Общие сведения
Магнитный контроль основан на индикации эффекта взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом, изготовленным из ферромагнитного материала. Если в намагниченном металле встречаются области с дефектами-несплошностями, магнитная проницаемость которых отличается от магнитной проницаемости основного металла, появляются магнитные поля рассеяния, выходящие наружу. Индикация этих полей позволяет получить информацию о дефектах.
Магнитный контроль проводится в приложенном или остаточном магнитном поле. Выбор направления магнитного поля, а следовательно и способа намагничивания, зависит от ориентации дефектов. Магнитное поле должно быть перпендикулярно направлению дефекта.
В магнитных приборах, используемых при проведении внутритрубной дефектоскопии, индикация магнитных полей рассеяния осуществляется специальными магниточувствительными датчиками, установленными на упругих носителях и сканирующими внутреннюю поверхность трубопровода. Показания датчиков преобразуются в электрические сигналы, регистрируемые запоминающей системой прибора.
Намагничивание до полного насыщения стенки трубопровода осуществляется мощными постоянными магнитами, установленными на корпусе внутритрубного прибора. Замыкание магнитного потока на стенку трубы производится через гибкие магнитопроводы.
Современные магнитные приборы высокого разрешения способны выявлять как дефекты потери металла, вызывающие уменьшение толщины стенки трубопровода, так и дефекты в сварных швах, определять на какой поверхности находятся дефекты потери металла - наружной или внутренней. Размеры дефектов определяются по характеристикам магнитных полей рассеяния при помощи специально разработанных математических моделей.
Угловое положение зарегистрированных особенностей трубопровода определяется с помощью маятниковой системы. Система измерения пройденного расстояния основана на регистрации импульсов одометрических колес.
Привязка дефектов производится к ближайшим точкам-ориентирам (маркерным пунктам, задвижкам, вантузам), а также к ближайшим поперечным кольцевым сварным швам.
Магнитный дефектоскоп представляет собой автономную компьютерную диагностическую систему для обследования трубопроводов с использованием метода магнитной дефектоскопии. Магнитная система, входящая в состав дефектоскопа, осуществляет намагничивание участка трубопровода с помощью постоянных магнитов и гибких проволочных щеток.
Наличие трещин или дефектов, связанных с потерей металла (коррозия, задиры), приводит к изменению величины и распределения магнитной индукции вблизи дефекта. Для измерения магнитной индукции служат датчики высокого и сверхвысокого разрешения, расположенные между щетками магнитной системы.
Первое кольцо датчиков, расположенное между полюсами магнитов, образуют датчики двух типов – I и III. Основную часть из них составляют высокочувствительные индуктивные датчики типа I (рисунок 1), реагирующие только на магнитный поток рассеяния, обусловленный какими-либо особенностями, дефектами стенки трубопровода.
Рисунок 1– Принцип регистрации сигналов датчиками типа I
Датчики типа III, которых в 20 раз меньше, чем датчиков типа I – это датчики Холла, измеряющие абсолютное значение силы магнитного поля на внутренней поверхности трубопровода. Сигналы этих датчиков используются для определения толщины стенки трубы (рисунок 2).
Рисунок 2 – Принцип регистрации сигналов датчиками типа III
На второй (приборной) секции магнитного дефектоскопа имеется кольцо датчиков типа II, аналогичных датчикам типа I, но обладающих меньшей чувствительностью и реагирующих только на дефекты потери металла, расположенные на внутренней поверхности трубопровода. В нижнюю часть блока датчиков этого типа встроены небольшие постоянные магниты. Они создают локальное магнитное поле, сфера действия которого позволяет обнаружить наличие особенностей только в области внутренней поверхности стенки трубы (рисунок 3).
Рисунок 3 – Принцип регистрации сигналов датчиками типа II
По сигналам датчиков типа I и типа II можно определить, на какой поверхности – внутренней или наружной находится дефект
Опрос датчиков I и II производится по сигналам одометрических колес через 3,3 мм и не зависит от скорости движения прибора в диапазоне рабочих скоростей магнитного дефектоскопа от 0,35 до 4 м/с. Датчики типа III опрашиваются через каждые 100 мм дистанции. Магнитный дефектоскоп имеет бортовую систему записи данных, в состав которой входит счетчик реального времени. Бортовое время магнитного дефектоскопа перед прогоном синхронизируется со временем используемого при подготовке персонального компьютера и с приборами маркерной системы – маглоггерами. Маглоггеры, расставляемые в маркерных точках, реагируют на магнитное поле, создаваемое прибором и регистрируют время его прохождения. После прогона дефектоскопа информацию с маглоггеров переписывают на компьютер и используют при обработке данных для определения местоположения дефектов.
Магнитный дефектоскоп высокого и сверхвысокого разрешения с продольным намагничиванием (MFL)
Физическая сущность метода магнитной дефектоскопии основана на регист-рации рассеяния магнитного потока (MFL – Magnetic Flux Leakage).
Конструктивная схема внутритрубного магнитного дефектоскопа типа MFL показана на рисунке 4. Магнитное поле, вектор которого направлен по оси трубопровода создается мощными магнитами, установленными на корпусе передней (магнитной) секции снаряда. Замыкание магнитного контура между полюсами магнитов и стенкой трубопровода осуществляется через гибкие магнитопроводы, выполненные в виде стальных щеток.
Для того чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение прибора через сужения, датчики устанавливаются на упругих носителях, а сами носители закреплены на «плавающих» кольцах, которые могут перемещаться относительно корпуса прибора в радиальном направлении, приспосабливаясь к геометрии трубопровода (например, в зоне односторонней вмятины).
Для трубопроводов диаметром 1020 мм и 1220 мм прибор выполняется двухсекционным, для трубопроводов меньших диаметров – с количеством секций три и более.
Секции соединены между собой буксировочными тягами с универсальными шарнирами.
Рисунок 4 – Магнитный дефектоскоп типа MFL
Передняя секция удерживается в центре трубы с помощью щеток магнитного контура, а также поддерживающих колес, расположенных в передней части корпуса равномерно по окружности, которые поджимаются к стенке трубы с помощью пружин. Спереди и сзади секции расположены манжеты, предназначенные для приведения в движение дефектоскопа. Вторая секция дефектоскопа содержит систему обработки и записи данных, батареи. На внешней части корпуса расположены: второе кольцо датчиков, датчики температуры и дифференциального давления, элементы внешней электроники. На передней и задней частях корпуса расположены поддерживающие колеса, предназначенные для центрирования прибора в трубе, сзади установлены также три одометрических колеса, которые работают в системе измерения пройденной дистанции и выдачи сигналов опроса датчиков. В приборах, предназначенных для трубопроводов диаметром 820 мм и менее, электроника размещена в нескольких секциях.
Специальная аппаратура, входящая в состав дефектоскопа, регистрирует сигналы датчиков во время движения дефектоскопа. Магнитный дефектоскоп способен обнаруживать не только дефекты в стенке трубы и поперечных швах, но и металлические предметы, расположенные вблизи внешней поверхности трубы: муфты, кожухи и т.п.
Рисунок 5 - Принцип намагничивания трубопровода и регистрации сигналов датчиками типа I (MFL)
На рисунке 5 изображен принцип работы датчиков типа I:
1) в стенке трубы создается магнитное поле высокой напряженности;
2) силовые линии магнитного поля будут отклоняться, если на наружной или внутренней поверхности трубы есть потеря металла;
3) датчики типа I регистрируют изменение индукции магнитного поля вызванное потерей металла или трещиной.
Для определения местоположения потери металла (внутренняя или наружная поверхность трубопровода) предназначены специальные датчики (датчики типа II), расположенные вне магнитной системы. Эти датчики содержат встроенные постоянные магниты. Магниты создают локальное магнитное поле, сфера действия которого ограничивается внутренней поверхностью трубопровода. Таким образом, эти датчики реагируют только на потери металла, расположенные на внутренней поверхности трубопровода.
Рисунок 6 - Принцип регистрации сигналов датчиками типа II
На рисунке 6 изображен принцип работы датчиков типа II:
1) магнитное поле встроенного магнита проникает в стенку трубы на ограниченную глубину;
2) Магнитное поле будет изменяться только в том случае, когда на внутренней поверхности трубы есть потеря металла;
3) Датчики типа II регистрируют изменение индукции магнитного поля вызванное внутренней потерей металла.