СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И КОНТРОЛЯ РАЗВИТИЯ ДЕФЕКТОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1998 года по МПК G01N22/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю поверхности металлических сооружений и объектов и может быть использовано для обнаружения и контроля развития дефектов на поверхностях металлических сооружений и объектов, установленных в коррозионных средах различной степени агрессивности в условиях подземного, атмосферного, морского или речного воздействия, в частности для обнаружения и контроля развития трещин на покрытых изоляций поверхностях нефте- или газопроводов.

Известен способ обнаружения и контроля развития трещин в металлических объектах, заключающийся в том, что на поверхности контролируемого объекта устанавливают приемник акустических сигналов и измеряют интенсивность и частоту акустических импульсов, возбуждаемых в процессе образования трещин /метод акустической эмиссии/ /1/.

Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная высоким уровнем собственных шумов контролируемого объекта, а также акустическими и электромагнитными помехами.

Известный способ не позволяет также определить с достаточной точностью места расположения трещин, регистрируя лишь интегральное состояние объекта.

Известен также способ контроля качества металлических сооружений, заключающийся в том, что контролируемое сооружение подвергают динамическим нагрузкам, регистрируют и анализируют спектр акустической эмиссии, создаваемой локальными дефектами контролируемого сооружения, по которому судят о наличии дефектов /2/.

Недостатком известного способа, наряду с перечисленными выше недостатками метода акустической эмиссии, является сложность обеспечения динамической нагрузки.

Известен также способ экспресс-анализа качества полых металлических объектов, например трубопроводов, заключающийся в том, что объект заполняют водой и создают в нем давление в десяти и сотни атмосфер, регистрируют и анализируют сигналы акустической эмиссии, по которым судят о наличии дефектов /3/.

Недостатком известного способа, наряду с перечисленными выше недостатками метода акустической эмиссии, являются высокая стоимость проведения и опасность повреждения контролируемого объекта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения коррозионных разрушений, включающий возбуждение в формирователе переменного электромагнитного поля, распространение замедленной электромагнитной волны, в поле которой помещают поверхность контролируемого объекта с зазором между формирователем переменного электромагнитного поля и поверхностью контролируемого объекта, измеряют величину затухания этой волны, на участке объекта, длина которого существенно превышает длину волны в свободном пространстве, которую преобразуют в информативный сигнал, свидетельствующий о степени коррозионных разрушений /4/.

Недостатком известного способа являются относительно низкая точность измерений, из-за существенного влияния агрессивной среды на величину затухания поверхностной волны и низкая чувствительность из-за больших электродинамических потерь при возбуждении и съеме поверхностной волны, а также невозможность определения места расположения дефекта.

Задачей настоящего изобретения является создание способа обнаружения и контроля развития дефектов на металлических поверхностях объектов и сооружений, в т.ч. и через изолирующее покрытие на контролируемой поверхности объекта, при одновременном увеличении чувствительности и точности контроля, а также уменьшении затрат на его осуществление.

Поставленную задачу решают следующим образом. В способе обнаружения и контроля развития дефектов на металлических поверхностях объектов в формирователе переменного электромагнитного поля и возбуждают и распространяют замедленную электромагнитную волну, в поле которой помещают поверхность контролируемого объекта с зазором между формирователем переменного электромагнитного поля и поверхностью контролируемого объекта, преобразуют изменения одного из параметров замедленной волны, вызванное наличием дефектов на контролируемой поверхности объекта, в информативный сигнал, по которому судят о наличии и размерах дефектов, согласно изобретению, возбуждают и распространяют в формирователе переменного электромагнитного поля замедленную электромагнитную волну магнитного типа, смещают энергию переменного магнитного поля, сформированного волной магнитного типа при ее распространении по формирователю переменного электромагнитного поля в область зазора между формирователем переменного электромагнитного поля и поверхностью контролируемого объекта, преобразуют изменение постоянной распространения γ замедленной волны магнитного типа, проходящей через формирователь переменного электромагнитного поля, в информативный сигнал, по которому судят о наличии и размерах дефектов.

Кроме того, преобразуют в информативный сигнал изменение мнимой части постоянной распространения γ, а именно изменение фазовой постоянной β о замедленной электромагнитной волны, проходящей через формирователь переменного электромагнитного поля.

Кроме того, преобразуют в информативный сигнал изменение действительной части постоянной распространения - изменение постоянной затухания α - замедленной электромагнитной волны, проходящей через формирователь переменного электромагнитного поля.

Кроме того, выбирают замедление n поверхностей электромагнитной волны, возбуждаемой в формирователе переменного электромагнитного поля в соответствии с условием
n² ≥ 0,1((ε - jσ/ω ε₀),
где
ε₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума;
σ - удельная проводимость изолирующего покрытия;
ε - относительное значение диэлектрической проницаемости диэлектрического защитного антикоррозионного покрытия, соприкасающегося с поверхностью контролируемого объекта;
ω - круговая частота электромагнитных колебаний, связанная с периодом T, возбуждаемой в формирователе переменного электромагнитного поля, замедленной волны известным соотношением ω = 2π/T;
j - мнимая единица.

Кроме того, выбирают зазор между формирователем переменного электромагнитного поля и контролируемой поверхностью объекта, не превышающим толщины области сосредоточения замедленной электромагнитной волны, т.е. не превышающим λ₃/2π, где λ₃ - длина замедленной волны магнитного типа, проходящей через формирователь переменного электромагнитного поля.

Кроме того, выбирают конфигурацию формирователя переменного электромагнитного поля, повторяющую конфигурацию контролируемой поверхности объекта.

Способ обнаружения и контроля дефектов на металлических поверхностях объектов относится к измерительной технике, а именно к контролю состояния поверхности нагруженных металлических сооружений и объектов, установленных в коррозионных средах различной степени агрессивности в условиях подземного, атмосферного или подводного воздействия, в частности для обнаружения и контроля развития трещин на поверхностях нефте- или газопроводов, защищенных антикоррозионным покрытием, и заключается в том, что в формирователе переменного электромагнитного поля возбуждают и распространяют замедленную волну магнитного по типа, в поле которой помещают поверхность контролируемого объекта, заполненном материалом защитного покрытия. Изменения мнимой части постоянной распространения замедленной волны преобразуют в информативный сигнал, по которому судят о наличии и размерах дефектов. Для исключения влияния свойств материала защитного покрытия в зазоре на результаты измерений энергию магнитного поля, сформированного замедленной волной, смещают в область зазора. При этом для обеспечения требуемой чувствительности измерений величины зазора выбирают не более λ_з/2π, где λ_з - длина замедленной волны, проходящей через формирователь, а конфигурация формирователя должна повторять конфигурацию поверхности контролируемого объекта. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ обнаружения и контроля дефектов на металлических поверхностях объектов, заключающийся в том, что в формирователе переменного электромагнитного поля возбуждают и распространяют замедленную электромагнитную волну, в поле которой помещают поверхность контролируемого объекта с зазором между формирователем переменного электромагнитного поля и поверхностью контролируемого объекта, преобразуют изменение одного из параметров замедленной волны, вызванное наличием дефектов на поверхности контролируемого объекта, в информативный сигнал, по которому судят о наличии и размерах дефектов, отличающийся тем, что возбуждают и распространяют в формирователе переменного электромагнитного поля замедленную волну магнитного типа, смещают энергию переменного магнитного поля, сформированного волной магнитного типа при ее распространении по формирователю переменного электромагнитного поля в область зазора между формирователем переменного электромагнитного поля и поверхностью контролируемого объекта, преобразуют изменение постоянной распространения γ замедленной волны магнитного типа, проходящей через формирователь переменного электромагнитного поля, в информативный сигнал, по которому судят о наличии и размерах дефектов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что преобразуют в информативный сигнал изменение мнимой части постоянной распространения γ, а именно изменение фазовой постоянной β замедленной волны магнитного типа, проходящей через формирователь переменного электромагнитного поля. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выбирают зазор между формирователем переменного электромагнитного поля и поверхностью контролируемого объекта не превышающим λ_з/2π, где λ_з - длина замедленной волны магнитного типа, проходящей через формирователь переменного электромагнитного поля. 4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что выбирают конфигурацию формирователя переменного электромагнитного поля, повторяющую конфигурацию поверхности контролируемого объекта.