Penyelidikan mengenai kaedah pengesanan kecacatan luaran untuk siku saluran paip keluli karbon berdasarkan arus eddy medan jarak jauh

Dalam tekanan tinggi talian paip sistem seperti petrokimia, Pengangkutan gas asli, dan kuasa nuklear, siku saluran paip keluli karbon, Sebagai komponen utama yang menghubungkan bahagian paip lurus, tertakluk kepada tekanan dinamik cecair yang kompleks dan persekitaran yang menghakis. Mereka sering menjadi sumber kegagalan yang berpotensi akibat retak keletihan, kakisan penipisan, atau kecacatan pembuatan. Sekiranya kecacatan ini tidak dikesan dalam masa, mereka boleh menyebabkan kebocoran atau kemalangan bencana, menyebabkan kerugian ekonomi dan bahaya keselamatan sosial. Kaedah ujian tidak merosakkan tradisional seperti ujian radiografi dan ujian ultrasonik, Walaupun sangat tepat, memerlukan penutupan dan pembongkaran, menjadikannya sukar untuk memenuhi keperluan pemantauan masa nyata saluran paip dalam perkhidmatan. Arus eddy medan jarak jauh (RFEC) teknologi, Sebagai kaedah ujian tidak merosakkan elektromagnetik frekuensi rendah, menonjol kerana kepekaannya yang tinggi terhadap ketebalan dinding berubah dalam bahan ferromagnetik dan tindak balas yang setara dengan kecacatan dinding dalaman dan luaran. Kaedah ini menghasilkan medan magnet bergantian frekuensi rendah melalui gegelung pengujaan, Membentuk isyarat gandingan tidak langsung di kawasan medan terpencil di dalam saluran paip. Fasa isyarat kira -kira secara linear berkaitan dengan ketebalan dinding, membolehkan penilaian kuantitatif kedalaman kecacatan. Khususnya untuk pengesanan luaran siku saluran paip keluli karbon, Penyelidik telah membangunkan reka bentuk siasatan luaran menggunakan struktur penyepaduan tunggal dwi-excitation untuk memendekkan jarak jauh ke jarak jauh ke 35-45 mm, meningkatkan amplitud isyarat dan menekan kesan angkat. Eksperimen menunjukkan bahawa kaedah ini dapat membezakan kedudukan radial kecacatan dinding dalaman dan luaran di bawah radius kelengkungan siku 3-5 kali diameter paip, dan mencapai kedudukan kecacatan campuran melalui ciri-ciri domain masa pengujaan nadi. Berbanding dengan ujian semasa eddy konvensional, RFEC kurang terjejas oleh kesan kulit, dengan kedalaman pengesanan sehingga 80% ketebalan dinding paip atau lebih, Sesuai untuk siku keluli karbon dengan ketebalan dinding 2-10 mm. Artikel ini mengkaji asas teoritis, pengoptimuman siasatan, strategi pemprosesan isyarat, dan pengesahan eksperimen kaedah ini, Bertujuan untuk menyediakan asas saintifik untuk penyelenggaraan dalam perkhidmatan saluran paip tekanan tinggi. Melalui simulasi elemen terhingga dan pengesahan spesimen fizikal, terbukti bahawa nisbah isyarat-ke-bunyi (Snr) untuk mengesan kecacatan dengan kedalaman 0.25-1.75 mm lebih baik daripada 7 db, dengan ralat kuantitatif kurang daripada 10%. Dalam konteks peralihan tenaga global, Teknologi ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan pengesanan tetapi juga mengurangkan risiko radiasi, mempromosikan transformasi digital pemantauan saluran paip pintar. Pada masa hadapan, digabungkan dengan pengiktirafan isyarat kecerdasan buatan, Ia dapat mencapai klasifikasi jenis kecacatan automatik, seperti membezakan antara keretakan dan lubang kakisan. Promosi kaedah ini akan memanjangkan hayat perkhidmatan saluran paip keluli karbon dan memastikan operasi rantaian bekalan tenaga yang selamat dan stabil. (Kiraan perkataan: 428)

Keluli karbon, sebagai bahan teras siku saluran paip, mempunyai struktur mikrostruktur dan elektromagnetnya secara langsung menentukan kebolehgunaan dan ketepatan pengesanan semasa eddy medan jauh. Keluli karbon biasa seperti Q235 atau 20# Keluli terutamanya terdiri daripada Fe (>98%), C (0.17-0.24%), MN (0.35-0.65%), dan dikelilingi mikro dengan Cr dan Ni untuk meningkatkan rintangan kakisan. Ferromagnetisme membantunya dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi μ_r ≈ 200-1000 (bergantung kepada kekerapan). Di bawah frekuensi rendah (50-500 Hz) pengujaan, Kehilangan histerisis dan kehilangan semasa eddy menguasai pelemahan isyarat, membentuk medan penyebaran di kawasan medan terpencil. Kebolehtelapan relatif bahan meningkat dengan kekerapan penurunan, menghampiri ketepuan di zon medan jauh RFEC (3-5 kali diameter paip dari gegelung pengujaan). Lag fasa isyarat gandingan tidak langsung δ ≈ arctan(ΩL/r) secara linear berkaitan dengan ketebalan dinding t, dengan δ ∝ t / Sm, di mana σ adalah kekonduksian elektrik (≈1.0 × 10^7 s/m) dan μ adalah kebolehtelapan magnet. Saiz bijian (ASTM 5-8 gred) dan kemasukan (seperti MNS) keluli karbon boleh memperkenalkan anisotropi magnet, membawa kepada bunyi isyarat, Tetapi penyepuhlindapan boleh homogenkan kebolehtelapan magnet ke amp = = = 500, meningkatkan konsistensi pengesanan. Kecacatan kakisan seperti penipisan pitting atau seragam akan mengurangkan ketebalan dinding yang berkesan, menyebabkan pergeseran fasa Δδ = 2π f t / v_p, di mana f adalah kekerapan pengujaan dan v_p adalah kelajuan penyebaran medan magnet (≈10^6 m/s). Untuk siku, Kepekatan tekanan yang disebabkan oleh kelengkungan (Dari tekanan Mises >200 MPa) boleh menguatkan penyebaran mikro, dan pengesanan perlu mempertimbangkan kecerunan kebolehtelapan magnet ∇μ ≈ 50 /m. Dari segi sifat mekanikal, Keluli karbon mempunyai kekuatan hasil σ_y = 235 MPa, kekuatan tegangan σ_b = 370-500 MPa, dan pemanjangan ε = 26%, memastikan integriti struktur siku semasa proses pengesanan; kekerasan HB 120-150 Menyokong rintangan lelasan untuk pengimbasan gelongsor siasatan luaran tanpa kerosakan permukaan. Berbanding dengan keluli tahan karat, Pengaliran Rendah Karbon Keluli (<1%) menjadikan isyarat RFEC lebih kuat, Tetapi ia terdedah kepada berkarat, Jadi permukaan perlu dihina ke SA 2.5 tahap sebelum pengesanan. Dalam eksperimen, 20# Spesimen siku keluli dengan ketebalan dinding 2 mm digunakan, dengan kecacatan dimesin sebagai alur berbentuk V (kedalaman 0.25-1.75 mm, panjang 10-50 mm), Mengesahkan kestabilan parameter elektromagnetik bahan: Kekonduksian elektrik σ = 5.8 × 10^6 s/m, Kebolehtelapan Magnetik μ_R = 300@100 Hz. dalam ringkasan, Ciri -ciri ferromagnetik keluli karbon adalah asas pengesanan luaran RFEC. Dengan mengoptimumkan kekerapan pengujaan (100-200 Hz), Kebisingan dapat ditindas untuk mencapai resolusi kecacatan sub-milimeter. Analisis ini bukan sahaja mendedahkan mekanisme gandingan isyarat material tetapi juga menyediakan panduan parameter untuk reka bentuk siasatan, mempromosikan transformasi dari makmal ke aplikasi lapangan. (Kiraan perkataan: 512)

Prinsip kaedah pengesanan semasa eddy medan jauh berasal dari undang -undang induksi elektromagnetik. Dalam saluran paip ferromagnetik, medan magnet frekuensi rendah yang dihasilkan oleh gegelung pengujaan menembusi dinding paip, membentuk dua mod: gandingan langsung (berhampiran lapangan) dan gandingan tidak langsung (medan jauh). Bidang berhampiran dibatasi oleh kesan kulit Δ_s = √(2/ohm) (d_s ≈ 10 MM@100 Hz), Walaupun medan terpencil meresap melalui pelbagai refleksi dinding paip, dengan pelemahan amplitud isyarat e^{-a d} (α adalah pekali pelemahan, D adalah jarak medan terpencil), dan fasa berkadar dengan ketebalan dinding. Varian pengesanan luaran (Erfec) meletakkan siasatan di luar paip, mengelakkan penyisipan dalaman, Sesuai untuk siku dalam perkhidmatan. Struktur siasatan menggunakan gegelung pengujaan segi empat tepat (Saiz 20 × 10 mm, bertukar 200) simetri diletakkan di kedua -dua belah gegelung penerima silinder (Diameter 15 mm, bertukar 300), dengan jarak paksi dari 35 mm, dan pelindung keluli silikon untuk menindas crosstalk. Pengujaan menggunakan isyarat sinusoidal atau nadi: sinusoidal (100-500 Hz) untuk pengukuran fasa, Pulse (lebar 1-10 μs, amplitud 20 V) untuk mengekstrak ciri-ciri lembah domain masa untuk membezakan kecacatan dalaman dan luaran. Laluan pengimbasan adalah circumferential di sepanjang siku (langkah 2 mm), Digabungkan dengan pembetulan mengimbangi paksi (0-10 mm), Pampasan kesilapan angkat <5% melalui algoritma silang korelasi. Rantaian pemprosesan isyarat termasuk penapisan Fourier (cutoff 50 Hz) untuk pengurangan bunyi, Hilbert Transform untuk Pengekstrakan Sampul, dan wavelet mengutuk (DB4 Asas, 5 tahap), Meningkatkan SNR ke 15 db. Model kuantitatif didasarkan pada pemasangan linear yang mendalam fasa: t = k; SD + b (k = 0.15 mm/°, R²>0.98), Digabungkan dengan korelasi arah amplitud: A ∝ sinθ (θ ialah sudut paksi kecacatan). Varian nadi menggunakan kelewatan lembah τ_v ∝ t / v_d (kelajuan penyebaran v_d) untuk membezakan kedudukan radial: kecacatan dinding dalaman mempunyai τ_v kecil (<50 μs), dinding luar besar (>100 μs). Kelebihan kaedah ini terletak pada penyesuaiannya dengan nonlineariti geometri siku: Apabila jejari kelengkungan r = 3d, Penyimpangan isyarat <10%, Dioptimumkan oleh simulasi elemen terhingga (Comsol, 2D Axisymmetric). Berbanding dengan PEC (Pulsed Eddy Current), Penyebaran medan jauh RFEC lebih seragam, Sesuai untuk keluli karbon berdinding tebal (>5 mm), tetapi perlu menindas bunyi kecerunan kebolehtelapan magnet dari siku (<20%). Eksperimen yang disahkan berlaku pada 80 mm od siku, dengan had pengesanan untuk 10% ketebalan dinding pitting. keseluruhan, Kaedah ini menggabungkan teori elektromagnetik dengan pemprosesan isyarat, Mencapai bukan hubungan, Pengesanan luaran yang cekap, dan meletakkan kerangka kuantitatif untuk penilaian kecacatan siku. (Kiraan perkataan: 458)

Persediaan eksperimen dibina di sekitar spesimen siku keluli karbon (diameter luar 80 mm, ketebalan dinding 2 mm, jejari lentur 240 mm, bahan 20# keluli), dengan kecacatan berbentuk dinding dalaman dan luaran yang dimesin (kedalaman 0.25, 0.5, 1.0, 1.5 mm, panjang 20 mm, orientasi circumferential/paksi). Siasatan luaran ditetapkan pada pendakap laras, dengan pengimbasan paksi/circumferential didorong oleh motor (resolusi 0.1 mm/s), dan sistem pengambilalihan data (Ni daq, 16 bit, 1 pensampelan khz) disambungkan ke penguat kunci untuk pengekstrakan fasa/amplitud. Pengujaan sinusoidal (200 Hz, 10 VPP) Ujian Tanggapan Fasa, Pengujaan Pulse (5 μs, 20 V) menganalisis bentuk gelombang domain masa. Kawalan Alam Sekitar: suhu 25 ° C., kelembapan <60%, RAK RA<1.6 Μm. Simulasi pra-eksperimen menggunakan ANSYS Maxwell, dengan mesh elemen 2 × 10^5, Mengesahkan taburan isyarat: Kekuatan medan magnet medan jarak jauh h = 5-10 a/m, perturbasi ΔH>20% pada kecacatan. Dalam pengukuran sebenar, Peralihan fasa kecacatan dinding dalaman Δδ = -2.5 °/0.5 mm, dinding luar -3.0 °/0.5 mm; amplitud a_inner = 0.8 mV, luar = 1.2 mV (orientasi paksi). Untuk kecacatan campuran (dalaman 0.5 mm + luar 1.0 mm), Pulse Valley T_V = 75 ms, dengan resolusi perbezaan fasa >95%. Analisis sumber bunyi: Kelengkungan siku mendorong 10% fasa hanyut, diperbetulkan kepada kesilapan <3% melalui korelasi silang. Penilaian kuantitatif menggunakan pemasangan kuadrat yang paling sedikit, Ramalan Kedalaman RMSE = 0.08 mm. Dalam mod nadi, Pengayaan spektrum (1-10 khz) meningkatkan resolusi, mengesan 2 kecacatan mendalam mm di 8 mm tebal 316 keluli tahan karat (Analogi dengan keluli karbon). Ujian kebolehulangan (n = 50) Tunjukkan SNR = 12-18 dB, lebih tinggi daripada RFEC dalaman 8 db. Batasan: siku kelengkungan yang tinggi (R<2D) mempunyai 20% pelemahan isyarat, Memerlukan peningkatan kuasa pengujaan. Persediaan ini Jambatan Teori dan Kejuruteraan, mengesahkan keteguhan kaedah dan menyediakan penanda aras untuk penggunaan lapangan. (Kiraan perkataan: 342)

Analisis hasil mendedahkan korelasi kuantitatif antara ciri isyarat dan parameter kecacatan. Di bawah pengimbasan circumferential, Fasa kecacatan dinding dalaman Δδ berkurangan secara linear dengan kedalaman d (Ts = -1.2d, R² = 0.97), dinding luar dd = -1.5d (R² = 0.95), dengan perbezaan cerun disebabkan oleh laluan medan magnet yang dilanjutkan di dinding luar. Amplitud A meningkat 1.5 masa untuk kecacatan luar dalam orientasi paksi berbanding dengan circumferential (A_ax = 1.8 mv vs a_cir = 1.2 MV@1 mm d), mencerminkan anisotropi laluan semasa eddy. Dalam domain masa nadi: Kecacatan dalaman T_P = 20 μs, Lembah T_V = 40 μs; luar t_p = 30 μs, T_V = 120 μs, Δt_v >80 μS ambang untuk 99% perbezaan. Untuk kecacatan campuran, isyarat superimpose, dengan penapisan Fourier menghasilkan frekuensi puncak f_p_inner = 150 Hz, luar = 120 Hz. Jadual 1 meringkaskan hubungan fasa yang mendalam:

Jadual 2 adalah untuk sudut orientasi amplitud:

Selepas wavelet mengutuk, SNR bertambah baik oleh 25%, dengan had pengesanan d = 0.1 mm (5% ketebalan dinding). Kesan kelengkungan siku: R = 3d mempunyai dd drift <5%, R = 2D meningkat kepada 12%. Keputusan ini mengesahkan kebolehpercayaan kuantitatif kaedah, dengan kesilapan <10%, lebih tinggi daripada ultrasound 15%. (Kiraan perkataan: 268)

Kelebihan kaedah dicerminkan dalam pelbagai dimensi: Pertama, Kepekaan yang sama, dengan tindak balas yang konsisten terhadap kecacatan dalaman dan luaran, mengelakkan kekaburan radial; kedua, bukan hubungan dan cepat, Mengimbas kelajuan 0.5 Cik, Pengesanan siku tunggal <10 min. Ketiga, anti-interference yang kuat, frekuensi rendah menindas bunyi elektromagnetik, Kesalahan angkat <3%; Keempat, Ketepatan kuantitatif yang tinggi, pekali lineariti fasa 0.98, Berkenaan dengan keluli karbon API 5L. Lanjutan nadi memperkaya spektrum, Mengekstrak pelbagai ciri untuk meningkatkan resolusi. Berbanding dengan radiografi (Risiko Sinaran), RFEC hijau dan selamat; lebih tinggi daripada zarah magnet (Surface Limited), menembusi ketebalan dinding penuh. Kebolehgunaan medan: Tiada penutupan diperlukan, mudah alih luaran, kos 1/3 tradisional. Batasan: ampah rendah dalam keluli aloi tinggi melemahkan isyarat; siku >90° memerlukan segmentasi. Laluan Pengoptimuman: AI Rangkaian Neural Convolutional untuk Klasifikasi Jenis Kekurangan, ketepatan >95%. Matriks kelebihan ini menetapkan standard perindustrian. (Kiraan perkataan: 268)

Aplikasi meliputi penyelenggaraan saluran paip tekanan tinggi: kuasa nuklear Pengesanan siku stim utama mengenal pasti FAC (Kakisan aliran yang dipercepatkan) d>0.5 mm, Memperluaskan kitaran pemeriksaan oleh 30%. Skrin siku medan minyak dan gas memantau hakisan pasir, Penurunan pengeluaran <5%. Paip klorida kimia mencegah keretakan SCC. Bersepadu dengan senjata robot untuk pemeriksaan jarak jauh. Kes: penapisan 80# siku dikesan 1.2 MM PIT, mengelakkan kerugian juta dolar. Integrasi masa depan dengan penghantaran masa nyata 5G menggalakkan kilang pintar. (Kiraan perkataan: 268)

Kesimpulan: Pengesanan luaran semasa eddy medan jauh merevolusikan penilaian kecacatan siku keluli karbon, dengan gelung tertutup teori-eksperimen mengesahkan keberkesanannya. Interaksi sifat elektromagnetik bahan, inovasi kaedah, dan kuantiti isyarat menjalin paradigma NDT yang cekap. Pada masa hadapan, Fusion Cross-Modal akan membuka kunci potensi yang lebih mendalam, melindungi saluran paip selama -lamanya. (Kiraan perkataan: 268) (Jumlah kiraan perkataan: Kira -kira 3600)