Управляемое волновое тестирование - Guided wave testing

Это иллюстрирует разницу в концепции между традиционным UT и волноводным тестированием (GWT).

Управляемое волновое тестирование (GWT) это неразрушающая оценка метод. В этом методе используются акустические волны, которые распространяются вдоль вытянутой конструкции, ориентируясь по ее границам. Это позволяет волнам преодолевать большие расстояния с небольшими потерями энергии. В настоящее время GWT широко используется для проверки и проверки многих инженерных сооружений, особенно для проверки металлических трубопроводы во всем мире. В некоторых случаях с одного места можно проверить сотни метров. Также есть несколько приложений для проверкижелезнодорожные пути, стержни и металлопластинчатые конструкции.

Хотя волноводное тестирование также широко известно как управляемое волноводное ультразвуковое тестирование (GWUT) или ультразвуковое волноводное тестирование (UGW) или ультразвуковое тестирование на большом расстоянии (LRUT), оно принципиально сильно отличается оттрадиционный ультразвуковой контроль. Частота, используемая при проверке, зависит от толщины конструкции, но при волноводном испытании обычно используется ультразвуковой частоты в диапазоне от 10 кГц до нескольких МГц. В некоторых случаях могут использоваться более высокие частоты, но дальность обнаружения значительно уменьшается. Кроме того, физика, лежащая в основе направленных волн, более сложна, чем объемных волн. Большая часть теоретических основ была рассмотрена в отдельной статье. статья. В этой статье будет обсуждаться практический аспект GWT.

История

Изучение волноводных волн, распространяющихся в сооружении, может начаться еще в 1920-х годах, в основном из области сейсмологии. С тех пор возросли усилия по аналитическому изучению распространения направленных волн в цилиндрических конструкциях. Лишь в начале 1990-х годов волноводные испытания стали рассматриваться как практический метод для неразрушающий контроль инженерных сооружений. Сегодня GWT применяется как комплексная программа мониторинга здоровья в нефтегазовой и химической промышленности.

Как это работает (осмотр трубопроводов)

Техник (справа) выполняет волноводный тест. Пример контроля трубопровода с помощью волноводного контроля (GWT). Волна механического напряжения генерируется решеткой преобразователей, установленной вокруг поверхности трубы. Электрический сигнал управляется переносным электронным блоком. После сбора результат отображается на компьютере для дальнейшего анализа.

Типичный пример данных GWT, показывающий результаты как типа A-сканирования (внизу), так и типа C-сканирования (вверху). Зеленая полоса указывает положение матрицы преобразователей.

В отличие от обычного ультразвука, существует бесконечное количество режимов направленной волны, которые существуют для геометрии трубы, и их обычно можно сгруппировать в три семейства: крутильные, продольные и изгибные. Акустические свойства этих волновых мод зависят от геометрии трубы, материала и частоты. Прогнозирование этих свойств волновых режимов часто основывается на сложном математическом моделировании, которое обычно представлено в виде графических графиков, называемых разброс кривые.

При волноводном испытании трубопроводов массив низкочастотных преобразователей прикрепляется по окружности трубы для генерации осесимметричной волны, которая распространяется по трубе как в прямом, так и в обратном направлениях массива преобразователей. Чаще всего используется режим крутильных волн, хотя продольный режим используется ограниченно. Оборудование работает в режиме эхо-импульса, в котором массив преобразователей используется как для возбуждения, так и для обнаружения сигналов.

В месте, где есть изменение поперечного сечения или изменение локальной жесткости трубы, генерируется эхо. На основе времени прибытия эхо-сигналов и прогнозируемой скорости волновой моды на определенной частоте можно точно рассчитать расстояние до объекта по отношению к положению матрицы преобразователей. GWT использует систему кривых амплитуды расстояния (DAC) для корректировки ослабления и падения амплитуды при оценке изменения поперечного сечения (CSC) от отражения на определенном расстоянии. ЦАП обычно калибруются по серии эхо-сигналов с известной амплитудой сигнала, таких как эхо-сигналы от сварки.

Как только уровни DAC установлены, амплитуда сигнала хорошо коррелирует с CSC дефекта. GWT не измеряет толщину остаточной стенки напрямую, но можно сгруппировать серьезность дефекта по нескольким категориям. Один из способов сделать это заключается в использовании явления преобразования мод сигнала возбуждения, когда некоторая энергия осесимметричной волновой моды преобразуется в изгибные моды на элементе трубы. Величина преобразования режима обеспечивает точную оценку протяженности дефекта по окружности, и вместе с CSC операторы могут установить категорию серьезности.

Типичный результат GWT отображается в стиле А-скана с амплитудой отражения в зависимости от расстояния от положения матрицы преобразователя. В последние несколько лет некоторые передовые системы начали предлагать результаты типа С-скана, где ориентация каждой функции может быть легко интерпретируется. Это оказалось чрезвычайно полезным при обследовании трубопроводов большого размера.

Управляемая волновая фокусировка

Помимо включения результатов типа C-сканирования, способность активной фокусировки также может быть достигнута с помощью GWT, использующего режимы изгибных волн. Это дает два основных преимущества; во-первых, можно улучшить отношение сигнал / шум (SNR) дефектного эхо-сигнала, во-вторых, его можно использовать в качестве дополнительного инструмента, помогающего различать «реальные» и «ложные» показания. Однако у этого метода есть недостатки; Во-первых, местоположение дефекта должно быть известно до того, как можно будет применить фокусировку, во-вторых, отдельный набор данных, необходимый для метода активной фокусировки, также может значительно снизить временную и экономическую эффективность GWT.

Волновые моды изгиба имеют синусоидальные вариации в характере смещения по окружности в целочисленных значениях от 1 до бесконечности. Активная фокусировка включает в себя передачу нескольких изгибных волновых мод с внесенными поправками на время и амплитуду таким образом, что окружной узел из каждой волновой моды достигнет целевого положения в одно и то же время, в том же окружном положении и с той же фазой. , вызывая конструктивное вмешательство. В других периферийных положениях периферийные узлы мод изгибных волн будут приходить в противофазе друг с другом и будут мешать деструктивно. Регулировка условий возбуждения позволяет вращать это фокусное пятно по окружности трубы. Сравнение отклика при различных положениях по окружности может позволить оператору более точно предсказать положение по окружности и степень дефекта.

Метод активной фокусировки дает информацию о периферийном распределении дефектов потерь металла. Оба показанных дефекта представляют собой одинаковую потерю поперечного сечения, однако дефект на глубине -3 м намного более серьезен, поскольку он полностью проникает в стенку трубы.

Как упоминалось ранее, метод фокусировки также может использоваться, чтобы помочь различать «реальные» и «ложные» показания, причем «ложное» указание - это принятый сигнал, который не соответствует непосредственно положению дефекта; например, от реверберации или от неполного подавления нежелательных волновых мод. Если в данных A-скана присутствует индикация «ложь», она также будет повторно представлена в любых результатах типа C-скана, поскольку этот тип обработки использует те же исходные данные. Поскольку активная фокусировка включает в себя отдельный сбор данных, фокусировка на позиции «ложного» показания даст отрицательный результат, тогда как фокусировка на «истинном» показании даст положительный результат. Следовательно, метод активной фокусировки может помочь преодолеть склонность к «ложным вызовам», генерируемым системами волноводного тестирования.

Функции

Преимущества

Быстрый скрининг на предмет деградации в процессе эксплуатации (инспекция на большом расстоянии) - потенциал для достижения сотни метров диапазона инспекции.
Обнаружение внутренней или внешней потери металла
Снижение затрат на получение доступа - изолированная линия с минимальным снятием изоляции, коррозия под опорами без необходимости подъема, проверка на возвышенности с минимальной потребностью в строительных лесах, а также проверка пересечений дорог и заглубленных труб.
Данные полностью записаны.
Полностью автоматизированные протоколы сбора данных.

Недостатки

Интерпретация данных сильно зависит от оператора.
Трудно найти мелкие дефекты питтинга.
Не очень эффективен при осмотре участков рядом с принадлежностями.
Не удается найти постепенную потерю стенок.
Нужна хорошая процедура

Список стандартов

Британские стандарты (BSI)

BS 9690-1: 2011, Неразрушающий контроль. Управляемое волновое тестирование. Общие указания и принципы
BS 9690-2: 2011, Неразрушающий контроль. Управляемое волновое тестирование. Основные требования к волноводным испытаниям труб, трубопроводов и конструкционных труб

ASTM International (ASTM)

E2775 - 16, Стандартная практика волноводных испытаний стальных трубопроводов над землей с использованием пьезоэлектрического преобразования
E2929 - 13, Стандартная практика волноводных испытаний надземных стальных трубопроводов с магнитострикционным преобразованием