость (для проводников);
к1 - -](оц<у.
Было проведено моделирование трансформаторного дифференциального преобразователя с тремя соосными катушками. Для накладного трансформаторного ВТП комплексное вносимое напряжение рассчитывается из выражения:
ие„ = №оУУцУУ,,0)111711(р0К ехрС-х/ОЛ (х^)д(х^) Ох, (2.6)
где: у — V—1 - мнимая единица;
Л?В,]Л?И- количество витков возбуждающей и измерительной обмоток соответственно; Я = у/ЯвЯц - эквивалентный радиус ВТП;
Я/}, Ян ~ средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток соответственно;
/ц = (и.в + Ьи)/Я - обобщенный параметр, характеризующий расстояние между
центрами обмоток ВТП и поверхностью образца контроля;
Ь.в, расстояние от центра соответствующей обмотки ВТП до внешней поверхности объекта контроля;
/г [х ]1 (х —■) - функция Бесселя первого рода первого порядка; срок ~ функция влияния объекта контроля.