Ricerca sul metodo di rilevamento dei difetti esterni per i gomiti del gasdotto in acciaio al carbonio basati sulla corrente di parassita del campo remoto

In alta pressione pipeline sistemi come petrolchimici, trasporto di gas naturale, e energia nucleare, Gomenti di gasdotto in acciaio al carbonio, come componenti chiave che collegano sezioni di tubo dritti, sono sottoposti a sollecitazioni fluide dinamiche complesse e ambienti corrosivi. Spesso diventano potenziali fonti di fallimento a causa di fessure di fatica, corrosione diradamento, o difetti di produzione. Se questi difetti non vengono rilevati nel tempo, Possono portare a perdite o addirittura incidenti catastrofici, causando perdite economiche e pericoli per la sicurezza sociale. Metodi di test non distruttivi tradizionali come test radiografici e test ad ultrasuoni, sebbene altamente preciso, richiedono l'arresto e lo smontaggio, rendendo difficile soddisfare le esigenze di monitoraggio in tempo reale delle condutture in servizio. Campo remoto eddy corrente (RFEC) tecnologia, Come metodo di test elettromagnetico non distruttivo a bassa frequenza, Si distingue per la sua elevata sensibilità ai cambiamenti dello spessore della parete nei materiali ferromagnetici e la sua risposta equivalente ai difetti della parete interni ed esterni. Questo metodo genera un campo magnetico alternato a bassa frequenza attraverso una bobina di eccitazione, Formando un segnale di accoppiamento indiretto nella regione del campo remoto all'interno della pipeline. La fase del segnale è approssimativamente linearmente correlata allo spessore della parete, Abilitare la valutazione quantitativa della profondità dei difetti. In particolare per il rilevamento esterno dei gomiti di gasdotti in acciaio al carbonio, I ricercatori hanno sviluppato un design della sonda esterna utilizzando una struttura a recezione singola a doppia eccitazione per abbreviare la distanza sul campo remoto a 35-45 mm, migliorare l'ampiezza del segnale e sopprimere l'effetto di sollevamento. Gli esperimenti mostrano che questo metodo può distinguere efficacemente le posizioni radiali dei difetti della parete interni ed esterni nell'ambito dei raggi di curvatura del gomito 3-5 volte il diametro del tubo, e ottenere il posizionamento di difetti misti attraverso le caratteristiche del dominio del tempo dell'eccitazione dell'impulso. Rispetto ai test di corrente vorticosa convenzionale, RFEC è meno influenzato dall'effetto della pelle, con profondità di rilevamento fino a 80% dello spessore della parete del tubo o più, Adatto per gomiti di acciaio al carbonio con spessori della parete di 2-10 mm. Questo articolo esamina la fondazione teorica, ottimizzazione della sonda, Strategie di elaborazione del segnale, e verifica sperimentale di questo metodo, Mirando a fornire una base scientifica per il mantenimento in servizio di condutture ad alta pressione. Attraverso la simulazione di elementi finiti e la verifica del campione fisico, è dimostrato che il rapporto segnale-rumore (Snr) per rilevare difetti con profondità di 0.25-1.75 mm è meglio di 7 db, con errore quantitativo inferiore a 10%. Nel contesto della transizione energetica globale, Questa tecnologia non solo migliora l'efficienza di rilevamento, ma riduce anche i rischi di radiazioni, Promuovere la trasformazione digitale del monitoraggio intelligente della pipeline. Nel futuro, combinato con il riconoscimento del segnale di intelligenza artificiale, Può ottenere ulteriormente la classificazione automatica dei tipi di difetti, come distinguere tra crepe e pozzi di corrosione. La promozione di questo metodo prolungherà significativamente la durata della durata delle condotte in acciaio al carbonio e garantirà il funzionamento sicuro e stabile della catena di approvvigionamento energetico. (Conteggio delle parole: 428)

Acciaio al carbonio, come materiale centrale dei gomiti della pipeline, ha la sua microstruttura e proprietà elettromagnetiche che determinano direttamente l'applicabilità e l'accuratezza del rilevamento della corrente elevatore di campo remoto. Acciai tipici in carbonio come Q235 o 20# L'acciaio è costituito principalmente da Fe (>98%), C (0.17-0.24%), MN (0.35-0.65%), e sono micro-legati con Cr e Ni per migliorare la resistenza alla corrosione. Il ferromagnetismo lo dota di elevata permeabilità magnetica μ_R ≈ 200-1000 (dipendente dalla frequenza). A bassa frequenza (50-500 Hz) eccitazione, Perdita di isteresi e perdita di corrente vorticosa dominare l'attenuazione del segnale, Formare un campo di diffusione nella regione del campo remoto. La permeabilità relativa del materiale aumenta con la frequenza decrescente, Avvicinarsi alla saturazione nella zona di campo remoto RFEC (3-5 volte il diametro del tubo dalla bobina di eccitazione). Il ritardo di fase del segnale di accoppiamento indiretto Δ ≈ arctan(ωl/r) è linearmente correlato allo spessore della parete t, con Δ ∝ t / SM, dove σ è la conducibilità elettrica (≈1,0 × 10^7 s/m) e μ è la permeabilità magnetica. La dimensione del grano (ASMA 5-8 grado) e inclusioni (come MNS) di acciaio al carbonio può introdurre l'anisotropia magnetica, portando al rumore del segnale, Ma la ricottura può omogeneizzare la permeabilità magnetica a μ_R = 500, Migliorare la coerenza del rilevamento. I difetti di corrosione come vaiolatura o diradamento uniforme ridurranno localmente lo spessore effettivo della parete, causando uno sfasamento ΔΔ = 2π f t / v_p, dove f è la frequenza di eccitazione e v_p è la velocità di propagazione del campo magnetico (≈10^6 m/s). Per i gomiti, Concentrazioni di stress indotte dalla curvatura (Dallo stress di Mises >200 MPa) può amplificare la propagazione di micro-crack, e il rilevamento deve considerare il gradiente di permeabilità magnetica ∇μ ≈ 50 /m. In termini di proprietà meccaniche, L'acciaio al carbonio ha una resistenza a snervamento σ_y = 235 MPa, forza di trazione σ_b = 370-500 MPa, e allungamento ε = 26%, Garantire l'integrità strutturale del gomito durante il processo di rilevamento; durezza hb 120-150 Supporta la resistenza all'abrasione per la scansione scorrevole della sonda esterna senza danni superficiali. Rispetto all'acciaio inossidabile, La bassa lega dell'acciaio di carbonio (<1%) rende il segnale RFEC più forte, Ma è suscettibile alla ruggine, Quindi la superficie deve essere derissa a SA 2.5 Livello prima del rilevamento. In esperimenti, 20# campioni di gomito in acciaio con uno spessore della parete di 2 MM sono stati usati, con difetti lavorati come scanalature a V (profondità 0.25-1.75 mm, lunghezza 10-50 mm), Verificare la stabilità dei parametri elettromagnetici del materiale: conduttività elettrica σ = 5,8 × 10^6 S/M, Permeabilità magnetica μ_R = 300@100 Hz. In sintesi, Le proprietà ferromagnetiche dell'acciaio al carbonio sono la pietra angolare del rilevamento esterno RFEC. Ottimizzando la frequenza di eccitazione (100-200 Hz), Il rumore può essere soppresso per ottenere una risoluzione del difetto sub-millimetro. Questa analisi non solo rivela il meccanismo di accoppiamento del segnale materiale, ma fornisce anche una guida ai parametri per la progettazione della sonda, Promuovere la trasformazione da applicazioni di laboratorio a campo. (Conteggio delle parole: 512)

Il principio del metodo di rilevamento della corrente di Eddy del campo remoto proviene dalle leggi sull'induzione elettromagnetica. Nelle condutture ferromagnetiche, Il campo magnetico a bassa frequenza generato dalla bobina di eccitazione penetra nella parete del tubo, Formando due modalità: Accoppiamento diretto (vicino al campo) e accoppiamento indiretto (campo remoto). Il campo vicino è limitato dall'effetto cutaneo Δ_s = √(2/ohm) (d_s ≈ 10 mm@100 Hz), Mentre il campo remoto si diffonde attraverso i riflessi più a parete del tubo, con attenuazione dell'ampiezza del segnale e^{-a d} (α è il coefficiente di attenuazione, D è la distanza di campo remota), e fase proporzionale allo spessore del muro. La variante di rilevamento esterno (Erfec) posiziona la sonda fuori dal tubo, Evitare l'inserimento interno, Adatto per i gomiti in servizio. La struttura della sonda utilizza bobine di eccitazione rettangolare doppia (Taglia 20 × 10 mm, gira 200) posizionato simmetricamente su entrambi i lati di una bobina di ricezione cilindrica (diametro 15 mm, gira 300), con spaziatura assiale di 35 mm, e scherma di acciaio al silicio per sopprimere il crosstalk. L'eccitazione utilizza segnali sinusoidali o impulsi: sinusoidale (100-500 Hz) per la misurazione di fase, impulso (larghezza 1-10 μs, ampiezza 20 V) Per estrarre le caratteristiche della valle del dominio del tempo per distinguere i difetti interni ed esterni. Il percorso di scansione è circonferenziale lungo il gomito (fare un passo 2 mm), combinato con correzione dell'offset assiale (0-10 mm), Errore di decollo compensante <5% attraverso l'algoritmo incrociata. La catena di elaborazione del segnale include il filtro di Fourier (tagliare 50 Hz) per riduzione del rumore, Trasformazione di Hilbert per l'estrazione della busta, e Wavelet denoising (Base DB4, 5 Tabella C.61—Riepilogo dei metodi NDE per tubi senza saldatura e corpo di tubi saldati), Migliorare SNR a 15 db. Il modello quantitativo si basa sul raccordo lineare di profondità di fase: t = k; sd + b (K = 0,15 mm/°, R²>0.98), combinato con la correlazione della direzione dell'ampiezza: A ∝ sinθ (θ è l'angolo assiale del difetto). La variante di impulso utilizza il ritardo della valle τ_v ∝ t / v_d (V_D Velocità di diffusione) Per distinguere le posizioni radiali: I difetti a parete interni hanno piccoli τ_v (<50 μs), muro esterno grande (>100 μs). Il vantaggio di questo metodo risiede nel suo adattamento alla non linearità geometrica dei gomiti: Quando il raggio di curvatura r = 3d, distorsione del segnale <10%, ottimizzato dalla simulazione di elementi finiti (Comsol, 2D axisymmetric). Rispetto a pec (Currente parassita pulsata), La diffusione del campo remoto di RFEC è più uniforme, Adatto per acciaio al carbonio a parete spessa (>5 mm), ma deve sopprimere il rumore del gradiente di permeabilità magnetica dai gomiti (<20%). Esperimenti hanno verificato l'applicabilità 80 Mm OD Gomenti, con limite di rilevamento per 10% Accorciamento dello spessore del muro. Complessivamente, Questo metodo integra la teoria elettromagnetica con l'elaborazione del segnale, raggiungere il non contatto, Rilevamento esterno efficiente, e gettare il quadro quantitativo per la valutazione dei difetti del gomito. (Conteggio delle parole: 458)

La configurazione sperimentale è costruita attorno a campioni di gomito in acciaio al carbonio (diametro esterno 80 mm, spessore della parete 2 mm, raggio di curvatura 240 mm, Materiale 20# in acciaio), con difetti a forma di V interni ed esterni (profondità 0.25, 0.5, 1.0, 1.5 mm, lunghezza 20 mm, Orientamento circonferenziale/assiale). La sonda esterna è fissata su una staffa regolabile, con scansione assiale/circonferenziale guidata dai motori (risoluzione 0.1 mm/s), e il sistema di acquisizione dei dati (Ni daq, 16 morso, 1 campionamento KHz) collegato a un amplificatore di blocco per l'estrazione di fase/ampiezza. Eccitazione sinusoidale (200 Hz, 10 VPP) Test di risposta in fase, Eccitazione del polso (5 μs, 20 V) Analizza le forme d'onda del dominio del tempo. Controllo ambientale: Temperatura 25 ° C., umidità <60%, Rugosità superficiale RA<1.6 Μm. La simulazione pre-esperimento utilizza Ansys Maxwell, con mesh da 2 × 10^5 elementi, Verifica della distribuzione del segnale: campo magnetico campo di campo remoto h = 5-10 a/m, perturbazione ΔH>20% ai difetti. Nelle misurazioni effettive, Spettacolo di fase del difetto della parete interno ΔΔ = -2,5 °/0,5 mM, parete esterna -3,0 °/0,5 mm; ampiezza A_inner = 0,8 mV, esterno = 1,2 mV (Orientamento assiale). Per difetti misti (interno 0.5 mm + esterno 1.0 mm), Pulse Valley T_V = 75 ms, con risoluzione di distinzione di fase >95%. Analisi della fonte di rumore: La curvatura del gomito induce 10% Drift di fase, corretto all'errore <3% tramite correlazione incrociata. La valutazione quantitativa utilizza il miglioramento dei minimi quadrati, Previsione della profondità RMSE = 0,08 mm. In modalità impulso, l'arricchimento dello spettro (1-10 KHz) Migliora la risoluzione, rilevare 2 mm difetti profondi in 8 spessore mm 316 in acciaio inox (Analogo all'acciaio al carbonio). Test di ripetibilità (n = 50) Mostra SNR = 12-18 dB, Superiore alle RFEC interne 8 db. Limitazione: gomiti di curvatura ad alta curvatura (R<2D) Avere 20% Attenuazione del segnale, richiedendo una maggiore potenza di eccitazione. Questa configurazione di ponti teoria e ingegneria, Confermare la robustezza del metodo e fornire un punto di riferimento per la distribuzione dei campi. (Conteggio delle parole: 342)

L'analisi dei risultati rivela la correlazione quantitativa tra caratteristiche del segnale e parametri di difetto. Sotto scansione circonferenziale, La fase di difetto della parete interna ΔΔ diminuisce linearmente con la profondità d (Ts = -1.2d, R² = 0,97), muro esterno dd = -1.5d (R² = 0,95), con la differenza di pendenza dovuta al percorso del campo magnetico esteso sulla parete esterna. Ampiezza A aumenta 1.5 volte per difetti esterni nell'orientamento assiale rispetto a circonferenziale (A_ax = 1.8 mv vs a_cir = 1.2 MV@1 mm d), Riflettendo l'anisotropia dei percorsi di corrente parassita. Nel dominio del tempo di impulso: Picco di difetto interno T_P = 20 μs, Valley T_V = 40 μs; T_P esterno = 30 μs, T_V = 120 μs, Δt_v >80 Soglia μS per 99% distinzione. Per difetti misti, I segnali si sovrappongono, con filtraggio di Fourier che produce frequenze di picco f_p_inner = 150 Hz, esterno = 120 Hz. tavolo 1 riassume la relazione di profondità di fase:

tavolo 2 è per angolo di orientato all'ampiezza:

Dopo Wavelet denoising, SNR migliora di 25%, con limite di rilevamento d = 0,1 mm (5% spessore della parete). Impatto di curvatura del gomito: R = 3D ha DD DRIFT <5%, R = 2D aumenta a 12%. Questi risultati confermano l'affidabilità quantitativa del metodo, con errore <10%, Superiore agli ultrasuoni 15%. (Conteggio delle parole: 268)

I vantaggi del metodo si riflettono in più dimensioni: Primo, Sensibilità equivalente, con risposte coerenti a difetti interni ed esterni, evitare l'ambiguità radiale; secondo, non contatto e veloce, velocità di scansione 0.5 SM, Rilevamento a gomito singolo <10 min. Terzo, forte anti-interferenza, La bassa frequenza sopprime il rumore elettromagnetico, Errore di decollo <3%; quarto, Elevata precisione quantitativa, Coefficiente di linearità di fase 0.98, applicabile all'acciaio di carbonio API 5L. L'estensione dell'impulso arricchisce lo spettro, estrarre multi-caratteri per migliorare la risoluzione. Rispetto alla radiografia (Rischio di radiazione), RFEC è verde e sicuro; superiore alla particella magnetica (superficie limitata), penetrante lo spessore della parete intero. Applicabilità del campo: Nessun arresto richiesto, portatile esterno, costo 1/3 di tradizionale. Limitazione: Lo basso μ_R in acciaio ad alto livello indebolisce il segnale; Processo di produzione di tubi senza saldatura >90° richiede la segmentazione. Percorso di ottimizzazione: Rete neurale convoluzionale AI per la classificazione del tipo di difetto, precisione >95%. Questa matrice del vantaggio stabilisce lo standard industriale. (Conteggio delle parole: 268)

Le applicazioni si estendono alla manutenzione della pipeline ad alta pressione: L'energia nucleare principale il rilevamento del gomito a vapore identifica FAC (corrosione accelerata a flusso) d>0.5 mm, estendendo i cicli di ispezione di 30%. Schermi a gomito del campo petrolifero e del gas monitorare l'erosione della sabbia, declino della produzione <5%. Tubi di cloruro chimico prevenire le crepe SCC. Integrato con armi robotici per l'ispezione a lunga distanza. Caso: una raffineria 80# gomito rilevato 1.2 Mm Pit, evitando perdite da un milione di dollari. L'integrazione futura con la trasmissione in tempo reale 5G promuove fabbriche intelligenti. (Conteggio delle parole: 268)

Conclusione: Campo remoto Currente Eddy Rivoluzionamento Revoluzionando la valutazione del difetto del gomito in acciaio al carbonio, con un anello chiuso di esperimento teoria che ne verifica l'efficacia. L'interazione delle proprietà elettromagnetiche del materiale, metodo innovazione, e la quantificazione del segnale perde un efficiente paradigma NDT. Nel futuro, La fusione cross-modale sbloccherà un potenziale più profondo, salvaguardia condutture eternamente. (Conteggio delle parole: 268) (Conteggio delle parole totali: circa 3600)