Вихретоковые матрицы (TECA) для контроля углеродистых сталей

Почему именно вихретоковые матрицы?

Очевидные недостатки капиллярного и магнитно-порошкового методов контроля известны давно:

• чистота контролируемой поверхности должна быть достаточно высокой, любое покрытие должно быть удалено;
• скорость контроля невысока из-за затрат времени на такие сопутствующие процессы, как снятие покрытия, зачистка зоны контроля, обработка обезжиривающими составами, удаление материалов контроля, восстановление покрытия.
• оба метода являются индикаторными и не позволяют в полной мере судить о точных размерах и опасности выявленных дефектов. Самый яркий пример – КРН.
• в момент проведения контроля применяются ядовитые химические материалы, опасные для здоровья.

Использование вихретоковых матриц позволяет полностью отказаться от перечисленных выше методов контроля со всеми их недостатками. Наиболее емкие области применения - нефтегазовая промышленность, судостроение, ветряные электростанции, инфраструктура, и др.

Вихретоковый дефектоскоп Reddy

Самым современным дефектоскопом с технологией вихретоковых матриц является Reddy от компании Eddyfi, Канада (рис. 2.). При его разработке компания Eddyfi прислушивалась к пожеланиям дефектоскопистов всего мира, их опыту и знаниям, и старалась максимально полно реализовать все технические запросы в своем новом приборе.

Рисунок 2. Вихретоковый дефектоскоп Reddy.

Reddy – мобильный дефектоскоп, имеет малый вес и герметичный корпус с противоударными бамперами. Управляется при помощи ОС Windows . Вся информация хранится на твердотельном жестком диске объемом 100 гигабайт. Для загрузки или выгрузки информации (настроек, результатов контроля) предусмотрены стандартные выходы USB. Есть возможность подключения прибора напрямую к компьютеру через кабель Ethernet, и выводу изображения на дисплей через интерфейс HDMI. Управление прибором можно осуществлять с помощью сенсорного экрана или кнопок вокруг него.

За корректную работу и упорядоченное поведение  всех вихретоковых катушек отвечает высокоскоростной программируемый мультиплексор, встроенный в прибор

Гибкая вихретоковая матрица I-Flex

Reddy поддерживает все матричные преобразователи производства компании Eddyfi, в том числе преобразователи серии I-Flex, предназначенные для контроля объектов сложной формы. Эти преобразователи на основе гибких матриц заслуживают отдельного внимания (рис. 3).  

Рисунок 3. Гибкая матрица (I-Flex).

Матрица подстраивается под геометрию контролируемой поверхности и полностью повторяет ее форму. Дефектоскописту в работе более не потребуется профессиональная сноровка, без которой ранее было не обойтись в случае использования преобразователей карандашного типа.

В зависимости от модели преобразователя, применяются цилиндрические катушки диаметром от 2 до 6 мм, что обеспечивает высокую  разрешающую способность. Серийно выпускаются преобразователи с количеством катушек от 16 до 128. (рис. 4.)

Глубина проникновения вихревых токов в стали составляет до 5.0 мм 

Рисунок 4.Схема установки катушек на рабочей поверхности преобразователя

Наиболее востребованным применением вихретокового контроля с матричными преобразователями является поиск и картографирование стресс-коррозионных поражений (КРН) в теле металла (рис. 5) Развитие данного типа дефектов крайне трудно выявляется традиционными методами, однако именно КРН является причиной многочисленных аварий на магистральных газопроводах, как в России, так и во всем мире. Статистика утверждает, что в случае несвоевременного обнаружения (или пропуска) развивающегося очага стресс-коррозии, учитывая стабильно высокое давление в магистральной газовой трубе, данный дефект несомненно приведет к порыву и «раскрытию» трубопровода на данном участке. 

Рисунок 5. Поиск зон КРН на трубопроводах различного диаметра

При оценке эффективности вихретоковых матриц для поиска КРН, было проведено множество экспериментов, предлагаем Вашему вниманию один из них. В данном случае использовался образец, вырезанный из куска стальной трубы, в котором за годы эксплуатации развилась зона КРН (рис. 6). Образец был проконтролирован гибкой матрицей I-Flex за один проход. Результат контроля в виде C-скана наглядно свидетельствует о наличии скопления дефектов. Очевидно, что при таком уровне визуализации данных и скорости контроля, производительность дефектоскописта и достоверность его результатов значительно превосходят традиционные методы НК. 

Рисунок 6. Образец стенки трубы.

Результаты контроля  записываются в массив данных, и равно пригодны как для первичной экспресс-оценки (отбраковки) прямо на объекте контроле, так и для глубокого пост-анализа на ПК с дальнейшим формированием отчета и вывода на печать.

Преобразователи Sharck

Также стоит обратить внимание на преобразователи, которые разработаны специально для контроля высокоуглеродистых стальных сварных соединений и околошовной зоны.

Матрица в этих преобразователях содержит не только традиционные вихретоковые катушки, но и тангенциальные (TECA). Ось  обмотки тангенциальных  катушек располагается  параллельно  сканируемой поверхности (рис. 7).  Тангенциальные  катушки  генерируют вихретоковый  поток, протекающий параллельно поверхности. Очень высокая проникающая способность позволяет эффективнее измерять глубину залегания больших трещин.

Рисунок 7. Тангенциальные катушки.

Серия преобразователей с технологией TECA является запатентованной разработкой компании Eddyfi и называется Schark.  Они выполнены таким образом, чтобы можно было контролировать валик шва любой высоты (рис. 8). Каждый  подпружиненный  элемент  в  преобразователе состоит  из  трех  катушек: две  из  них тангенциальные - одна  возбуждающая,  другая  принимающая. Третья традиционная катушка для обнаружения поперечных оси сканирования трещин.

Рисунок 8. Преобразователь Sharck (TECA).

Комплексная работа всех катушек, создающих в матрице единый массив из нескольких десятков элементов, позволяет генерировать вихревые токи с возможностью проникновения на глубину до 10 мм (по стали).

Сканирование можно проводить со скоростью до 200 мм/с, при этом зазор может составлять до 3 мм. Экспериментально доказано, что зазор, не превышающий 3мм, не оказывает значительного влияния на качество контроля. Зазор полностью компенсируется специальной программной возможностью оборудования.

При калибровке на образце используются различные уровни зазора для построения специальной трехмерной диаграммы (Рис.9). При последующем контроле все поступающие данные анализируются в соответствие с этой диаграммой, и при изменении уровня зазора пересчитываются для отображения корректных данных. 

Рисунок 9. Трехмерная диаграмма.

При анализе данных по кривым, на комплексной плоскости сигнал от зазора невозможно перепутать с сигналами от дефектов. Все сигналы от дефектов имеют практически одинаковый фазовый сдвиг (Рис.10).

Рисунок 10. Кривые на комплексной плоскости.

Данные контроля собираются и преобразуются c помощью ПО Magnifi GO в интуитивно понятные цифровые C-сканы (2D и 3D), облегчающие анализ результатов, в который в частности входят измерение глубины и протяженности дефектов.

Пример контроля сварного соединения
Для исследования взяли образец сварного соединения (Ст2кп) с тремя естественными дефектами (Рис.11 и 12).

Рисунок 11. Фотография испытываемого образца.

Рисунок 12. Эскиз образца.

Сканирование проводилось в один проход с одновременным захватом околошовной зоны. На С-скане можно наблюдать характерные пятна, сигнализирующие о наличии дефектов в данных областях (Рис. 13).

Рисунок 13. С-скан образца.

Можно более детально проанализировать области с дефектной индикацией, для этого курсором выбираем любую из зон дефектов. Далее вызываем дополнительные окна, где показаны различные кривые, по которым можно определить уровень амплитуды сигнала и фазу.

В результате измерений были получены показания:

• глубина реальная 1.3 мм (по чертежу - 1.2 мм);
• протяженность реальная 3.5 мм (по чертежу – 3.2 мм) (Рис.14).

Рисунок 14. Измерения.

Как Вы могли убедиться, технология вихретоковых матриц в значительной степени позволяет облегчить труд дефектоскописта, а работодателю/заказчику работ гарантирует высокую скорость, достоверность и качество выполняемых работ.