Более точная классификация дефектов с технологией (GWT) длинноволнового метода контроля

Первоначально, метод контроля направленных ультразвуковых волн, был разработанный для обнаружения коррозии под изоляцией (CUI) в трубопроводах нефтехимических заводов. Данный метод контроля (GWT) первоначально с использованием Focus+™от Teletest, а теперь  Sonyks™ нашел отражение в широком диапазоне применений, и даже там где трубопроводы труднодоступны. 

В данной статье рассказывается о том, как улучшения в возможностях фокусировки позволяют лучше классифицировать дефекты и, в конечном итоге, принимать более эффективные решения

Несмотря на то, что метод неразрушающего контроля (НК) является более поздней технологией, в настоящее время владельцы активов считают метод контроля направленных ультразвуковых волн жизненно важным инструментом диагностики. Это в основном связано с простотой применения этого метода, обеспечивающей высокую производительность контроля, и его уникальной способностью контролировать участки трубы вдали от места установки инструмента, делая недоступные участки доступными. 

С момента своего выпуска в 1990-х годах GWT претерпел улучшения. Первоначально использовалась только режим продольных волн (продольными волнами называются волны, в которых колебания совершаются вдоль направления распространения). Несколько лет спустя появился более универсальный режим крутильных волн. Даже при использовании обеих волновых режимов классификация дефектов основывалась исключительно на амплитуде сигнала. А классификация сигнала только по его амплитуде не дает точного представления о серьезности дефекта.

Рис. 1. Амплитудный отклик трех дефектов с 5%-ными потерями в поперечном сечении.

Рисунок 1 иллюстрирует проблему определения серьезности дефекта исключительно на основе амплитуды сигнала. Каждый из трех дефектов имеет постоянную потерю 5% площади поперечного сечения и, следовательно, одинаковую амплитуду отклика в соответствующих А-сканах дисплеев. Дефект, выделенный желтым цветом, имеет наибольшую протяженность по окружности, но наименьшее уменьшение толщины стенки. Когда этот дефект сравнивается с дефектом, выделенным красным цветом, становится ясно, что, хотя оба они представляют собой одинаковую потерю материала, дефект, выделенный красным цветом, является наиболее серьезным и представляет значительную проблему для трубопровода. Практически это вызывает проблему. Амплитуда сигнала не дает никакой информации о соотношении сторон дефекта, что затрудняет различение широких и мелких или узких и глубоких дефектов.

Рисунок 2: Классификация амплитуд А-скана

Использование только амплитуды сигнала для классификации нестандартных ответов дает ограниченную информацию о серьезности любых подозрительных признаков (см. классификацию по амплитуде на рис. 2). Мы все еще можем обнаруживать и отслеживать эти ответы; однако их классификация по амплитуде может быть проблематичной, особенно при работе с показаниями Категории 1; индикация категории 1 описывает наименьшую амплитуду, которую можно задать для сигнала. Отражателям с высокой амплитудой немедленно будет уделено первоочередное внимание, так как незначительные дефекты не создают сигналов высокой амплитуды. Однако отражатели с малой амплитудой можно отнести к серьезным дефектам, поэтому дополнительная информация при тщательном изучении этого типа отражателя полезна и является отличным подспорьем в классификации.

Пользователи системы контроля трубопровода - SONYKS имеют возможность собирать дополнительные данные проверки в месте возникновения аномального сигнала. Это вспомогательное исследование известно как фокус-тест и предоставляет информацию о окружности дефекта. Sonyks собирает данные неразрушающего контроля революционным способом, используя комбинацию полного матричного захвата и широкополосного доступа, что означает, что это больше не вторичный сбор данных, а постобработка. Это имеет огромные преимущества по сравнению с предыдущим методом сбора информации. 

В фокус-тестах используются огибающие, а не осесимметричные волны, которые используются при стандартном сборе данных о направленных волнах. Инструмент с направленными волнами работает как датчик с фазированной решеткой, запуская определенные сегменты для создания волн изгиба, которые объединяются в месте дефекта, получая выгоду от конструктивной интерференции. Данные собираются в восьми точках по окружности трубы.

Рис. 3. Отображение графика Focus Polar

Жирный внешний круг представляет сигнал максимальной амплитуды (уровень 0 дБ). Внутренний пунктирный круг представляет уровень, который на 6 дБ (50%) ниже максимального. Четыре диаметральные пунктирные линии указывают угловые положения по окружности трубы. График строится с использованием информации из восьми отдельных А-сканов, соответствующих каждому из угловых положений по окружности трубы.

На Рисунке 4 ниже мы можем видеть восемь цветных кривых на дисплее фокусного А-скана. Каждая из этих цветных кривых представляет данные, собранные для каждого сфокусированного углового положения. Область, заштрихованная серым цветом, представляет собой глубину резкости фокуса. Кривая с наибольшей амплитудой на рис. 4 соответствует положению трубы 0°; это также отмечено красной точкой на полярном графике.

Рис. 4. Focus A-Scans & Polar Plot Displays

Ясно видно, что остальные семь следов имеют гораздо меньшую амплитуду; это хороший признак того, что проблемная область локализована вокруг верхней части трубы.

Как и в случае с амплитудной классификацией, данные фокуса должны быть классифицированы, чтобы каждому показанию можно было присвоить высокий, средний или низкий приоритет последующего наблюдения. Классификация полярных графиков: направленность (Dir) 1, 2 или 3. Эти классификации поясняются на рисунке 5 ниже.

Рисунок 5: Классификация фокуса

После того, как информация об амплитуде и фокусе получена, они могут обеспечить более точную оценку дефекта в порядке приоритета последующего наблюдения. Последующий приоритет может быть получен путем умножения оценки амплитуды на оценку направленности. Матричная таблица, представленная на рис. 6 ниже, дает рекомендации относительно приоритетности последующих действий.

Рисунок 6: Матрица последующих действий

Матрица показывает, что ответы с амплитудой три (3) будут автоматически классифицироваться как высоко приоритетные. Ответы с классификацией амплитуды один (1) будут переклассифицированы в зависимости от ответа направленности. Следовательно, низко амплитудный сигнал может стать приоритетным, если направленность фокуса локализована.

Хотя рекомендуется отслеживать все аномальные признаки в отчетах о волноводных волнах, приведенная выше система обеспечивает порядок; чем выше показатель матрицы, тем выше приоритет.

Как и во всех технологиях НК, всегда есть возможности и ограничения. Фокусировка не является исключением из этого правила. Как упоминалось ранее, при фокусировке используются огибающие волны. Чем больше доступных огибающих волн улучшит качество данных фокусировки.

Количество доступных волн изгиба преимущественно определяется тестируемой частотой. По мере увеличения частоты доступно больше волн. Это показано на графике дисперсионной кривой на рис. 7 ниже.

Рисунок 7: Отображение кривой дисперсии

Каждая из цветных линий на дисперсионной кривой, показанной на рис. 7, представляет определенный режим волны. Важным фактором здесь является то, что большее количество этих волн присутствует на правой стороне дисплея. Поскольку ось X представляет частоту, правая сторона дисплея находится в более высоком частотном диапазоне, чем левая сторона. Ясно видно, что на более высоких частотах существует больше волновых режимов.

В дополнение к частоте толщина и диаметр трубы также влияют на количество доступных волн изгиба. Толстостенные трубы и трубы большого диаметра выдерживают больше изгибных волн; это означает, что идеальным сценарием фокусировки являются ситуации, которые обеспечивают большее количество изгибных волн.

Программное обеспечение Sonyks может рассчитать благоприятные сценарии и дать рекомендации по ожидаемому качеству данных фокусировки на основе этих факторов. При выборе индикации для фокусировки программное обеспечение предоставляет информацию об ожидаемом качестве данных через систему светофора. 

Любой диаметр трубы более 150 миллиметров (6 дюймов) должен обеспечивать как минимум среднее качество; однако качество будет повышаться с увеличением диаметра, толщины стенки и частоты.

Для заданного диаметра трубы и толщины стенки оптимальной частотой фокусировки будет самая высокая частота, при которой индикация видна на А-скане.

Рисунок 9 ниже иллюстрирует важность сбора данных о фокусе, особенно по сравнению с рисунком 1.

Рисунок 9: Значение данных амплитуды и фокуса

Теперь мы можем видеть, что данные о фокусе предоставили информацию о соотношении сторон для каждого из трех идентичных (амплитудных) признаков на рисунке 9. Индикация справа на рисунке 9 более локализована и, следовательно, глубже, чем другие ответы. Индикация слева является наименее серьезной из трех, поскольку она простирается дальше по окружности и является более мелкой, чем ее аналоги.

В заключении

Данные об амплитуде и фокусе должны быть получены при проведении инспекции ультразвуковым контролем с направленными волнами, чтобы максимизировать доступную информацию. Прибор ультразвукового контроля дальнего действия Sonyks от Eddyfi Technologies — это единственная на рынке доступная система, в которой преимущества фокусировки в реальном времени. Кроме того, это единственное инспекционное оборудование, которое собирает данные неразрушающего контроля таким образом, что из собранных данных можно извлечь данные фокусировки. Информация, предоставляемая фокус-коллекциями, позволяет более детально оценить серьезность дефекта; это особенно важно при исследовании сигналов с низкой амплитудой, так как этот тип отклика все еще может быть проблемой для трубы, особенно если он локализован в узком периферийном положении.