Recherche sur la méthode de détection des défauts externes pour les coudes de pipeline en acier au carbone basés sur le courant de tourbillon de champ distant

À haute pression pipeline des systèmes tels que pétrochimique, transport de gaz naturel, et l'énergie nucléaire, coudes pipeline en acier en carbone, Comme composants clés reliant les sections de tuyaux droits, sont soumis à des contraintes dynamiques fluides complexes et à des environnements corrosifs. Ils deviennent souvent des sources de défaillance potentielles en raison de fissures de fatigue, corrosion amincissement, ou des défauts de fabrication. Si ces défauts ne sont pas détectés à temps, Ils peuvent entraîner des fuites ou même des accidents catastrophiques, provoquant des pertes économiques et des risques de sécurité sociale. Méthodes traditionnelles de test non destructeurs telles que les tests radiographiques et les tests ultrasoniques, Bien que très précis, nécessitent une fermeture et un démontage, Rendant difficile de répondre aux besoins de surveillance en temps réel des pipelines en cours. Courant de tourbillon de champ distant (RFEC) La technologie, En tant que méthode de test électromagnétique à basse fréquence non destructive, se démarque en raison de sa sensibilité élevée aux changements d'épaisseur de paroi dans les matériaux ferromagnétiques et de sa réponse équivalente aux défauts de la paroi internes et externes. Cette méthode génère un champ magnétique alternant à basse fréquence à travers une bobine d'excitation, formant un signal de couplage indirect dans la région du champ distant à l'intérieur du pipeline. La phase de signal est approximativement liée à l'épaisseur de la paroi, permettant une évaluation quantitative de la profondeur des défauts. Spécifiquement pour la détection externe des coudes de pipeline en acier au carbone, Les chercheurs ont développé une conception de sonde externe en utilisant une structure de réception unique à double excitation pour raccourcir la distance de champ distante pour 35-45 mm, Améliorer l'amplitude du signal et supprimer l'effet de décollage. Des expériences montrent que cette méthode peut distinguer efficacement les positions radiales des défauts de paroi interne et externe sous les rayons de courbure du coude de 3-5 fois le diamètre du tuyau, et atteindre le positionnement de défauts mixtes à travers les caractéristiques du domaine du temps de l'excitation d'impulsion. Par rapport aux tests de courant Eddy conventionnels, RFEC est moins affecté par l'effet de la peau, avec profondeur de détection jusqu'à 80% de l'épaisseur de la paroi du tuyau ou plus, adapté aux coudes en acier en carbone avec des épaisseurs de paroi de 2-10 mm. Cet article passe en revue la fondation théorique, Optimisation de sonde, Stratégies de traitement du signal, et vérification expérimentale de cette méthode, visant à fournir une base scientifique pour le maintien en service des pipelines à haute pression. Par la simulation par éléments finis et la vérification des échantillons physiques, Il est prouvé que le rapport signal / bruit (Snr) pour détecter les défauts avec des profondeurs de 0.25-1.75 MM est meilleur que 7 db, avec une erreur quantitative inférieure à 10%. Dans le contexte de la transition énergétique mondiale, Cette technologie améliore non seulement l'efficacité de la détection, mais réduit également les risques de rayonnement, Promouvoir la transformation numérique de la surveillance des pipelines intelligents. A l'avenir, combiné avec une reconnaissance du signal d'intelligence artificielle, Il peut en outre réaliser une classification automatique des types de défauts, comme la distinction entre les fissures et les fosses de corrosion. La promotion de cette méthode prolongera considérablement la durée de vie des pipelines en acier en carbone et assurera le fonctionnement sûr et stable de la chaîne d'approvisionnement énergétique. (Nombre de mots: 428)

Acier au carbone, comme le matériau central des coudes du pipeline, a sa microstructure et ses propriétés électromagnétiques déterminant directement l'applicabilité et la précision de la détection de courant de Foucault du champ distant. Aciers en carbone typiques tels que Q235 ou 20# L'acier se compose principalement de Fe (>98%), C (0.17-0.24%), Mn (0.35-0.65%), et sont micro-alliés avec Cr et Ni pour améliorer la résistance à la corrosion. Le ferromagnétisme lui fait la compensation d'une perméabilité magnétique élevée μ_r ≈ 200-1000 (dépendante de la fréquence). À basse fréquence (50-500 Hz) excitation, La perte d'hystérésis et la perte de courant de Foucault dominent l'atténuation du signal, Former un champ de diffusion dans la région du champ distant. La perméabilité relative du matériau augmente avec la diminution de la fréquence, Approche de la saturation dans la zone de champ à distance RFEC (3-5 fois le diamètre du tuyau à partir de la bobine d'excitation). Le décalage de phase du signal de couplage indirect Δ ≈ arctan(ωl / r) est linéairement lié à l'épaisseur de la paroi t, avec Δ ∝ t / Sm, où σ est la conductivité électrique (≈1,0 × 10 ^ 7 s / m) et μ est la perméabilité magnétique. La taille des grains (ASTM 5-8 grade) et inclusions (comme MNS) en acier au carbone peut introduire une anisotropie magnétique, conduisant à un bruit de signal, mais le recuit peut homogénéiser la perméabilité magnétique à μ_r = 500, Améliorer la cohérence de la détection. Les défauts de corrosion tels que les piqûres ou l'amincissement uniforme réduiront localement l'épaisseur de la paroi efficace, provoquant un décalage de phase Δδ = 2π f t / v_p, où F est la fréquence d'excitation et V_P est la vitesse de propagation du champ magnétique (≈10 ^ 6 m / s). Pour les coudes, Concentrations de contraintes induites par la courbure (De mises stress >200 MPa) peut amplifier la propagation de micro-crack, et la détection doit considérer le gradient de perméabilité magnétique ∇μ ≈ 50 /m. En termes de propriétés mécaniques, L'acier au carbone a une limite d'élasticité σ_y = 235 MPa, résistance à la traction σ_b = 370-500 MPa, et allongement ε = 26%, Assurer l'intégrité structurelle du coude pendant le processus de détection; dureté HB 120-150 Prend en charge la résistance à l'abrasion pour le balayage glissant de sonde externe sans dommages de surface. Par rapport à l'acier inoxydable, L'alliage faible de carbone en acier (<1%) Rend le signal RFEC plus fort, Mais il est susceptible de rouiller, La surface doit donc être déractée en SA 2.5 niveau avant détection. Dans les expériences, 20# spécimens de coude en acier avec une épaisseur de paroi de 2 MM ont été utilisés, avec des défauts usinés comme des rainures en V (profondeur 0.25-1.75 mm, longueur 10-50 mm), Vérification de la stabilité des paramètres électromagnétiques du matériau: Conductivité électrique σ = 5,8 × 10 ^ 6 s / m, Perméabilité magnétique μ_r = 300 @ 100 Hz. En résumé, Les propriétés ferromagnétiques de l'acier au carbone sont la pierre angulaire de la détection externe RFEC. En optimisant la fréquence d'excitation (100-200 Hz), Le bruit peut être supprimé pour atteindre une résolution de défaut de sous-millimètre. Cette analyse révèle non seulement le mécanisme de couplage de signal de matériau, mais fournit également des conseils de paramètres pour la conception de sonde, Promouvoir la transformation des applications de laboratoire en champ. (Nombre de mots: 512)

Le principe de la méthode de détection de courant de Foucault du champ distant provient des lois sur l'induction électromagnétique. Dans les pipelines ferromagnétiques, Le champ magnétique à basse fréquence généré par la bobine d'excitation pénètre la paroi du tuyau, formant deux modes: couplage direct (près de champ) et couplage indirect (champ éloigné). Le champ proche est limité par l'effet cutané Δ_s = √(2/ohm) (d_s ≈ 10 mm @ 100 Hz), tandis que le champ distant diffuse à travers plusieurs reflets de paroi de tuyau, avec atténuation d'amplitude du signal e ^{-annonce} (α est le coefficient d'atténuation, D est la distance de champ distante), et phase proportionnelle à l'épaisseur de la paroi. La variante de détection externe (Erfec) place la sonde à l'extérieur du tuyau, Éviter l'insertion interne, adapté aux coudes en service. La structure de la sonde utilise des bobines d'excitation rectangulaire double (Taille 20 × 10 mm, tour 200) Symmétriquement placé des deux côtés d'une bobine de réception cylindrique (diamètre 15 mm, tour 300), avec espacement axial de 35 mm, et le blindage en acier en silicium pour supprimer la diaphonie. L'excitation utilise des signaux sinusoïdaux ou d'impulsions: sinusoïdal (100-500 Hz) pour la mesure de phase, impulsion (largeur 1-10 μs, amplitude 20 V) pour extraire les caractéristiques de la vallée du domaine temporel pour distinguer les défauts internes et externes. Le chemin de balayage est circonférentiel le long du coude (étape 2 mm), combiné avec une correction de décalage axial (0-10 mm), Erreur de décollage de compensation <5% par algorithme de corrélation croisée. La chaîne de traitement du signal comprend le filtrage de Fourier (couper 50 Hz) pour la réduction du bruit, Hilbert Transform pour l'extraction d'enveloppe, et le débraillé en ondelettes (base de DB4, 5 niveaux), Amélioration du SNR à 15 db. Le modèle quantitatif est basé sur un ajustement linéaire à profondeur de phase: t = k; SD + b (k = 0,15 mm / °, R²>0.98), combiné avec une corrélation d'amplitude-direction: A ∝ sinθ (θ est l'angle axial défaut). La variante d'impulsion utilise le délai de vallée τ_v ∝ t / v_d (V_d Speed ​​de diffusion) pour distinguer les positions radiales: Les défauts de mur intérieur ont un petit τ_v (<50 μs), mur extérieur grand (>100 μs). L'avantage de cette méthode réside dans son adaptation à la non-linéarité géométrique des coudes: Lorsque le rayon de courbure r = 3d, distorsion du signal <10%, Optimisé par simulation par éléments finis (Comsol, 2D Axisymétrique). Par rapport à Pec (courant de Foucault pulsé), La diffusion du champ à distance de RFEC est plus uniforme, Convient à l'acier au carbone à parois épaisses (>5 mm), mais doit supprimer le bruit du gradient de perméabilité magnétique des coudes (<20%). Les expériences ont vérifié l'applicabilité sur 80 coudes OD mm, avec limite de détection pour 10% épaisseur de paroi piqûres. Global, Cette méthode intègre la théorie électromagnétique au traitement du signal, Atteindre le non-contact, détection externe efficace, et poser le cadre quantitatif pour l'évaluation des défauts du coude. (Nombre de mots: 458)

La configuration expérimentale est construite autour de spécimens de coude en acier en carbone (diamètre extérieur 80 mm, épaisseur de paroi 2 mm, rayon de courbure 240 mm, Matériel 20# en acier), avec des défauts en V internes et externes en forme de V usinés (profondeur 0.25, 0.5, 1.0, 1.5 mm, longueur 20 mm, Orientation circonférentielle / axiale). La sonde externe est fixée sur un support réglable, avec balayage axial / circonférentiel entraîné par les moteurs (résolution 0.1 mm / s), et le système d'acquisition de données (Ni daq, 16 peu, 1 échantillonnage KHZ) connecté à un amplificateur de verrouillage pour l'extraction de phase / amplitude. Excitation sinusoïdale (200 Hz, 10 VPP) Teste la réponse à la phase, excitation d'impulsion (5 μs, 20 V) analyse les formes d'onde du domaine temporel. Contrôle de l'environnement: Température 25 ° C, humidité <60%, rugosité de surface RA<1.6 Μm. La simulation pré-expérience utilise ANSYS Maxwell, avec 2 × 10 ^ 5 éléments, Vérification de la distribution du signal: champ de champ magnétique du champ distant h = 5-10 a / m, perturbation ΔH>20% aux défauts. Dans les mesures réelles, Défilé de phase de défaut de paroi interne Δδ = -2,5 ° / 0,5 mm, mur extérieur -3,0 ° / 0,5 mm; amplitude a_inner = 0,8 mV, extérieur = 1,2 mV (orientation axiale). Pour les défauts mixtes (intérieur 0.5 mm + Pour réduire les erreurs possibles 1.0 mm), Pulse Valley T_V = 75 ms, avec résolution de distinction de phase >95%. Analyse de la source de bruit: La courbure du coude induit 10% dérive de phase, corrigé à l'erreur <3% via la corrélation croisée. L'évaluation quantitative utilise les moindres carrés, Prédiction de profondeur RMSE = 0,08 mm. En mode impulsion, L'enrichissement du spectre (1-10 khz) Améliore la résolution, détection 2 MM Defects Defects in 8 mm d'épaisseur 316 en acier inoxydable (analogue à l'acier au carbone). Tests de répétabilité (n = 50) montrer SNR = 12-18 dB, supérieur aux RFEC internes 8 db. Limitation: coudes de courbure élevée (R<2D) avoir 20% atténuation du signal, nécessitant une augmentation du pouvoir d'excitation. Cette configuration pose la théorie et l'ingénierie, Confirmer la robustesse de la méthode et fournir une référence pour le déploiement sur le terrain. (Nombre de mots: 342)

L'analyse des résultats révèle la corrélation quantitative entre les caractéristiques du signal et les paramètres de défaut. Sous la numérisation circonférentielle, La phase de défaut de paroi intérieure Δδ diminue linéairement avec la profondeur d (Ts = -1,2d, R² = 0,97), mur extérieur dd = -1,5d (R² = 0,95), avec la différence de pente due au chemin du champ magnétique étendu sur la paroi extérieure. Amplitude A augmente 1.5 temps pour les défauts externes dans l'orientation axiale par rapport à (A_ax = 1.8 mv vs a_cir = 1.2 MV @ 1 mm D), reflétant l'anisotropie des chemins de courant de Foucault. Dans Pulse Time Domain: pic intérieur pic t_p = 20 μs, vallée t_v = 40 μs; T_P extérieur = 30 μs, t_v = 120 μs, ΔT_V >80 μs seuil pour 99% distinction. Pour les défauts mixtes, SIGNALS SUPERSIMES, avec le filtrage de Fourier donnant des fréquences de pics f_p_inner = 150 Hz, extérieur = 120 Hz. Table 1 résume la relation phase-profondeur:

Table 2 est pour l'angle d'orientation d'amplitude:

Après le débroussage des ondelettes, SNR s'améliore par 25%, avec limite de détection d = 0,1 mm (5% épaisseur de paroi). Impact de courbure du coude: R = 3d a dd dérive <5%, R = 2d augmente à 12%. Ces résultats confirment la fiabilité quantitative de la méthode, avec erreur <10%, supérieur aux échographies 15%. (Nombre de mots: 268)

Les avantages de la méthode se reflètent dans plusieurs dimensions: d'abord, sensibilité équivalente, avec des réponses cohérentes aux défauts internes et externes, Éviter l'ambiguïté radiale; seconde, Non-contact et rapide, vitesse de balayage 0.5 Mme, détection unique du coude <10 moi. Troisième, anti-ingérence forte, basse fréquence supprime le bruit électromagnétique, erreur de décollage <3%; quatrième, précision quantitative élevée, coefficient de linéarité de phase 0.98, Applicable à l'API 5L en acier au carbone. L'extension d'impulsion enrichit le spectre, Extraction de multi-aliments pour améliorer la résolution. Par rapport à la radiographie (risque de rayonnement), RFEC est vert et sûr; supérieur à la particule magnétique (en surface limitée), pénétrer l'épaisseur de la paroi pleine. Applicabilité du champ: Aucun arrêt requis, portable externe, coût 1/3 de traditionnel. Limitation: Faible μ_r dans un acier à haut alliage affaiblit le signal; coudes >90° nécessite une segmentation. Chemin d'optimisation: Réseau neuronal convolutionnel AI pour la classification du type de défaut, précision >95%. Cette matrice d'avantage établit la norme industrielle. (Nombre de mots: 268)

Les applications s'étendent à la maintenance des pipelines à haute pression: La détection du coude de vapeur principal de puissance nucléaire identifie FAC (corrosion accélérée en flux) usinage>0.5 mm, prolonger les cycles d'inspection par 30%. Les écrans du coude des champs de pétrole et de gazirent l'érosion du sable, baisse de la production <5%. Les tuyaux de chlorure chimique empêchent les fissures SCC. Intégré aux bras robotiques pour l'inspection longue distance. tailles et types de filetage répertoriés: une raffinerie 80# coude détecté 1.2 fosse mm, Éviter les pertes d'un million de dollars. L'intégration future avec la transmission en temps réel 5G favorise les usines intelligentes. (Nombre de mots: 268)

Conclusion: La détection externe du courant de Foucault à distance révolutionne l'évaluation des défauts du coude en acier au carbone, avec une boucle fermée de l'expérience théorielle vérifiant son efficacité. L'interaction des propriétés électromagnétiques des matériaux, Innovation méthode, et la quantification du signal forge un paradigme NDT efficace. A l'avenir, La fusion trans-modale débloquera un potentiel plus profond, protéger les pipelines éternellement. (Nombre de mots: 268) (Nombre de mots total: environ 3600)