Устройство для магнитного контроля

 

Использование: в дефектоскопах, в частности, для выявления дефектов в трубах магистральных трубопроводов. Сущность изобретения: устройство для магнитного контроля содержит намагничивающее устройство 1, датчики магнитного поля 3, расположенные парами с возможностью измерения напряженности поля по различным осям прямоугольной системы координат и соединенные с основным усилителем 4 и дополнительным усилителем 5, блок определения полей дефектов 6, блок определения поля 7, блок суммирования поля фона с полями дефектов 8, блок сравнения 9 и блок накопления и обработки информации 10. Расстояние между парами датчиков не более 5 мм. Система датчиков 3 измеряет одновременно не менее 10 характеристик поля, которые с учетом поля фона позволяют точно идентифицировать вид дефекта. 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю труб магистрального трубопроводного транспорта и может быть использовано для выявления дефектов на других объектах и изделиях.

Известно устройство магнитного контроля (П.А. Халилеев. Феррозондовые датчики импедансного типа. Ж. "Дефектоскопия", 1976, N 1, с. 70-71), которые используются для контроля магистральных трубопроводов с помощью дефектоскопов-снарядов, движущихся внутри трубы.

Для намагничивания контролируемого участка трубы установлены постоянные магниты, а в межполюсном пространстве по окружности трубы смонтированы датчики параметрического типа с шагом 30 мм. Наличие дефекта определяется по амплитуде и длительности сигнала.

Однако это устройство не обеспечивает надежного выявления дефектов, так как возникает большое число помех, аналогичных сигналам от дефектов. При повышении коэффициента усиления возрастают фоновые сигналы, что не позволяет обнаруживать мелкие дефекты.

Известны устройства ( ж. "Приборы и системы управления", N 5, 1989, с. 42-43. Юбилейный сборник МНПО "Спектр", 1994, Г.А. Жукова, Л.А. Хватов "Развитие методики и средств магнитной диагностики трубопроводов"). В основу устройства положено определение дефектов по амплитуде и длительности сигналов, что связано с трудностью и недостаточной надежностью определения дефектов глубиной менее 0,2 Т (Т толщина трубы).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, входящее в дефектоскоп-снаряд фирмы "HRE Corrosion defection". Устройство позволяет регистрировать сигнал дефекта, который затем сравнивается с формами сигналов, ранее записанными в библиотеку ЭВМ дефектоскопа-снаряда.

В библиотеку внесены сигналы, которые собраны в течение длительной эксплуатации магистральных трубопроводов. По результатам сравнения и после программной обработки сигналов определяется наличие дефектов. Чувствительность этого устройства такова оно позволяет обнаруживать коррозионные пятна диаметром 30 мм и более на трубах диаметром 48" (1,21м) см. дополнительные материалы.

Недостатком этого устройства является малая чувствительность к мелким дефектам (трещины); необходимость иметь в памяти ЭВМ большое число различных форм сигналов нормальной и/или тангенциальной составляющих поля. Всегда может встретиться дефект, напряженность поля над которым дает форму сигнала, которого нет в библиотеке ЭВМ. Кроме того, аналоговые значения сигналов недостаточно содержат данных (информации) для определения незначительных по размерам трещин. А если сигнал лежит ниже уровня шумов (помех), то его выделение представляется затруднительным или практически невозможным. Поэтому мелкие дефекты, которые вместе с тем являются опасными, как концентраторы напряжения в материале трубопровода. Таким устройством надежно обнаруживать продольные трещины не представляется возможным.

С целью повышения чувствительности и достоверности обнаружения продольных трещин и других дефектов предлагается устройство для установки на дефектоскопах-снарядах. Сущность устройства состоит в многопараметровом определении характеристик поля в области дефекта, в сравнении определенных (измеренных) параметров поля с параметрами полей типовых дефектов, имеющихся в памяти ЭВМ устройства и корректирующихся в зависимости от значения поля фона. Это позволяет более надежно определять наличие дефектов, тип и их размеры.

Отличительные признаки предлагаемого устройства состоят в следующем.

На фиг.1, а, б картина поля фона в межполюсном пространстве постоянного магнита на участке трубы магистрального трубопровода (а) и распределения нормальной H_н и тангенциальной H_т составляющих поля фона (б), 1 постоянные магниты; 2 ярмо; 3 проверяемая труба; 4 картина поля, полученная магнитным порошком; О точка на магнитной нейтрали.

На фиг. 2 показано распределение индукции в сечении трубы от дефекта глубиной 1 мм, выявленное магнитным порошком (в виде магнитного аэрозоля), а) схема получения картины поля в сечении трубы и над дефектом, 1 - темплет, вырезанный из трубы; 2 искусственный дефект; 3 экран; 4 осевший порошок в сечении трубы; 5 порошок на экране (над дефектом).

На фиг.3 представлена картина поля в области дефекта, расположенного между магнитной нейтралью и полюсом магнита: а) магнитные силовые линии поля между полюсами магнита N и S; б) схема поля в области дефекта, 1 трещина; 2 проверяемая труба; 1; 1; 1 геометрические параметры поля. N и S полюсы магнита.

максимальное значение производных по окружности трубы (координате Х).

На фиг.4 представлена схема предлагаемого устройства.

В межполюсном пространстве неизбежно существование сильного рассеянного магнитного поля, которое изменяется при движении дефектоскопа в трубе из-за изменения зазора между магнитом и проверяемой поверхностью, из-за попадания в этот зазор посторонних ферромагнитных загрязнений, сварных швов и др. Картина поля показана на фиг. 1,а, а распределение нормальной H_н и тангенциальной H_т составляющих поля фона на фиг. 1,б. Например, у полюсов на поверхности трубы H_н достигает более 100 а/см.

Первое требование к устройству оно должно обеспечить учет поля фона при идентификации дефекта. Это является также и отличительным признаком устройства.

Для безошибочного определения наличия дефекта недостаточно только измерение амплитуды и длительности сигнала тангенциальной составляющей поля (как это принято в приведенных аналогах и прототипе). Необходимо определение многих (не менее 10) других характеристик поля в области дефекта. Для этого требуется большая плотность съема информации. Исходя из экспериментальных данных, например, из фиг.2, размер поля над дефектом, который регистрируется магнитным порошком и датчиком, составляет 25-30 мм. Причем в точках измерения (точнее в точечном объеме) должны измеряться составляющие поля H_н и H_т по 2 или 3 осям прямоугольной системы координат.

Вторым отличительным признаком устройства датчики должны быть расположены в точках, отстоящих друг от друга на расстоянии 2 3 мм. При увеличении этого расстояния более 5 мм погрешность определения дефектов увеличивается. Датчики устанавливаются на расстоянии Δ от внутренней поверхности трубы, поэтому при расчете количества датчиков должна быть принята длина окружности Д_вн - 2Δ (D_вн внутренний диаметр трубы).

Поле над дефектом, как уже было сказано, представляет собой суперпозицию поля фона и поля рассеяния дефекта. Вклад фона в поле дефекта является весьма значительным (см. ж. "Дефектоскопия", N 5, П.А.Халилеев, А.Г.Александров "Динамика осаждения частиц ферромагнитного порошка из воздушной взвеси при выявлении трещин в намагниченных деталях", 1989, с.3-27). В связи с этим, в устройстве поле фона, снимаемого с датчиков, используется для коррекции полей типовых дефектов, внесенных в библиотеку ЭВМ.

Поле дефекта при намагничивании в магнитах состоит из двух областей (см. "Магнитопорошковый контроль деталей и узлов". Изд. НТЦ "ЭКСПЕРТ", М. 1995, с. 99-103). Характеристики этих областей связаны с параметрами дефекта (глубиной, отношением глубин к ширине). По сигналам с датчиков вычисляются векторы поля в точках измерения и определяется количественное значение параметров, физический смысл которых можно видеть на фиг.3. Эти параметры и характерные признаки следующие: 1. Наличие точек А и Б, в которых нормальная составляющая H=О; H≠О.

2. 1_AB расстояние между точками A и B.

3. Изменения производных в областях I и II.

4. Максимальные значения Причем на участках CБ и БA осуществляется измерение нормальной и тангенциальной составляющих поля.

Эти параметры различных для дефектов одних и тех же характеристик, но имеющих различные координаты в межполюсном пространстве. Поэтому необходимо сравнение синтезированного поля по сигналам с датчиков с полями типовых дефектов, находящихся в библиотеке ЭВМ, скорректированных по значениям поля фона.

Исходя из изложенного предлагается устройство, состоящее из намагничивающего устройства 1; искательного блока 2; содержащего датчики 3; основного усилителя 4; дополнительного усилителя 5; блока 6 определения параметров поля дефектов; блока 7 определения поля фона; блока 8 суммирования поля фона с полями типовых дефектов; блока 9 сравнения; блока 10 накопления и обработки информации.

Работа предлагаемого устройства, смонтированного на дефектоскопе-снаряде, состоит в следующем.

Намагничивающее устройство и датчики перемещаются вместе с дефектоскопом-снарядом внутри трубопровода. При этом происходит намагничивание проверяемого участка трубы 11, а датчиками считываются поля дефектов и фона (по двум или трем осям прямоугольной системы координат). Сигналы с датчиков усиливаются в основном и дополнительном усилителях и подаются одновременно на блок 6 определения параметров полей дефектов и блок 7 определения параметров поля, соединенного с блоком 8 суммирования поля фона и поля типовых дефектов. Сигналы с блоков 6 и 8 подаются на блок сравнения 9. Сигналы, являющиеся результатом сравнения, подаются на блок 10 обработки и накопления информации.

Сигналы с датчиков снимаются через электронный коммутатор, одновременно происходит маркировка сигналов, что позволяет учитывать координаты (номер) датчика, с которого поступает сигнал. Учет этого фактора осуществляется программой, заложенной в микропроцессоре дефектоскопа.

В результате сравнения сигналов в блоке сравнения 9 автоматически делается заключение о наличии дефекта, данные его фиксируются в блоке 10. В последующем можно по записям посмотреть результаты и картины полей дефектов.

Таким образом, проведенная и обоснованная совокупность признаков является необходимой и достаточной для получения положительного эффекта повышения чувствительности и надежности обнаружения дефектов в трубах магистрального трубопровода.

Предлагаемое устройство обеспечивает надежное выявление даже мелких дефектов; исключение отбраковки по ложным сигналам (помехам), так как синтез случайных сигналов помех не может дать сложную картину поля в области дефекта и в результате сравнения в блоке сравнения такие сигналы будут отфильтрованы. Отпадает необходимость использования косвенных признаков для исключения сигналов, вызванных сварными швами, местным наклепом, локальной намагниченностью и др.

Пример выполнения предлагаемого устройства.

Устройство выполнено на действующем фрагменте дефектоскопа-снаряда.

Искательный элемент выполнен с использованием 28 датчиков Холла размером 1 x 1 мм, смонтированных с шагом 2 мм, измеряющих H_н и H_т. Усилители, блок определения полей дефектов, блок суммирования поля фона с полями дефектов, находящихся в памяти ЭВМ, компаратор (блок сравнения) размещены в одном конструктивном блоке. Вывод результатов предусмотрен на дисплей.

Использование изложенного устройства на дефектоскопах-снарядах повысит надежность выявления дефектов в трубах магистральных трубопроводов.

Формула изобретения

Устройство для магнитного контроля, содержащее намагничивающее устройство, датчики магнитного поля, соединенные с основным усилителем, и блок сравнения, соединенный с блоком накопления и обработки информации и индикации, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный усилитель, блок определения параметров поля дефекта и последовательно соединенные блок определения поля фона и блок суммирования поля фона с полями типовых дефектов, причем выход каждого датчика соединен с входами основного и дополнительного усилителей, при этом вход дополнительного усилителя соединен с входом блока определения поля фона, а выход основного усилителя соединен с входом блока определения параметров поля дефекта, причем выходы блока определения параметров поля дефекта и блока суммирования поля фона с полями типовых дефектов соединены с соответствующими входами блока сравнения, а датчики расположены парами с возможностью измерения напряженности поля по осям прямоугольной системы координат, при этом расстояние между ближайшими парами датчиков не более 5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4