วิธีและอุปกรณ์ตรวจจับข้อบกพร่องจากการพับงอของท่อเหล็กไร้รอยต่อ

1. หลักการตรวจจับข้อบกพร่องจากการพับของท่อเหล็กไร้รอยต่อ
เมื่อท่อเหล็กบนสายตรวจวัดเคลื่อนที่ผ่านบริเวณตรวจวัดความหนาของผนังท่อด้วยความเร็วสูงและขนานกับแกนของท่ออย่างเคร่งครัด ตัวเชื่อมต่อแบบน้ำที่หมุนรอบท่อจะสร้างลำน้ำพ่นที่มีแรงดันคงที่ไปที่ท่อเหล็ก และสัญญาณอัลตราโซนิกที่ตั้งฉากกับแกนของท่อเหล็กซึ่งปล่อยออกมาจากหัววัดอัลตราโซนิกที่หมุนไปพร้อมกันจะถูกส่งไปยังท่อผ่านทางลำน้ำพ่นนั้น คลื่นที่ส่วนต่อประสานและคลื่นด้านล่างที่เกิดขึ้นเมื่อสัญญาณอัลตราโซนิกผ่านพื้นผิวด้านในและด้านนอกของท่อจะถูกส่งไปยังหัววัดอัลตราโซนิกผ่านทางลำน้ำ หัววัดจะแปลงคลื่นที่ส่วนต่อประสานและคลื่นด้านล่างเป็นสัญญาณไฟฟ้า และหลังจากประมวลผล วิเคราะห์ และคำนวณแล้ว จะได้กราฟดิจิทัลที่สะท้อนความหนาของผนังท่อเหล็ก เมื่อสัญญาณอัลตราโซนิกพบรอยพับหรือข้อบกพร่องอื่นๆ ในผนังท่อเหล็ก สัญญาณข้อบกพร่องที่แสดงถึงรอยพับและข้อบกพร่องอื่นๆ จะเกิดขึ้นระหว่างคลื่นที่ส่วนต่อประสานและคลื่นด้านล่าง และความกว้างของพัลส์ความหนาจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ขนาดและขอบเขตของข้อบกพร่องจากการพับจะแสดงบนกราฟ

2. เทคโนโลยีการวัดความหนาด้วยคลื่นอัลตราโซนิคแบบใช้หัววัดหลายหัวและฉีดพ่นน้ำพลังงานสูง
เทคโนโลยีและอุปกรณ์ตรวจจับข้างต้นเหมาะสำหรับการตรวจจับท่อที่มีพื้นผิวเรียบด้วยความเร็วสูงเท่านั้น อย่างไรก็ตาม สภาพพื้นผิวของท่อเหล็กที่ต้องตรวจสอบมักจะไม่ดี ท่อเหล็กจำนวนมากถูกนำกลับมาใช้ใหม่ เป็นสนิม และมีรอยบุ๋มกระจายอยู่บนพื้นผิว บางส่วนยังปนเปื้อนด้วยน้ำมัน ฯลฯ ซึ่งทำให้สัญญาณอัลตราโซนิกอ่อนลงบนพื้นผิวของท่อเหล็ก คลื่นที่ส่วนต่อประสานและคลื่นด้านล่างอ่อนมาก และยากที่จะสร้างพัลส์ความหนาที่เสถียร ท่อเหล็กบางส่วนยังมีข้อต่อ ทำให้วิ่งบนพื้นผิวที่ไม่เรียบระหว่างการตรวจสอบ และผลการตรวจสอบก็ยังไม่ดีนัก
“อุปกรณ์วัดความหนาด้วยคลื่นอัลตราโซนิคแบบฉีดพ่นน้ำพลังงานสูงหลายหัววัด” ใช้เทคโนโลยีหลักดังต่อไปนี้ในการแก้ปัญหาเหล่านี้:
(1) ใช้แผ่นเวเฟอร์แบเรียมไททาเนตที่มีความต้านทานแรงดัน 1500 V p2p และหัววัดอัลตราโซนิกแบบโฟกัสจุด 10 MHz เพื่อปรับปรุงพลังงานของสัญญาณอัลตราโซนิก
(2) ใช้วงจรการกระตุ้นพลังงานสูงที่มีลักษณะฟังก์ชันการกระแทกเพื่อกระตุ้นโพรบให้สร้างคลื่นอัลตราซาวนด์พลังงานสูง
(3) เทคโนโลยีการวัดความหนาด้วยคลื่นอัลตราโซนิคแบบหลายช่องสัญญาณและวงจรขยายเชิงเส้นของพัลส์ความหนาเพื่อปรับปรุงความเร็วและความแม่นยำในการตรวจจับ
(4) เทคโนโลยีการส่งสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา การสุ่มตัวอย่างความเร็วสูง เพื่อส่งสัญญาณความหนาแบบมัลติช่องสัญญาณได้อย่างน่าเชื่อถือ
(5) ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ขจัดอิทธิพลของความไม่เสถียรของสัญญาณอัลตราโซนิกต่อผลการตรวจจับ แสดงผลการตรวจจับเป็นตัวเลขและเส้นโค้ง และทำเครื่องหมายตำแหน่งข้อบกพร่อง
(6) อุปกรณ์เชื่อมต่อน้ำแรงดันคงที่และอุณหภูมิคงที่เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อคอลัมน์น้ำสเปรย์กับสัญญาณอัลตราโซนิก
(7) กลไกการวางตำแหน่งและการขับเคลื่อนที่แม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าท่อเหล็กผ่านหัววัดไปตามแกนอย่างเคร่งครัดในพื้นที่ตรวจจับ แก้ไขปัญหาการทำงานที่ไม่ราบรื่นที่เกิดจากการเชื่อมต่อท่อเหล็ก เพื่อให้หัววัดแต่ละอันรักษาระยะห่างในแนวตั้งและคงที่กับผนังด้านนอกของท่อเหล็ก

3. ผลการทดลอง
ความไวของหัววัดแบบแผ่นเวเฟอร์ “แบเรียมไททาเนต” สามารถเพิ่มขึ้นได้ 10dB; แผ่นเวเฟอร์นี้ติดตั้งเลนส์โฟกัสเสียงแบบเว้าเพื่อสร้างหัววัดแบบโฟกัสจุดที่มีระยะโฟกัส 15 มม. และระยะห่างของคอลัมน์น้ำที่เชื่อมต่อ 12 มม. ทำให้จุดโฟกัสของแต่ละหัววัดตกอยู่ที่จุดกึ่งกลางของผนังท่อเหล็ก ช่วยลดผลกระทบจากการกระเจิงของการกัดกร่อนบนพื้นผิวของท่อผลิตน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันไม่ให้ข้อต่อท่อเหล็ก (ความหนา 6~8 มม.) ทำให้หัววัดเสียหาย; “ไตรโอดอะวาแลนซ์” ประกอบด้วยวงจรการกระตุ้นพลังงานสูง 6ns ที่มีลักษณะการทำงานแบบกระทบและแอมพลิจูด Vp2p=1000 ซึ่งกระตุ้นหัววัดอัลตราโซนิกเพื่อสร้างสัญญาณอัลตราโซนิกพลังงานสูง ทำให้อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของคลื่นพื้นผิวและคลื่นด้านล่างสูงกว่า 20dB เมื่อหัววัดหมุนด้วยความเร็ว 240 รอบต่อนาที สัญญาณวัดความหนาของผนังท่อเหล็กจะคงที่ และสามารถแสดงข้อมูลที่ไม่สม่ำเสมอของเส้นรอบวงได้อย่างแม่นยำถึง 0.05 มิลลิเมตร ในขณะเดียวกัน เมื่อท่อเหล็กเคลื่อนที่ผ่านบริเวณตรวจจับด้วยความเร็ว 15 มิลลิเมตร หัววัดแต่ละตัวจะมีการสแกนแบบเกลียว โดยมีระยะห่างระหว่างเกลียว 15.625 มิลลิเมตร และหัววัดทั้ง 4 ตัวสามารถตรวจจับได้ 2400 จุดต่อวินาที ระยะห่างระหว่างจุดคือ 0.16 มิลลิเมตร และความแม่นยำในการวัดความแปรผันของความหนาของผนังท่อจะไม่น้อยกว่า ± 0.1 มิลลิเมตร

4. เครื่องวัดความหนาแบบอัลตราโซนิกชนิดหัววัดหมุนแบบช่องสัญญาณ ประกอบด้วยตัวเชื่อมต่อแบบน้ำและหัววัดอัลตราโซนิก 4 หัวที่กระจายตัวทำมุม 90° ต่อกันและตั้งฉากกับแกนท่อเหล็กอย่างเคร่งครัด ถังเก็บน้ำแขวนสูงที่มีการควบคุมระดับของเหลวอัตโนมัติ โดยมีระดับของเหลวอยู่ที่ 6 เมตร และน้ำเชื่อมต่อที่มีอุณหภูมิคงที่ 40℃ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าคอลัมน์น้ำที่ฉีดพ่นไปยังหัววัดทั้ง 4 หัวมีแรงดันที่สม่ำเสมอและการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ในแต่ละตำแหน่ง ขจัดอิทธิพลของฟองอากาศ คอลัมน์น้ำที่ตั้งฉากกับแกนของท่อผลิตน้ำมันจะช่วยเชื่อมต่อสัญญาณอัลตราโซนิกระหว่างหัววัดและตัวท่อได้อย่างน่าเชื่อถือ

วงจรขยายพัลส์ความหนาเชิงเส้นที่ประกอบด้วยอุปกรณ์แหล่งจ่ายกระแสคงที่ จะขยายพัลส์ความหนา 2Λs แต่ละพัลส์ให้ยาวขึ้น 20 เท่า เป็น 40Λs ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการตรวจจับความหนาและลดข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่าง ส่วนวงจร “การแบ่งเวลาแบบมัลติเพล็กซ์ การสุ่มตัวอย่างความเร็วสูง” จะสุ่มตัวอย่างพัลส์ที่มีความกว้าง 4 ช่องสัญญาณ ที่ความถี่การสุ่มตัวอย่าง 2.5MHz และรวมเข้าเป็น 1 ช่องสัญญาณ ซึ่งจะถูกส่งผ่านวงแหวนสลิป และแยกออกเป็นสัญญาณหลายสัญญาณพร้อมกันโดยมัลติเพล็กเซอร์ ความผิดเพี้ยนของสัญญาณจึงน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1%

การรบกวนจากภาพเท็จส่งผลต่อผลการตรวจจับ คลื่นด้านล่างของท่อเหล็กอ่อน ทำให้เกิดพัลส์ภาพเท็จหนาพิเศษที่ไม่เสถียรได้ง่าย การสั่นสะเทือนของคลื่นผิวอาจทำให้เกิดพัลส์ภาพเท็จบางพิเศษ และข้อบกพร่องจากการพับมักทำให้เกิดพัลส์ความลึกของการพับต่อเนื่องหลายสิบพัลส์ ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์สามารถแยกแยะความหนาของผนัง การพับ และการรบกวนจากภาพเท็จ และแสดงข้อมูลและกราฟที่เสถียรได้

4. ผลการทดสอบ
ในสายการตรวจจับความบกพร่องของท่อเหล็ก ท่อเหล็กได้รับการทดสอบโดย "การตรวจจับความบกพร่องจากการรั่วไหลด้วยแม่เหล็ก" จากนั้นจึงใช้ "อุปกรณ์ตรวจวัดความหนาผนังท่อเหล็กความเร็วสูงแบบ 4 ช่องสัญญาณพร้อมหัววัดหมุนที่เชื่อมต่อกับระบบฉีดน้ำ" และพบว่าท่อเหล็กที่มีข้อบกพร่องจากการพับงอถูกกำจัดออกไป ในการทดสอบแรงดันน้ำในภายหลัง ท่อเหล็กที่มีข้อบกพร่องจากการพับงอเหล่านั้นไม่แตกอีกต่อไป