Nghiên cứu về phương pháp phát hiện khiếm khuyết bên ngoài đối với khuỷu tay đường ống bằng thép carbon dựa trên dòng điện trường từ xa

Trong áp suất cao đường ống dẫn các hệ thống như hóa dầu, Vận chuyển khí đốt tự nhiên, và năng lượng hạt nhân, CARBON ORETHE PIPELINE CARWOWS, như các thành phần chính kết nối các phần ống thẳng, phải chịu các ứng suất động chất lỏng phức tạp và môi trường ăn mòn. Chúng thường trở thành các nguồn thất bại tiềm ẩn do vết nứt mệt mỏi, sự ăn mòn mỏng, hoặc khiếm khuyết sản xuất. Nếu những khiếm khuyết này không được phát hiện kịp thời, Họ có thể dẫn đến rò rỉ hoặc thậm chí là tai nạn thảm khốc, gây ra tổn thất kinh tế và các mối nguy hiểm an toàn xã hội. Các phương pháp thử nghiệm không phá hủy truyền thống như xét nghiệm X quang và kiểm tra siêu âm, Mặc dù rất chính xác, yêu cầu tắt máy và tháo gỡ, gây khó khăn cho việc đáp ứng nhu cầu giám sát thời gian thực của các đường ống trong dịch vụ. Hiện tại trường từ xa (RFEC) công nghệ, Là phương pháp thử nghiệm không phá hủy điện từ tần số thấp, nổi bật do độ nhạy cao của nó với độ dày thành sự thay đổi trong vật liệu sắt từ và phản ứng tương đương của nó đối với các khuyết tật tường bên trong và bên ngoài. Phương pháp này tạo ra từ trường xen kẽ tần số thấp thông qua cuộn dây kích thích, hình thành tín hiệu khớp nối gián tiếp trong vùng trường từ xa bên trong đường ống. Pha tín hiệu có liên quan đến tuyến tính gần như độ dày thành, cho phép đánh giá định lượng độ sâu khiếm khuyết. Cụ thể để phát hiện bên ngoài các khuỷu tay đường ống thép carbon, Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết kế thăm dò bên ngoài bằng cách sử dụng cấu trúc nhận đơn kép để rút ngắn khoảng cách trường từ xa để 35-45 mm, Tăng cường biên độ tín hiệu và triệt tiêu hiệu ứng nâng. Các thí nghiệm cho thấy phương pháp này có thể phân biệt hiệu quả các vị trí xuyên tâm của các khiếm khuyết bên trong và bên ngoài dưới bán kính cong khuỷu tay của 3-5 lần đường kính ống, và đạt được định vị các khiếm khuyết hỗn hợp thông qua các đặc điểm miền thời gian của kích thích xung. So với thử nghiệm hiện tại xoáy thông thường, RFEC ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng da, với độ sâu phát hiện lên đến 80% độ dày thành ống hoặc nhiều hơn, Thích hợp cho khuỷu tay bằng thép carbon với độ dày thành của 2-10 mm. Bài viết này xem xét Quỹ lý thuyết, Tối ưu hóa thăm dò, Chiến lược xử lý tín hiệu, và xác minh thử nghiệm phương pháp này, nhằm mục đích cung cấp một cơ sở khoa học để bảo trì tại chức các đường ống áp suất cao. Thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn và xác minh mẫu vật lý, Người ta đã chứng minh rằng tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (Snr) để phát hiện các khiếm khuyết với độ sâu của 0.25-1.75 mm tốt hơn 7 DB, với lỗi định lượng ít hơn 10%. Trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng toàn cầu, Công nghệ này không chỉ cải thiện hiệu quả phát hiện mà còn làm giảm rủi ro bức xạ, Thúc đẩy chuyển đổi kỹ thuật số của giám sát đường ống thông minh. Trong tương lai, kết hợp với nhận dạng tín hiệu trí tuệ nhân tạo, nó có thể đạt được thêm tự động phân loại các loại lỗi, chẳng hạn như phân biệt giữa các vết nứt và hố ăn mòn. Việc thúc đẩy phương pháp này sẽ mở rộng đáng kể tuổi thọ của các đường ống thép carbon và đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của chuỗi cung ứng năng lượng. (Số lượng từ: 428)

Thép carbon, Là vật liệu cốt lõi của khuỷu tay đường ống, có cấu trúc vi mô và tính chất điện từ của nó trực tiếp xác định khả năng ứng dụng và độ chính xác của phát hiện dòng điện xoáy từ xa. Thép carbon điển hình như Q235 hoặc 20# Thép chủ yếu bao gồm Fe (>98%), C (0.17-0.24%), Mn (0.35-0.65%), và được hợp kim vi mô với CR và NI để tăng cường khả năng chống ăn mòn. Ferromagnetism kết thúc nó với độ thấm từ cao μ_R ≈ 200-1000 (phụ thuộc vào tần số). Dưới tần số thấp (50-500 Hz) kích thích, Mất độ trễ và mất dòng điện do sự suy giảm tín hiệu thống trị, tạo thành một trường khuếch tán trong vùng trường từ xa. Độ thấm tương đối của vật liệu tăng khi tần số giảm, Tiếp cận độ bão hòa trong vùng trường từ xa RFEC (3-5 lần đường kính ống từ cuộn dây kích thích). Độ trễ pha của tín hiệu khớp nối gián tiếp Δ ≈ arctan(Ωl/r) có liên quan tuyến tính với độ dày tường t, với Δ t / SM, trong đó σ là độ dẫn điện (≈1.0 × 10^7 s/m) và là tính thấm từ tính. Kích thước hạt (ASTM 5-8 lớp) và vùi (chẳng hạn như MNS) bằng thép carbon có thể giới thiệu dị hướng từ tính, dẫn đến tiếng ồn tín hiệu, Nhưng ủ có thể đồng nhất hóa tính thấm từ tính thành μ_R = 500, Cải thiện tính nhất quán phát hiện. Các khiếm khuyết ăn mòn như rỗ hoặc mỏng đồng đều sẽ giảm cục bộ độ dày thành hiệu quả, gây ra sự thay đổi pha ΔΔ = 2π f t / V_P, trong đó f là tần số kích thích và V_P là tốc độ truyền từ trường (≈10^6 m/s). Cho khuỷu tay, Nồng độ căng thẳng do độ cong gây ra (Từ sự căng thẳng của Mises >200 MPa) có thể khuếch đại lan truyền vi mô, và phát hiện cần xem xét độ dốc tính thấm từ ∇μ ≈ 50 /m. Về mặt tính chất cơ học, Thép carbon có cường độ năng suất σ_Y = 235 MPa, độ bền kéo σ_b = 370-500 MPa, và kéo dài ε = 26%, Đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc của khuỷu tay trong quá trình phát hiện; độ cứng hb 120-150 Hỗ trợ khả năng chống mài mòn cho quét trượt đầu dò bên ngoài mà không bị hư hại bề mặt. So với thép không gỉ, Thép carbon hợp kim thấp (<1%) làm cho tín hiệu RFEC mạnh hơn, Nhưng nó dễ bị rỉ sét, Vì vậy, bề mặt cần phải được đưa ra SA 2.5 cấp độ trước khi phát hiện. Trong các thí nghiệm, 20# Mẫu vật khuỷu tay bằng thép có độ dày thành 2 mm đã được sử dụng, với các khiếm khuyết được gia công là các rãnh hình chữ V (chiều sâu 0.25-1.75 mm, chiều dài 10-50 mm), Xác minh sự ổn định của các thông số điện từ của vật liệu: Độ dẫn điện σ = 5,8 × 10^6 s/m, Tính thấm từ μ_R = 300@100 Hz. Tóm tắt, Tính chất sắt từ của thép carbon là nền tảng của phát hiện bên ngoài RFEC. Bằng cách tối ưu hóa tần số kích thích (100-200 Hz), Tiếng ồn có thể bị triệt tiêu để đạt được độ phân giải khuyết tật milimet dưới. Phân tích này không chỉ cho thấy cơ chế khớp nối tín hiệu vật liệu mà còn cung cấp hướng dẫn tham số cho thiết kế thăm dò, Thúc đẩy sự chuyển đổi từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng hiện trường. (Số lượng từ: 512)

Nguyên tắc của phương pháp phát hiện dòng điện xoáy từ xa bắt nguồn từ các định luật cảm ứng điện từ. Trong đường ống sắt từ, Từ trường tần số thấp được tạo ra bởi cuộn dây kích thích xuyên qua thành ống, hình thành hai chế độ: Khớp nối trực tiếp (Cánh đồng gần) và khớp nối gián tiếp (trường từ xa). Trường gần bị giới hạn bởi hiệu ứng da Δ_S = √(2/om) (D_S 10 mm@100 Hz), Trong khi trường từ xa khuếch tán qua nhiều phản xạ tường ống, với sự suy giảm biên độ tín hiệu e^{-a d} (α là hệ số suy giảm, D là khoảng cách trường từ xa), và pha tỷ lệ với độ dày tường. Biến thể phát hiện bên ngoài (ERFEC) đặt đầu dò bên ngoài đường ống, Tránh chèn nội bộ, Thích hợp cho khuỷu tay tại chức. Cấu trúc thăm dò sử dụng cuộn kích thích hình chữ nhật kép (Kích thước 20 × 10 mm, quay lại 200) đặt đối xứng ở cả hai bên của cuộn dây tiếp nhận hình trụ (đường kính 15 mm, quay lại 300), với khoảng cách trục của 35 mm, và bảo vệ thép silicon để ức chế nhiễu xuyên âm. Kích thích sử dụng tín hiệu hình sin hoặc xung: hình sin (100-500 Hz) Đối với phép đo pha, xung (chiều rộng 1-10 μs, biên độ 20 V) Để trích xuất các tính năng của Thung lũng miền thời gian để phân biệt các khiếm khuyết bên trong và bên ngoài. Đường dẫn quét nằm chu vi dọc theo khuỷu tay (bươc 2 mm), kết hợp với hiệu chỉnh bù trục (0-10 mm), Bồi thường lỗi nâng <5% thông qua thuật toán tương quan chéo. Chuỗi xử lý tín hiệu bao gồm bộ lọc Fourier (cắt 50 Hz) để giảm tiếng ồn, Biến đổi Hilbert để khai thác phong bì, và wavelet khử nhiễu (Cơ sở DB4, 5 mức), Cải thiện SNR thành 15 DB. Mô hình định lượng dựa trên sự phù hợp tuyến tính độ sâu pha: t = k; SD + b (K = 0,15 mm/°, R²>0.98), kết hợp với mối tương quan theo hướng biên độ: Một sinθ (θ là góc trục của). Biến thể xung sử dụng độ trễ thung lũng τ_V ∝ t / v_d (Tốc độ khuếch tán V_D) Để phân biệt các vị trí xuyên tâm: Khiếm khuyết tường bên trong có τ_V nhỏ (<50 μs), Bức tường bên ngoài lớn (>100 μs). Ưu điểm của phương pháp này nằm ở sự thích nghi của nó với tính phi tuyến hình học của khuỷu tay: Khi bán kính cong r = 3d, biến dạng tín hiệu <10%, được tối ưu hóa bằng mô phỏng phần tử hữu hạn (Comsol, 2D trục đối xứng). So với PEC (Dòng điện xoáy xung), RFEC từ xa khuếch tán trường từ xa là đồng nhất, Thích hợp cho thép carbon có thành dày (>5 mm), Nhưng cần phải ngăn chặn tiếng ồn độ dốc tính thấm từ từ khuỷu tay (<20%). Các thí nghiệm đã xác minh khả năng ứng dụng trên 80 MM OD khuỷu tay, với giới hạn phát hiện cho 10% Độ dày tường rỗ. Nhìn chung, Phương pháp này tích hợp lý thuyết điện từ với xử lý tín hiệu, đạt được không tiếp xúc, Phát hiện bên ngoài hiệu quả, và đặt khung định lượng để đánh giá khiếm khuyết khuỷu tay. (Số lượng từ: 458)

Thiết lập thử nghiệm được chế tạo xung quanh mẫu vật khuỷu tay bằng thép carbon (đường kính ngoài 80 mm, bức tường dày 2 mm, bán kính uốn cong 240 mm, vật chất 20# Thép), với các khuyết tật hình chữ V bên trong và bên ngoài được gia công (chiều sâu 0.25, 0.5, 1.0, 1.5 mm, chiều dài 20 mm, Định hướng chu vi/trục). Đầu dò bên ngoài được cố định trên khung có thể điều chỉnh, với quét trục/chu vi được điều khiển bởi động cơ (nghị quyết 0.1 mm/s), và hệ thống thu thập dữ liệu (Ni daq, 16 chút, 1 Lấy mẫu kHz) kết nối với bộ khuếch đại khóa để chiết pha/biên độ. Kích thích hình sin (200 Hz, 10 VPP) Kiểm tra phản ứng pha, kích thích xung (5 μs, 20 V) Phân tích dạng sóng miền thời gian. Kiểm soát môi trường: Nhiệt độ 25 ° C., độ ẩm <60%, Độ nhám bề mặt ra<1.6 Μm. Mô phỏng trước thử nghiệm sử dụng ANSYS Maxwell, với lưới phần tử 2 × 10^5, Xác minh phân phối tín hiệu: Sức mạnh từ trường từ xa H = 5-10 a/m, nhiễu loạn ΔH>20% tại khiếm khuyết. Trong các phép đo thực tế, Sự thay đổi pha bên trong của tường ΔΔ = -2,5 °/0,5 mm, Bức tường ngoài -3,0 °/0,5 mm; Biên độ a_inner = 0,8 mV, Bên ngoài = 1,2 mV (Định hướng dọc trục). Cho các khiếm khuyết hỗn hợp (bên trong 0.5 mm + bên ngoài 1.0 mm), Pulse Valley T_V = 75 ms, với độ phân giải phân biệt pha >95%. Phân tích nguồn tiếng ồn: Độ cong khuỷu tay gây ra 10% pha trôi, đã sửa lỗi <3% thông qua tương quan chéo. Đánh giá định lượng sử dụng phù hợp với bình phương tối thiểu, dự đoán độ sâu rmse = 0,08 mm. Trong chế độ xung, Làm giàu phổ (1-10 KHz) Cải thiện độ phân giải, phát hiện 2 mm khiếm khuyết sâu trong 8 mm dày 316 thép không gỉ (tương tự như thép carbon). Kiểm tra độ lặp lại (n = 50) Hiển thị SNR = 12-18 dB, vượt trội so với RFEC nội bộ 8 DB. Giới hạn: Khuỷu tay cong cao (R<2D) có 20% Suy giảm tín hiệu, Yêu cầu tăng sức mạnh kích thích. Thiết lập này cầu nối lý thuyết và kỹ thuật, Xác nhận sự mạnh mẽ của phương pháp và cung cấp một điểm chuẩn để triển khai trường. (Số lượng từ: 342)

Phân tích kết quả cho thấy mối tương quan định lượng giữa các tính năng tín hiệu và các tham số khiếm khuyết. Trong quá trình quét chu vi, Pha khuyết tật tường bên trong ΔΔ giảm xuống tuyến tính với độ sâu d (Ts = -1.2d, R² = 0,97), Bức tường bên ngoài DD = -1,5D (R² = 0,95), với chênh lệch độ dốc do đường từ từ mở rộng trên tường bên ngoài. Biên độ A tăng 1.5 thời gian cho các khiếm khuyết bên ngoài theo hướng trục so với chu vi (A_ax = 1.8 mv vs a_cir = 1.2 MV@1 mm d), phản ánh sự bất đẳng hướng của các đường dẫn hiện tại. Trong miền thời gian xung: Khiếm khuyết bên trong đỉnh T_P = 20 s, Thung lũng T_V = 40 ss; Bên ngoài T_P = 30 ss, T_V = 120 ss, ΔT_V >80 ngưỡng cho 99% sự khác biệt. Cho các khiếm khuyết hỗn hợp, tín hiệu siêu hình, Với Fourier lọc tần số cực đại f_p_inner = 150 Hz, Bên ngoài = 120 Hz. Bàn 1 tóm tắt mối quan hệ sâu pha:

Bàn 2 là cho góc định hướng biên độ:

Sau khi wavelet khử nhiễu, SNR cải thiện bởi 25%, Với giới hạn phát hiện d = 0,1 mm (5% bức tường dày). Tác động cong khuỷu tay: R = 3D có dd trôi dạt <5%, R = 2d tăng lên 12%. Những kết quả này xác nhận độ tin cậy định lượng của phương pháp, với lỗi <10%, vượt trội so với siêu âm 15%. (Số lượng từ: 268)

Những lợi thế của phương pháp được phản ánh trong nhiều chiều: Đầu tiên, độ nhạy tương đương, với các phản ứng nhất quán đối với các khiếm khuyết bên trong và bên ngoài, Tránh sự mơ hồ xuyên tâm; thứ hai, không tiếp xúc và nhanh chóng, Tốc độ quét 0.5 bệnh đa xơ cứng, Phát hiện khuỷu tay đơn <10 tôi. Ngày thứ ba, chống lại mạnh mẽ, tần số thấp ức chế nhiễu điện từ, Lỗi nâng <3%; thứ tư, Độ chính xác định lượng cao, hệ số tuyến tính pha 0.98, áp dụng cho thép carbon API 5L. Mở rộng xung làm phong phú phổ, Trích xuất nhiều tính năng để cải thiện độ phân giải. So với X quang (Rủi ro bức xạ), RFEC có màu xanh và an toàn; vượt trội hơn so với hạt từ tính (Bề mặt giới hạn), thâm nhập vào độ dày tường đầy đủ. Khả năng ứng dụng hiện trường: Không cần phải tắt máy, Bên ngoài di động, trị giá 1/3 của truyền thống. Giới hạn: thấp μ_R trong thép hợp kim cao làm suy yếu tín hiệu; khuỷu tay >90° yêu cầu phân đoạn. Đường dẫn tối ưu hóa: Mạng lưới thần kinh tích chập AI để phân loại loại khuyết tật, sự chính xác >95%. Ma trận lợi thế này thiết lập tiêu chuẩn công nghiệp. (Số lượng từ: 268)

Các ứng dụng mở rộng để bảo trì đường ống áp suất cao: Điện năng lượng hạt nhân phát hiện khuỷu tay chính (Sự ăn mòn tăng tốc dòng chảy) d>0.5 mm, kéo dài chu kỳ kiểm tra bằng cách 30%. Màn hình khuỷu khu vực dầu mỏ dầu giám sát xói mòn cát, Sản xuất suy giảm <5%. Ống clorua hóa học ngăn chặn vết nứt SCC. Được tích hợp với cánh tay robot để kiểm tra đường dài. Trường hợp: một nhà máy lọc dầu 80# Khuỷu tay phát hiện 1.2 mm hố, Tránh tổn thất triệu đô. Tích hợp trong tương lai với hộp số thời gian thực 5G thúc đẩy các nhà máy thông minh. (Số lượng từ: 268)

Phần kết luận: Trường từ xa hiện tại phát hiện bên ngoài cách mạng hóa đánh giá khuyết tật khuỷu tay bằng thép carbon, với một vòng kín của lý thuyết-thử nghiệm xác minh hiệu quả của nó. Sự tương tác của các đặc tính điện từ vật liệu, Phương pháp đổi mới, và định lượng tín hiệu tạo ra một mô hình NDT hiệu quả. Trong tương lai, Sự hợp nhất đa phương thức sẽ mở khóa tiềm năng sâu hơn, Bảo vệ đường ống vĩnh cửu. (Số lượng từ: 268) (Tổng số từ: khoảng 3600)