RU2758195C1 - Pipeline acoustic control method - Google Patents
Pipeline acoustic control method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758195C1 RU2758195C1 RU2021102519A RU2021102519A RU2758195C1 RU 2758195 C1 RU2758195 C1 RU 2758195C1 RU 2021102519 A RU2021102519 A RU 2021102519A RU 2021102519 A RU2021102519 A RU 2021102519A RU 2758195 C1 RU2758195 C1 RU 2758195C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- acoustic
- waves
- ultrasonic vibrations
- anisotropy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области акустического волноводного неразрушающего контроля труб и может быть использовано для выявления дефектов типа нарушения сплошности и однородности металла.The invention relates to the field of acoustic waveguide non-destructive testing of pipes and can be used to detect defects such as discontinuity and homogeneity of the metal.
Известны способы акустического волноводного контроля труб и трубопроводов, основанные на эхоимпульсном методе контроля с использованием симметричных мод волны Лэмба или рэлеевской волны (US 7171854 B2, US 7751989 B2, US 7997139 B2), где в качестве излучателей и приемников акустической волны используются наклонные пьезоэлектрические преобразователи, устанавливаемые на внешнюю цилиндрическую поверхность трубы в виде кольца и разделенные на секторы по периметру трубы. Для повышения достоверности результатов контроля при таких способах применяются алгоритмы синтетической или активной фокусировки по секторам без сканирования по поверхности трубы.Known methods of acoustic waveguide inspection of pipes and pipelines, based on the echo-pulse method of control using symmetric modes of the Lamb wave or Rayleigh wave (US 7171854 B2, US 7751989 B2, US 7997139 B2), where as emitters and receivers of acoustic waves are used inclined piezoelectric transducers, mounted on the outer cylindrical surface of the pipe in the form of a ring and divided into sectors along the perimeter of the pipe. To increase the reliability of the inspection results, these methods use algorithms for synthetic or active focusing in sectors without scanning over the pipe surface.
Также известны способы и устройства акустического волноводного контроля труб и трубопроводов (US 8170809 B2, RU 2629894 C1, RU 108627 U1, RU 102810 U1), где в качестве излучателей и приемников акустической волны используют пьезоэлектрические преобразователи с сухим точечным контактом или электромагнитно-акустические преобразователи, излучающие и принимающие симметричные моды волны Лэмба или поперечные волны горизонтальной поляризации. Для повышения достоверности при таких способах применяют пространственно-временная обработку с синтетической фокусировкой со сканированием по цилиндрической внешней или внутренней поверхности трубы вдоль трубопровода или по его огибающей.Also known are methods and devices for acoustic waveguide monitoring of pipes and pipelines (US 8170809 B2, RU 2629894 C1, RU 108627 U1, RU 102810 U1), where piezoelectric transducers with dry point contact or electromagnetic-acoustic transducers are used as emitters and receivers of acoustic waves, emitting and receiving symmetric modes of Lamb waves or shear waves of horizontal polarization. To increase the reliability with such methods, spatio-temporal processing with synthetic focusing with scanning along the cylindrical outer or inner surface of the pipe along the pipeline or along its envelope is used.
Недостатками известных способов является недостаточная достоверность при построении изображений дефектов при пространственной обработке принятых реализаций ультразвуковых колебаний из-за различия в скоростях распространения акустических нормальных волн в различных направлениях, возникающих вследствие наличия геометрической анизотропии и анизотропии свойств материала при различной толщине стенки; и, как следствие, невозможность оценки типа, размеров и формы дефекта.The disadvantages of the known methods are insufficient reliability in the construction of images of defects in the spatial processing of the adopted realizations of ultrasonic vibrations due to the difference in the propagation velocities of acoustic normal waves in different directions arising from the presence of geometric anisotropy and anisotropy of material properties at different wall thicknesses; and, as a consequence, the impossibility of assessing the type, size and shape of the defect.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ, принятый за прототип, реализующий эхо-импульсный акустический волноводный контроль труб и трубопроводов (RU 2629896 C1). Способ контроля состоит в периодическом возбуждении в нескольких точках ультразвуковых колебаний в виде акустических нормальных волн, их распространении по стенкам трубопровода, отражении от различных нарушений сплошности материала стенок трубопровода и с помощью совместной обработки принятых реализаций ультразвуковых колебаний определении наличия дефектов в стенках трубопровода. Поочередное возбуждение и одновременный прием ультразвуковых колебаний осуществляется касательными к поверхности трубопровода колебательными силами в каждой точке с использованием связанного с поверхностью трубопровода диагностического устройства при его перемещении вдоль заданной области поверхности трубопровода в выбранном интервале времени из той же области реализации ультразвуковых колебаний от акустических нормальных волн. О наличии и величине дефектов в стенках трубопровода судят по распределению величины, значения которой равны максимальным значениям амплитуд суммарных сигналов от разных типов акустических волн в совокупности и по отдельности для совпадающих по координатам точек поверхности стенок трубопровода. Данное распределение получают путем когерентного суммирования реализаций колебаний, принятых во всех точках поверхности трубопровода, по предварительно рассчитанным временам задержки для всех типов акустических нормальных волн по выбранным эхосигналам от каждой точки поверхности стенок. Для повышения достоверности при таком способе также применяется пространственно-временная обработка с синтетической фокусировкой со сканированием по цилиндрической внешней или внутренней поверхности трубы вдоль трубопровода или по его огибающей с учетом всех типов акустических нормальных волн: поперечной нормальной волны, симметричной и антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка.The closest technical solution in terms of the combination of essential features and the achieved result is a method adopted as a prototype, which implements an echo-pulse acoustic waveguide inspection of pipes and pipelines (RU 2629896 C1). The control method consists in periodic excitation of ultrasonic vibrations at several points in the form of acoustic normal waves, their propagation along the pipeline walls, reflection from various discontinuities of the pipeline wall material and by joint processing of the adopted implementations of ultrasonic vibrations to determine the presence of defects in the pipeline walls. Alternate excitation and simultaneous reception of ultrasonic vibrations is carried out by vibrational forces tangential to the pipeline surface at each point using a diagnostic device associated with the pipeline surface when it moves along a given area of the pipeline surface in a selected time interval from the same area where ultrasonic vibrations from acoustic normal waves are realized. The presence and size of defects in the walls of the pipeline is judged by the distribution of the value, the values of which are equal to the maximum values of the amplitudes of the total signals from different types of acoustic waves in aggregate and separately for the points of the surface of the pipeline walls that coincide in coordinates. This distribution is obtained by coherent summation of the realizations of vibrations taken at all points of the pipeline surface, according to the pre-calculated delay times for all types of acoustic normal waves according to the selected echo signals from each point of the wall surface. To increase the reliability, this method also uses space-time processing with synthetic focusing with scanning along the cylindrical outer or inner surface of the pipe along the pipeline or along its envelope, taking into account all types of acoustic normal waves: transverse normal waves, symmetric and antisymmetric zero-order Lamb waves.
Недостатками способа-прототипа являются:The disadvantages of the prototype method are:
• недостаточная достоверность при построении изображений дефектов при пространственно-временной обработке принятых реализаций ультразвуковых колебаний методами когерентного суммирования и синтетической фокусировки из-за различия в скоростях распространения акустических нормальных волн в различных направлениях, возникающих вследствие наличия геометрической анизотропии и анизотропии свойств материала при различной толщине стенки; и, как следствие, невозможность оценки типа, размеров и формы дефекта;• insufficient reliability in the construction of images of defects during spatio-temporal processing of the accepted realizations of ultrasonic vibrations by the methods of coherent summation and synthetic focusing due to the difference in the velocities of propagation of acoustic normal waves in different directions arising from the presence of geometric anisotropy and anisotropy of material properties at different wall thicknesses; and, as a consequence, the impossibility of assessing the type, size and shape of the defect;
• возникновение ложных отражений при регистрации ультразвуковых колебаний от нескольких типов волн, возникающей вследствие распространения различных типов волн под различными углами относительно оси трубопровода и трансформации типа волны на технологических (изгибы, сварные соединения и т.п.) и эксплуатационных (внутренние жидкие среды, отслоения защитного покрытия, обледенения и т.п.) особенностях трубопровода.• the occurrence of false reflections when recording ultrasonic vibrations from several types of waves, arising as a result of the propagation of various types of waves at different angles relative to the pipeline axis and the transformation of the wave type on technological (bends, welded joints, etc.) and operational (internal fluids, delamination protective coating, icing, etc.) features of the pipeline.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение достоверности неразрушающего контроля трубопроводов.The technical problem to be solved by the claimed invention is to increase the reliability of non-destructive testing of pipelines.
Указанная задача решена тем, что при перемещении диагностического устройства вдоль трубопровода периодически возбуждают ультразвуковые колебания в пределах заданной области его поверхности связанной с диагностическим устройством. В выбранном интервале времени принимают из этой же области ультразвуковые колебания от акустических нормальных волн, прошедших по стенкам трубопровода и отраженных от различных нарушений сплошности материала стенок, причем возбуждение и прием ультразвуковых колебаний осуществляют в нескольких точках, соответствующих расположению акустических контактов приемно-излучающих элементов диагностического устройства в указанной области внешней или внутренней поверхностей трубопровода. Из реализаций колебаний, принятых во всех точках поверхности трубопровода при перемещении вдоль него, по предварительно рассчитанным временам задержек для всех типов акустических нормальных волн выбирают эхосигналы от каждой точки поверхности стенок, когерентно суммируют их для каждой точки поверхности отдельно для каждого типа волн, вычисляют амплитуды суммарных сигналов и строят нормированные распределения этих амплитуд в соответствии с координатами точек поверхности стенок трубопровода отдельно для каждого типа акустических волн, после чего строят одно распределение величины, значения которой равны максимальным значениям амплитуд суммарных сигналов от разных типов акустических волн для совпадающих по координатам точек поверхности стенок трубопровода, и по этому распределению судят о наличии и величине дефектов в стенках трубопровода. При этом диагностическое устройство снабжают вычислительным блоком, который, выполняя расчет временных задержек и когерентное суммирование эхосигналов от каждой точки поверхности стенок трубопровода, автоматически корректирует значения временных задержек на основе закономерности изменения скорости распространении акустических нормальных волн, возникающих вследствие наличия геометрической анизотропии и анизотропии свойств материала при различной толщине стенки трубопровода, а диагностическое устройство предварительно калибруют с использованием упомянутой закономерности для трубы заданной геометрии.This problem is solved by the fact that when the diagnostic device moves along the pipeline, ultrasonic vibrations are periodically excited within a predetermined area of its surface associated with the diagnostic device. In the selected time interval, ultrasonic vibrations are received from the same area from acoustic normal waves that have passed along the walls of the pipeline and are reflected from various violations of the continuity of the wall material, and the excitation and reception of ultrasonic vibrations is carried out at several points corresponding to the location of the acoustic contacts of the receiving-emitting elements of the diagnostic device in the specified area of the outer or inner surfaces of the pipeline. From the realizations of vibrations taken at all points of the pipeline surface when moving along it, according to the pre-calculated delay times for all types of acoustic normal waves, echo signals are selected from each point of the wall surface, they are coherently summed up for each point of the surface separately for each type of waves, the amplitudes of the total signals and build normalized distributions of these amplitudes in accordance with the coordinates of the points of the surface of the pipeline walls separately for each type of acoustic waves, after which one distribution of the quantity is constructed, the values of which are equal to the maximum values of the amplitudes of the total signals from different types of acoustic waves for the points of the surface of the pipeline walls that coincide in coordinates , and this distribution is used to judge the presence and size of defects in the walls of the pipeline. In this case, the diagnostic device is equipped with a computing unit, which, by calculating time delays and coherent summation of echo signals from each point of the surface of the pipeline walls, automatically corrects the values of time delays based on the regularity of changes in the propagation velocity of acoustic normal waves arising from the presence of geometric anisotropy and anisotropy of material properties when different thickness of the pipeline wall, and the diagnostic device is pre-calibrated using the above-mentioned regularity for a pipe of a given geometry.
Положительным результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков способа, является повышение чувствительности и достоверности акустического контроля труб за счет учета различий в скорости распространения акустических нормальных волн относительно выбранного направления, возникающих вследствие наличия геометрической анизотропии и анизотропии свойств материала при различной толщине стенки изделия.A positive result provided by the set of method features disclosed above is an increase in the sensitivity and reliability of acoustic control of pipes by taking into account the differences in the propagation speed of acoustic normal waves relative to the selected direction, arising from the presence of geometric anisotropy and anisotropy of material properties at different wall thicknesses of the product.
Способ поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1, 2 показаны распределения упругих смещений в момент времени t1 и t2, иллюстрирующие геометрическую анизотропию при распространении волны по внутренней и наружной огибающей трубы; на фиг. 3 показана схема геометрической анизотропии при распространении волны по огибающей и образующей трубы; на фиг. 4 - представлен график зависимости скорости распространения симметричной нулевой моды волны Лэмба S0 в стальной трубе диаметром 247 мм с толщиной стенки 8,4 мм, полученная в ходе моделирования при регистрации упругих колебаний на внешней поверхности трубы; на фиг. 5 - представлен график зависимости скорости распространения поперечных волн горизонтальной поляризации SH0 в алюминиевой трубе диаметром 300 мм с толщиной стенки 5,6 мм, полученная в ходе моделирования при регистрации упругих колебаний на внешней поверхности трубы; на фиг. 6 представлен график эмпирической зависимости скорости распространения антисимметричной нулевой моды волны Лэмба А0 в анизотропном стальном листе толщиной 8 мм; на фиг. 7 представлены модельные графики, иллюстрирующие совместное влияние геометрической анизотропии и анизотропии свойств материала на скорость распространения поперечных волн горизонтальной поляризации SH0 в прямошовной трубе; на фиг. 8 приведены экспериментальные данные определения зависимости скорости распространения поперечных волн горизонтальной поляризации SH0 в анизотропной стальной трубе диаметром 1020 мм с толщиной стенки 16 мм; на фиг. 9 приведены экспериментальные данные определения скорости распространения антисимметричной нулевой моды волны Лэмба А0 в анизотропной стальной трубе диаметром 1020 мм с толщиной стенки 16 мм; на фиг. 10 приведены экспериментальные данные определения скорости распространения симметричной нулевой моды волны Лэмба S0 в анизотропной стальной трубе диаметром 1020 мм с толщиной стенки 16 мм.The method is illustrated by the following drawings, where in FIG. 1, 2 show the distributions of elastic displacements at time t 1 and t 2 , illustrating the geometric anisotropy during wave propagation along the inner and outer envelope of the pipe; in fig. 3 shows a diagram of the geometric anisotropy during wave propagation along the envelope and generatrix of the pipe; in fig. 4 is a graph showing the dependence of the propagation velocity of the symmetric zero mode of the Lamb wave S0 in a steel pipe with a diameter of 247 mm and a wall thickness of 8.4 mm, obtained during simulation when registering elastic vibrations on the outer surface of the pipe; in fig. 5 is a graph showing the dependence of the speed of propagation of transverse waves of horizontal polarization SH0 in an aluminum pipe with a diameter of 300 mm and a wall thickness of 5.6 mm, obtained during simulation when registering elastic vibrations on the outer surface of the pipe; in fig. 6 is a graph of the empirical dependence of the propagation velocity of the antisymmetric zero mode of the Lamb wave A0 in an anisotropic steel sheet 8 mm thick; in fig. 7 presents model graphs illustrating the combined effect of geometric anisotropy and anisotropy of material properties on the speed of propagation of shear waves of horizontal polarization SH0 in a longitudinal seam pipe; in fig. 8 shows the experimental data for determining the dependence of the speed of propagation of transverse waves of horizontal polarization SH0 in an anisotropic steel pipe 1020 mm in diameter with a wall thickness of 16 mm; in fig. 9 shows the experimental data for determining the propagation velocity of the antisymmetric zero mode of the Lamb wave A0 in an anisotropic steel pipe 1020 mm in diameter with a wall thickness of 16 mm; in fig. 10 shows the experimental data for determining the propagation velocity of the symmetric zero mode of the Lamb wave S0 in an anisotropic steel pipe 1020 mm in diameter with a wall thickness of 16 mm.
Способ акустического контроля трубопровода осуществляют следующим образом.The method of acoustic control of the pipeline is as follows.
С цилиндрической поверхности трубопровода поочередно в нескольких точках производят возбуждение ультразвуковых колебаний с известными координатами на поверхности трубы. Расположение точек выбирается произвольно или систематизировано с определенной дискретой вдоль заданного направления сканирования. В этих же точках поочередно или одновременно осуществляется прием ультразвуковых колебаний. При перемещении этих точек вдоль заданного направления периодически повторяют поочередное возбуждение и одновременный прием в этих точках ультразвуковых колебаний. В результате в памяти диагностического устройства накапливается массив реализаций ультразвуковых колебаний. Каждая реализация является результатом излучения ультразвуковых волн из одной точки и приема колебаний в другой точке или, в частности, в той же самой, в которой колебания были возбуждены. Таким образом, в конечном результате контроля трубопровода в каждой точке осуществляется, по крайней мере, одно возбуждение и прием ультразвуковых волн.From the cylindrical surface of the pipeline, at several points in turn, the excitation of ultrasonic vibrations with known coordinates on the surface of the pipe is performed. The location of the points is chosen randomly or systematized with a certain discrete along a given scanning direction. At the same points, ultrasonic vibrations are received alternately or simultaneously. When these points move along a given direction, alternate excitation and simultaneous reception of ultrasonic vibrations at these points are periodically repeated. As a result, an array of realizations of ultrasonic vibrations is accumulated in the memory of the diagnostic device. Each implementation is the result of emitting ultrasonic waves from one point and receiving vibrations at another point or, in particular, at the same point where the vibrations were excited. Thus, the final result of pipeline inspection at each point is at least one excitation and reception of ultrasonic waves.
Тип возбуждаемой волны зависит от направления колебательных сил. Основные используемые типы волн - нормальные волны нулевого порядка, относящиеся к волнам в пластинах: поперечная волна горизонтальной поляризации SH0, симметричная мода волны Лэмба S0, антисимметричная мода волны Лэмба А0, SH0 волна возбуждается за счет поперечных касательных колебательных сил, S0 - продольных касательных колебательных сил, А0 - нормальных к поверхности изделия колебательных сил.The type of excited wave depends on the direction of the vibrational forces. The main types of waves used are normal zero-order waves related to waves in plates: transverse horizontal wave SH0, symmetric Lamb wave mode S0, antisymmetric Lamb wave mode A0, SH0 wave is excited due to transverse tangential vibrational forces, S0 - longitudinal tangential vibrational forces , A0 - vibrational forces normal to the product surface.
Возбуждение ультразвуковых колебаний производится ударным зондирующим импульсом для уменьшения добротности сигнала и увеличения разрешающей способности или периодическим импульсом с заданным периодом импульсов для сужения спектра основного сигнала и уменьшения влияния дисперсии скорости на результаты контроля. Каждая принятая реализация колебаний, записанная в диагностическое устройство, является набором эхосигналов от различных типов отражателей в стенке трубопровода и на его поверхности, таким образом, формируется эхограмма в виде временной развертки в точке приема ультразвуковых колебаний.Excitation of ultrasonic vibrations is performed by a shock probing pulse to reduce the quality factor of the signal and increase the resolution, or by a periodic pulse with a given pulse period to narrow the spectrum of the main signal and reduce the effect of velocity dispersion on the control results. Each accepted realization of oscillations recorded in the diagnostic device is a set of echo signals from various types of reflectors in the pipeline wall and on its surface, thus, an echogram is formed in the form of a time base at the point of receiving ultrasonic oscillations.
Далее для сложения эхограмм с использованием известных координат точек возбуждения и приема ультразвуковых колебаний рассчитывают временные задержки по известной скорости распространения акустических нормальных волн, при этом при расчете временных задержек и когерентном суммировании эхосигналов от каждой точки учитывают закономерности изменения скорости распространении акустических нормальных волн, возникающих вследствие наличия геометрической анизотропии, анизотропии свойств материала. Для оперативного выполнения данной операции диагностическое устройство снабжают вычислительным блоком которое, может быть выполнено в виде набора программируемых микросхем или микроконтроллера, снабженных памятью программ, содержащей управляющую программу, реализующую алгоритмы обработки эмпирических данных, получаемых от датчиков диагностического устройства, с учетом упомянутых закономерностей.Further, to add echograms using the known coordinates of the points of excitation and reception of ultrasonic vibrations, time delays are calculated based on the known propagation velocity of acoustic normal waves, while calculating time delays and coherent summation of echo signals from each point take into account the patterns of changes in the propagation velocity of acoustic normal waves arising from the presence of geometric anisotropy, anisotropy of material properties. For the operative execution of this operation, the diagnostic device is equipped with a computing unit, which can be made in the form of a set of programmable microcircuits or a microcontroller equipped with a program memory containing a control program that implements algorithms for processing empirical data received from the sensors of the diagnostic device, taking into account the above-mentioned regularities.
Перед выполнением контроля трубопровода диагностическое устройство калибруют с использованием закономерности изменения скорости акустических нормальных волн от их направления распространения. Данные закономерности рассчитываются для каждой заданной геометрии трубопровода (при этом ключевыми параметрами являются толщина стенки и диаметр) с учетом защитных покрытий, внутренних и внешних сред и могут быть получены, например, из экспериментальных данных, результатов численного моделирования или аналитических расчетов.Before performing pipeline inspection, the diagnostic device is calibrated using the regularity of changes in the speed of acoustic normal waves from their direction of propagation. These patterns are calculated for each given pipeline geometry (the key parameters are wall thickness and diameter), taking into account protective coatings, internal and external media and can be obtained, for example, from experimental data, results of numerical modeling or analytical calculations.
Под геометрической анизотропией понимается зависимость скорости распространения акустических нормальных волн от направления, связанного с геометрической формой изделия [1]. Явление геометрической анизотропии при распространении волны по внутренней и наружной огибающей трубы поясняют фиг. 1 и фиг. 2, согласно которым на внешней поверхности скорость увеличивается, а на внутренней - уменьшается. Объясняется это формированием плоского фронта волны в поперечном сечении трубы, где в каждый заданный момент времени фронт волны параллелен радиальному направлению. Так, за промежуток времени равном (t2-t1) (при t2>t1) по внешней поверхности трубы волна прошла расстояние L2 (фиг. 2), а по внутренней поверхности - L1, при этом L2>L1, с учетом этого, скорости соответственно равны С2=L2/(t2-t1), C1=L2/(t2-t1) и С2>C1. Таким образом, упругие смещения Uz при ультразвуковых колебаниях на внешней поверхности опережают смещения в середине стенки трубы, и, наоборот, смещения на внутренней поверхности запаздывают относительно смещений в середине стенки трубы. При этом скорость распространения волны в середине стенки трубы соответствует теоретическому значению и может быть рассчитана с использованием аналитических формул. При распространении волны по огибающей трубы скорость волны изменяется в зависимости от диаметра и толщины стенки трубы.Geometric anisotropy is understood as the dependence of the speed of propagation of acoustic normal waves on the direction associated with the geometric shape of the product [1]. The phenomenon of geometric anisotropy during wave propagation along the inner and outer envelope of the pipe is illustrated in Figs. 1 and FIG. 2, according to which the speed increases on the outer surface and decreases on the inner surface. This is explained by the formation of a plane wave front in the cross section of the pipe, where at each given moment of time the wave front is parallel to the radial direction. So, for a time interval equal to (t 2 -t 1 ) (for t 2 > t 1 ), the wave traveled the distance L 2 along the outer surface of the pipe (Fig. 2), and along the inner surface - L 1 , while L 2 > L 1 , with this in mind, the speeds are respectively equal to C 2 = L 2 / (t 2 -t 1 ), C 1 = L 2 / (t 2 -t 1 ) and C 2 > C 1 . Thus, elastic displacements U z during ultrasonic vibrations on the outer surface are ahead of displacements in the middle of the pipe wall, and, conversely, displacements on the inner surface are lagging behind displacements in the middle of the pipe wall. In this case, the speed of wave propagation in the middle of the pipe wall corresponds to the theoretical value and can be calculated using analytical formulas. When a wave propagates along the envelope of the pipe, the wave velocity changes depending on the diameter and thickness of the pipe wall.
Явление геометрической анизотропии при распространении волны в направлении по образующей 31 и огибающей 32 трубы поясняет фиг. 3. При распространении вдоль образующей трубы скорость волны соответствует значениям, рассчитываемых по классической теории распространения нормальных волн в пластинах. При равенстве расстояний распространения волны вдоль огибающей Rог и образующей Rоб трубы при расположении источника И и приемника П упругих колебаний на внешней поверхности трубы скорость волны вдоль огибающей Сог будет больше скорости вдоль образующей Соб, и наоборот, при расположении источника И и приемника П упругих колебаний на внутренней поверхности трубы скорость волны вдоль огибающей Сог будет меньше скорости вдоль образующей Соб. При распространении волны в произвольном направлении относительно образующей скорость меняется от максимального до минимального значения и также зависит от диаметра и толщины стенки трубы и используемого типа волн.The phenomenon of geometric anisotropy during wave propagation in the direction along the
Влияние явления геометрической анизотропии на скорость распространения акустических нормальных волн исследовано теоретически с использованием моделирования методом конечных элементов. В качестве примера, на фиг. 4 представлена зависимость скорости распространения симметричной нулевой моды волны Лэмба S0 в трубе диаметром 247 мм с толщиной стенки 8,4 мм от угла отклонения траектории распространения волны от образующей трубы. Разность по скорости волны в направлениях по образующей 41 и по огибающей 42 составляет 280 м/с. Данные результаты исследований представлены в [2]. На фиг. 5 представлена зависимость скорости распространения поперечных волн горизонтальной поляризации SH0 в алюминиевой трубе диаметром 300 мм с толщиной стенки 5,6 мм. Разность по скорости в направлении по образующей 41 и огибающей 42 составила 160 м/с. Результаты исследований представлены в [3].The influence of the phenomenon of geometric anisotropy on the speed of propagation of acoustic normal waves is investigated theoretically using modeling by the finite element method. By way of example, in FIG. 4 shows the dependence of the propagation velocity of the symmetric zero mode of the Lamb wave S0 in a pipe 247 mm in diameter with a wall thickness of 8.4 mm on the angle of deviation of the wave propagation path from the pipe generatrix. The difference in wave velocity in the directions along the
Кроме геометрической анизотропии, на скорость распространения нормальных волн оказывает влияние анизотропия упругих свойств материла проката, используемого при производстве труб. На фиг. 6 представлена зависимость скорости распространения антисимметричной нулевой моды волны Лэмба в стальном листе от направления распространения относительно направления проката, обусловленная влиянием анизотропии упругих свойств материала [4]. Скорость волн максимальна в направлении прокатки 61 и минимальна в поперечном направлении 62. Изменение скорости волн в листе, обусловленного упругой анизотропией и текстурой проката менее существенно и не превышает 25-30 м/с.In addition to geometric anisotropy, the speed of propagation of normal waves is influenced by the anisotropy of the elastic properties of the rolled material used in the production of pipes. FIG. 6 shows the dependence of the propagation velocity of the antisymmetric zero mode of the Lamb wave in the steel sheet on the direction of propagation relative to the direction of the rolling, due to the influence of the anisotropy of the elastic properties of the material [4]. The wave speed is maximum in the
Совместное влияние анизотропии упругих свойств и геометрической анизотропии, где последняя оказывает наибольший вклад в изменение скорости, на угловую зависимость скорости распространения акустических нормальных волн для прямошовных труб, направление проката в которых совпадает с направлением образующей 41 трубы схематично иллюстрирует фиг. 7. При наличии только геометрической анизотропии 71 скорость волны С в направлении по огибающей 42 трубы увеличивается относительно расчетного теоретического значения 72. При совокупном учете анизотропии свойств материала 73 и геометрической анизотропии 71 эта зависимость 74 искажается, при этом максимальная скорость регистрируется при меньших углах отклонения траектории распространения волны а вследствие дополнительного влияния анизотропии свойств, и разность по скорости становится менее значительной.The combined effect of the anisotropy of elastic properties and geometric anisotropy, where the latter makes the greatest contribution to the change in velocity, on the angular dependence of the propagation velocity of acoustic normal waves for longitudinal welded pipes, the direction of rolling in which coincides with the direction of the
Совместное влияние анизотропии упругих свойств и геометрической анизотропии на угловую зависимость скорости распространения акустических нормальных волн подтверждено экспериментально. На фиг. 8, фиг. 9 и фиг. 10 представлены зависимости скорости распространения поперечных волн горизонтальной поляризации SH0 (фиг. 8), антисимметричной нулевой моды волны Лэмба А0 (фиг. 9) и симметричной нулевой моды волны Лэмба S0 (фиг. 10) в магистральном прямошовном трубопроводе диаметром 1020 мм с толщиной стенки 16 мм. Разность по скорости для SH0 волны в направлениях по образующей 41 и огибающей 42 трубы, составила 80 м/с, для А0 волны - 60 м/с, для S0 волны - 40 м/с.The combined effect of the anisotropy of elastic properties and geometric anisotropy on the angular dependence of the propagation velocity of acoustic normal waves has been confirmed experimentally. FIG. 8, figs. 9 and FIG. 10 shows the dependences of the propagation velocity of transverse waves of horizontal polarization SH0 (Fig. 8), antisymmetric zero mode of the Lamb wave A0 (Fig. 9) and symmetric zero mode of the Lamb wave S0 (Fig. 10) in a main longitudinal seam pipeline with a diameter of 1020 mm with a wall thickness of 16 mm. The difference in speed for the SH0 wave in the directions along the
Совместное влияние анизотропии упругих свойств и геометрической анизотропии на угловую зависимость скорости распространения акустических нормальных волн может быть учтено в алгоритмах обработки данных синтетической или активной фокусировки для контроля трубопроводов. В результате при пространственно-временной обработке (сложения эхограмм с рассчитанными временными задержками) получают дефектограмму в виде нормированного распределения по развертке трубы совокупности ультразвуковых колебаний для каждого типа волны по отдельности.The combined effect of the anisotropy of elastic properties and geometric anisotropy on the angular dependence of the velocity of propagation of acoustic normal waves can be taken into account in the algorithms for processing data of synthetic or active focusing to control pipelines. As a result, during spatio-temporal processing (addition of echograms with calculated time delays), a defectogram is obtained in the form of a normalized distribution over the pipe sweep of the set of ultrasonic vibrations for each type of wave separately.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет учитывать влияние на результаты контроля геометрической анизотропии и анизотропии свойств материла на основе предварительно полученных экспериментальным или численным путем зависимостей скорости от угла отклонения распространения акустической нормальной волны от заданного направления. Учет влияния анизотропии достигается за счет того, что в алгоритмах синтетической или активной фокусировки временные задержки рассчитываются с поправкой на изменение в скорости распространения акустических нормальных волн относительно заданного направления. При этом улучшается чувствительность и достоверность результатов контроля за счет увеличения амплитуды сигнала при более точном синфазном сложении сигналов от дефектов, уменьшения погрешности в определении координат дефекта, уменьшения нечеткости при построении изображений дефектов, устранения артефактов ультразвуковых изображений, возникающих при трансформации на дефектах волн различных мод и типов.Thus, the proposed method makes it possible to take into account the influence of the geometric anisotropy and anisotropy of the material properties on the results of control based on the previously obtained experimentally or numerically dependences of the velocity on the angle of deviation of the propagation of an acoustic normal wave from a given direction. Taking into account the influence of anisotropy is achieved due to the fact that in algorithms of synthetic or active focusing, time delays are calculated with a correction for the change in the propagation velocity of acoustic normal waves relative to a given direction. At the same time, the sensitivity and reliability of the control results are improved by increasing the signal amplitude with a more accurate in-phase addition of signals from defects, reducing the error in determining the coordinates of the defect, reducing the blurriness when constructing images of defects, eliminating artifacts of ultrasound images arising from the transformation of waves of various modes on defects, and types.
Список использованных источников:List of sources used:
1. Myshkin Y.V.,
2. Myshkin Yu. V.,
3. Myshkin Yu. V.,
4.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102519A RU2758195C1 (en) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | Pipeline acoustic control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102519A RU2758195C1 (en) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | Pipeline acoustic control method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758195C1 true RU2758195C1 (en) | 2021-10-26 |
Family
ID=78289688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102519A RU2758195C1 (en) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | Pipeline acoustic control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758195C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116818889A (en) * | 2022-11-16 | 2023-09-29 | 苏州仁正智探科技有限公司 | Quantitative imaging method for pipeline surface defects |
| RU2826796C1 (en) * | 2024-06-03 | 2024-09-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Pipeline acoustic control method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0775910A1 (en) * | 1995-11-22 | 1997-05-28 | Pipetronix GmbH | Apparatus for testing ferromagnetic materials |
| JP2000146921A (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-26 | Nkk Corp | Method and device for ultrasonic crack detection |
| RU2485388C2 (en) * | 2008-01-11 | 2013-06-20 | ПиАйАй Лимитед | Device and group of sensors for pipeline monitoring using ultrasonic waves of two different types |
| RU136576U1 (en) * | 2013-08-06 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) | DEVICE FOR DETERMINING DEFECTS OF THE SAMPLE OF MAIN PIPELINES |
| RU2515957C1 (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | Complex for ultrasonic control of products and optical measurement device of complex |
| RU2629896C1 (en) * | 2016-09-29 | 2017-09-04 | Закрытое Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" | Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation |
-
2021
- 2021-02-03 RU RU2021102519A patent/RU2758195C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0775910A1 (en) * | 1995-11-22 | 1997-05-28 | Pipetronix GmbH | Apparatus for testing ferromagnetic materials |
| JP2000146921A (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-26 | Nkk Corp | Method and device for ultrasonic crack detection |
| RU2485388C2 (en) * | 2008-01-11 | 2013-06-20 | ПиАйАй Лимитед | Device and group of sensors for pipeline monitoring using ultrasonic waves of two different types |
| RU2515957C1 (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" | Complex for ultrasonic control of products and optical measurement device of complex |
| RU136576U1 (en) * | 2013-08-06 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) | DEVICE FOR DETERMINING DEFECTS OF THE SAMPLE OF MAIN PIPELINES |
| RU2629896C1 (en) * | 2016-09-29 | 2017-09-04 | Закрытое Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" | Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116818889A (en) * | 2022-11-16 | 2023-09-29 | 苏州仁正智探科技有限公司 | Quantitative imaging method for pipeline surface defects |
| CN116818889B (en) * | 2022-11-16 | 2024-02-06 | 苏州仁正智探科技有限公司 | Quantitative imaging method for pipeline surface defects |
| RU2826796C1 (en) * | 2024-06-03 | 2024-09-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Pipeline acoustic control method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4523468A (en) | Phased array inspection of cylindrical objects | |
| CA2677893C (en) | Ultrasonic surface monitoring | |
| EP2304422B1 (en) | Corrosion monitoring | |
| US20090150094A1 (en) | Guided waves for nondestructive testing of pipes | |
| CN113939735B (en) | Ultrasonic flaw detection method, ultrasonic flaw detection device, and steel material manufacturing method | |
| Wilcox et al. | Mode and transducer selection for long range Lamb wave inspection | |
| RU2758195C1 (en) | Pipeline acoustic control method | |
| JPH01114749A (en) | Skew angle ultrasonic flaw detecting method and probe | |
| JP5567471B2 (en) | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus | |
| Schmitt et al. | Detection of coatings within liquid-filled tubes and containers by mode conversion of leaky Lamb waves | |
| JP5567472B2 (en) | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus | |
| JP2010266414A (en) | Method of processing phased array aperture synthesis | |
| US20210364477A1 (en) | Method for Installing Probes, and Method for Driving Transmission Probe | |
| JP6733650B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method, ultrasonic flaw detection equipment, steel production equipment row, and steel production method | |
| Zhang et al. | Ultrasonic time-of-flight diffraction crack size identification based on cross-correlation | |
| Tiwari et al. | Development of a 2D analytical model for the prediction of directivity pattern of transducers in the generation of guided wave modes | |
| JPS61198056A (en) | Ultrasonic flaw detecting method for steel pipe by array type probe | |
| Fromme et al. | Remote Monitoring of Plate‐Like Structures Using Guided Wave Arrays | |
| JP2001050941A (en) | Variable angle ultrasonic probe and variable angle ultrasonic flaw-detecting device | |
| JPS62194454A (en) | Method for inspecting flaw of steel pipe welded part | |
| Smith et al. | Diffraction and shadowing errors in-6 dB defect sizing of delaminations in composites | |
| Soldatov et al. | Echography of in-tube sealing units: Simulation and experiment | |
| RU2826796C1 (en) | Pipeline acoustic control method | |
| JP3841794B2 (en) | Inspection method for corrosion and thinning by the two-probe method | |
| RU2791670C1 (en) | Method for checking quality of acoustic contact between ultrasonic transducer and ceramic product during ultrasonic flaw detection |