جريان های گردابی در تشخیص عیوب خطوط لوله نفت و گاز – بخش نخست

39 خواندن ثانیه
0
504

فلوي جريان در مدارهاي DC

وقتي ولتاژي در مداري مقاومتي برقرار ميشود ،فلوي جريان از قانون اهم پيروي ميكند :

I = V/R يا V = I.R

وقتي مدار بيشتر از يك المان مقاومت يا خازن داشته باشد روابط جبري آساني خواهيم داشت به عنوان مثال اگر دو مقاومت سري داشتيم :

تقسيم مقاومت در يك مدار

جریان بايد براي هر مقاومت يكسان باشد پس:

V1= I.R1 , V2 = I.R2

Vtot= V1+V2 = I.R1+I.R2= I.(R1+R2) = I.Rtot→ Rtot = R1+R2

القاء الكترو مغناطيسي

در سال ۱۸۲۴ اورستد كشف كرد كه جریان عبوري از هسته, ميدان مغناطيسي توليد ميكند كه توانائي حركت دادن عقربه تنظيم كننده (صفحه مدرج) را دارد. هفت سال بعد فارادي و هنري عكس اين مسئله را كشف كردند و آن اينكه ميدان مغناطيسي متحرك باعث القاء ولتاژ در هادي الكتريكي ميشود. دو اثر در شكل مقابل كه يك ترانسفورماتور ساده كه به منبع DC وصل شده است نمايان است:

نمايشي از يك ترانسفورماتور ساده


عقربه به يك سمت منحرف ميشود وقتي جریان برقرار ميشود و سپس در جهت عكس ميچرخد وقتي جريان تغيير جهت ميدهد. ولتاژ تنها زماني ايجاد ميشود كه ميدان مغناطيسي تغيير ميكند. يك همچنين ولتاژ در سيم پيچ اول برقرار ميشود و تمايل به مقاومت در برابر تغيير ولتاژ ايجاد شده را دارد. ولتاژ ايجاد شده با نرخ تغييرات جریان متناسب است. يك خصوصيت هسته كه اندوكتانس ناميده شده بدين صورت تعريف ميشود :

ولتاژ القايي = L. di/dt

هنگاميكه يك جریان AC از يك سلف عبور ميكند ولتاژ ايجاد شده زماني ماكزيمم است كه نرخ تغييرات جریان بيشترين حالت را داشته باشد. براي يك موج سينوسي در زماني صورت ميگيرد كه جريان واقعي صفر باشد

نمودار جريان و ولتاژ براي يك سلف

بنابراين ولتاژ داخل سلف يك چهارم سيكل قبل از جريان ماكزيمم ميشود – گفته ميشود ولتاژ ۹۰ درجه پيش فاز دارد.
مقدار ولتاژ و جريان از اين رابطه محاسبه ميشود:
V=I.XL
كه XLراكتانس سلف و بصورت قابل تعريف ميشود: XL=2π.f.L
فركانس در مقياس هرتز است

يك مدار RL

همانطور كه در بالا مشاهده ميكنيد براي يك مدار DC محاسبه مقاومت كل به آساني با جمع كردن مقدار هر يك از مقاومتها ميسر است.
براي يك مدار
AC به اين آساني نميباشد، اما اساس كار بر همين روش استوار است: جريان عبور از هر دو المان بايد يكسان باشد و در هر لحظه ولتاژ برآيند عبوري از مدار برابر مجموع ولتاژهاي عبوري از مدار است. همچنين بيشترين ولتاژ دو سر مقاومت مطابق ولتاژ صفر دو سر سلف است.

نمودار ولتاژ براي هركدام از المانهاي مقاومت و سلف

ما ميتوانيم يك شماي محوري به‌ آنها اختصاص دهيم

امپدانس مدار

امپدانس مدار با اين فرمول مشخص ميشود

و زاويه فاز بين ولتاژ و مدار بدين صورت است

سيم پيچ ساده در بالاي سطح فلزي

هنگاميكه يك جريان AC در يك سيم پيچ كه در نزديكي سطح هادي است جريان مييابد ميدان مغناطيسي سيم‌پيچ جريانهاي گردابي را در آن سطح هادي القاء ميكند. دامنه و فاز جريانهاي گردابي بربار روي سيم پيچ و همچنين امپدانس آن تأثير ميگذارد

جريانهاي گردابي القا شده در سطح فلز

به عنوان مثال، فرض كنيد كه يك ترك عميق در سطح فلز دقيقاً زير سيم پيچ وجود دارد اين ترك به علت كاهش بار سيم پيچ يا افزايش مقاومت مؤثر فلوي جريان گردابي را كم يا در هر حال مختل ميكند

جريانهاي گردابي القا شده در سطح فلز در حضور ترك

اين اساس تست بوسيله جريان گردابي است، با نشان دادن ولتاژ عبوري از سيم پيچ ميتوانيم تغييرات را در فلز مورد نظرمان ملاحظه كنيم

مدار اندازه گيري ولتاژ پروب جريانهاي گردابي

توجه داشته باشيد كه تركها بايد در فلوي سطح جريان گردابي اختلال ايجاد كنند تا تشخيص داده شوند. تركهايي كه بصورت موازي در مسيرهاي جريان قراردارند اختلال مشهودي ايجاد نميكنند و مشخص نميشوند

موقعيت تركها در مسير جريان                                                  تركهاي موازي شناسايي نميشوند

عوامل مؤثر در پاسخ جريان گردابي

عواملي به غير از عيوب ميتواند در پاسخ پروب جريان گردابي مؤثر باشد. يافتن موفق عيوب منوط به اين است كه يا اين عوامل را ثابت نگه داريم يا تأثير آنرا بر نتيجه از بين ببريم. حذف پاسخهاي ناخواسته اساس تكنولوژي بازرسي با جريانهاي گردابي را ايجاد ميكند. مهمترين عوامل اينها هستند:

ويژگي هدايت فلز

هدايت فلز تأثير مستقيم بر جريان گردابي دارد: هرچه هدايت بيشتر باشد فلوي جريان گردابي در سطح فلز بيشتر ميشود. هدايت عموماً بوسيله جريان گردابي محاسبه ميشود و نتايج آن عوامل مختلف موثر بر هدايت را مانند تركيب فلز، شرايط حرارتي و را مشخص ميكند.

نفوذپذيري

براي فلزات غير آهن مانند مس، برنج، آلومينيوم و غيره و استيلهاي زنگ نزدني نفوذ پذيري با نفوذ پذيري فضاي آزاد يكسان است و متناسب با (mr) است. براي فلزات آهني اگرچه مقدار mبرابر چند صد ميباشد و اين مسئله تأثير مستقيم در پاسخ جريان گردابي ميگذارد، به علاوه براي نفوذپذيري غير معمول نيست كه با قسمتهاي مختلف فلز يا تنشهاي محلي يا تأثيرات حرارتي بطور مشهود تغيير كند.

فركانس

همانطور كه بحث خواهيم كرد، پاسخ جريان گردابي كاملاً تأثيرپذير از فركانس آزمايش ميباشد. خوشبختانه اين عامل، عاملي است كه تحت كنترل ما ميباشد.

هندسه

در يك قطعه واقعي كه مثلاً كاملاً مسطح نيست يا اندازهاش دقيق نيست خصوصيات هندسي مانند خميدگي، لبهها، شيار بر پاسخ جريان گردابي تأثير ميگذارند. روشهاي تست بايد بتوانند اين مسئله را تشخيص دهند، به عنوان مثال در تست پيدا كردن ترك يك لبه پروب بصورت عادي موازي با لبه حركت ميكند تا كوچكترين تغييرات را بتواند به راحتي مشاهده كند. جايي كه ضخامت كمتر از عمق مؤثر نفوذ است (شكل زیر را ببينيد) اين مسئله بر پاسخ جريان گردابي تأثير ميگذارد.

نمودار رابطه قوت جريان هاي گردابي برحسب عمق

مجاورت/ lift off  

هرچه سيم پيچ پروب به سطح نزديكتر باشد آن سيم پيچ بيشتر تحت تأثير قرار ميگيرد. اين مسئله دو تأثير مهم دارد :

سيگنال »lift-off«  وقتي كه پروب بالا و پائين سطح حركت ميكند.

كاهش حساسيت مانند اينكه سيم پيچ افزايشي در فضاي آزاد ايجاد كرده است.

عمق نفوذ

چگالي جريان گردابي، و همچنين قدرت پاسخ دريافت شده از عيب، بيشترين مقدار را در سطح فلز مورد آزمايش دارند و با افزايش عمق كاهش مييابند از نظر محاسباتي مطلوب است كه» استاندارد عمق نفوذ «را جايي كه جريان گردابي در فاصله (%۳۷) ۱/eسطح است تعريف كنيم.
استاندارد عمق نفوذ با اين فرمول در مقياس
mm محاسبه ميشود:

(مقياس مقاومت mW.cm و فركانس Hz است)

با توجه به اين فرمول مشاهده ميشود كه عمق نفوذ:
كاهش مييابد و قتي فركانس زياد ميشود.
كاهش مييابد وقتي هدايت افزايش مييابد.
كاهش مييابد وقتي نفوذپذيري افزايش مييابد اين بسيار واضح است نفوذ در فلزات آهني در يك فركانس خاص بسيار كم است.

شكل زیر تأثير فركانس را بر استاندارد عمق نفوذ مشخص ميكند. مرسوم است كه گاهي از  «عمق مؤثر نفوذ» به جاي  «عمق استاندارد نفوذ» استفاده كنند كه سه برابر عمق استاندارد تعريف ميشود، جايي كه چگالي جريان گردابي به حدود %۳ مقدارش تا سطح سقوط كرده است. اين عمقي است كه هيچ تأثيري بر ميدان جريان گردابي ندارد.

تاثير امپدانس در عمق نفوذپذيري

سطح امپدانس

پاسخ جريان گردابي يك سيم پيچ را بطور مطلوبي ميتوان به سطح امپدانسي ارجاع داد. اين نماي گرافيكي پروب پيچيده امپدانسي است به طوريكه محور نمايانگر مقاومت و محور نمايانگر راكتانس القائي است. توجه كنيد كه وقتي شكل كلي سطح امپدانسي ثابت ماند جزئيات براي يك پروب خاص با فركانس خاص ثابت است. نمايشگر يك CRT خاص ابزار جريان گردابي يك پنجره است كه نمايانگر سطح امپدانسي است كه ميتواند بچرخد و تنظيم شود روي نيازمنديهاي مطلوب ما از دستگاه.

سطح امپدانس يك پروپ جريان گردابي

به عنوان مثال در شكل زیر دياگرام سطح امپدانسي جزئيات »پروب روي آلومينيوم « به شكل زير نشان داده شده است

دياگرام شطح امپدانسي پروپ روي آلمينيوم

توجه كنيد كه در مثال دامنه و فاز ترك‌هاي با اندازه‌هاي مختلف نشان داده شده است

بارگذاری توسط pedram nouri
بارگذاری در تعمیرات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *