一种具有双螺旋电磁声换能器传感器阵列的管线检查工具，包含相对于工具主体的中心纵轴以倾斜角定向的两个磁极。传感器线圈组的阵列位于所述两个磁极的相对边缘之间，且垂直于所述中心纵轴而定向。每一传感器线圈组包含发射器线圈和两对相对的接收器线圈，所述接收器线圈经选通以接收来自管状部件的壁的反射。因为传感器线圈的排相对于磁偏置场旋转，所以所述接收器线圈与所述发射器线圈成一直线且具有与所述发射器线圈相同的角定向。所述工具提供对小缺陷的改进的敏感性、ＲＦ脉冲发生器功率要求的实质降低、完全圆周覆盖、所发射信号的自校准以及由周围的声环引起的发射器线圈之间的较少干扰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及经设计以检测管道、管路和管线中的异常的检查工具，且具体涉 及采用漏磁通量检测技术的在线检查工具。
技术介绍
许多安装好的管线可使用漏磁通量(MFL)技术来检查，主要用于识别金属损失异 常的目的。漏磁通量已显现出当金属损失异常的主轴和场角变化时以可预测的方式响应于 管线的壁中的异常。实验和建模结果两者已用于确认此作用，其也在文献中广泛描述。部分由于数据采集、数据存储和磁路设计强加的限制，大多数在线检查工具已采 用轴向定向磁化器(参见例如史监夫(Schempf)等人的第6，820，653号美国专利)。然而， 当前的轴向场磁化器设计使得极端窄的轴向特征的识别和量化较困难，或在某些情况下不 可能实现。对于这些特征类别，在圆周或横向方向上使用磁场的解决方案在过去的十年中 已由管线检查提供者在市场上销售且投入使用。然而，由于物理学的约束，这些横向磁通量 检查(TFI)工具的性能和准确性大体上小于用于一般金属损失异常的轴向场工具的性能 和准确性。另外，这些TFI工具通常需要至少两个磁化器组合件以便实现充足的覆盖，从而 使得将这些并入现存的轴向MFL工具中不切实际或较困难。对于可能具有极端窄的金属损失特征或某些类别的缝焊异常的那些管线，标准轴 向场工具并不提供充足的检测和量化能力。在这些情况下，对于基于MFL的工具，使用TFI 工具执行初始或补充的调查。虽然TFI工具可能能够检测极端窄的异常和某些缝焊异常， 但其也检测管线中通常发现的所有其余的体积金属损失特征，从而使识别目标性异常类别 的过程复杂化。最早的TFI布置中的一者在克劳奇(Crouch)等人的第3，483，466号美国专利中 描述。Crouch揭示了一对彼此垂直布置的电磁体，其中例如磁力计或探查线圈等检测器定 位于磁体的每一侧上。除了使用永久磁体和霍尔装置(hall device)型传感器以外，Crouch 的布置仍然是大多数现代实施方案的基础。另外，一些设计涉及分段或个别的离散磁体，其 在大多数情况下保持横向或圆周场方向。举例来说，维尔斯(Wiers)等人的第3，786，684 号美国专利揭示了以相对于管轴倾斜的阵列的形式布置的个别磁体，其中每一阵列的场与 其它阵列的场垂直。然而，此布置将场限于每一个别磁体的磁极之间的区段和区域。此外， Wiers型实施方案所需的短磁极间距减少了磁路的长度，进而促使工具经受速率效应，且还 遮蔽焊缝、凹口或其它异常处的数据质量、使其失真或降级。其它设计涉及精密复杂的几何形状、多个磁化器区段以及精密机械布置，例如经 设计以引起磁化器区段的盘旋或螺旋运动的螺旋驱动器、齿轮和轮。举例来说，韦尼克 (Wernicke)的第5，565，633号美国专利揭示一种机械上复杂的装置，其用于与具有两个或 两个以上磁路的磁化器区段和大量感测单元一起使用。在一个实施例中，磁块以螺旋定位 的平行磁极来布置。在另一实施例中，磁块为轴向移位的扭绞磁极对。两个实施例均需要 机械上引起的旋转，以便实现内部管面的完全覆盖。类似于Wernicke，拉马特(Ramuat)的 第6，100, 684号美国专利揭示大体上横向场磁化布置，其涉及多个磁化器区段和一复杂轮 布置以引起区段的螺旋运动且实现管壁的重叠或完全覆盖。汤普森(Thompson)等人的第 7 ，548，059号美国专利包含两个滑块(磁极)，其并入有固定磁体，所述磁体以紧密间隔成 对布置以产生围绕管呈螺旋形的标称横向场。此工具(其包含多种移动部件，例如支撑钢 筋束、滑轮和弹簧)需要许多增加的复杂性，以便足够灵活以适应管线中的弯曲。此外，此 布置中的磁体在两个平行磁极之间引起场，从而在个别离散磁块的磁极之间形成单个闭合 回路。类似于Thompson等人，现有技术中使用的磁体描述为块，其中不参考用于磁块的 易适应或顺应的上部表面。针对磁路使用刚性接触布置因为在凹口处或沿着焊缝和管线内 可能存在的其它故障(upset)在磁场路径中引入气隙或可变磁阻区域而使数据质量降级。 对于某些类别的特征，在周围场中产生的干扰遮蔽由于所关注特征而存在的通量泄漏信号 或另外使其失真。凹口和焊缝区域内存在的任何磁异常由于其在这些区域内的存在而具有 较大的重要性，且因此表示其中数据质量较关键的区域。另外，现有技术需要使用与管壁表面呈紧密接触布置的大量磁极或表面。此布置 可导致磁化器组合件经历对运动的极端高的摩擦力或阻力，进而抑制或防止其在需要较低 摩擦的应用中的使用。如已经论述，管线操作者当前能够使用漏磁通量(MFL)技术检查许多安装好的管 线，主要用于识别金属损失异常的目的。然而，对于某些类别的异常，在MFL技术中使用的 当前轴向场磁化器设计使得极端窄的裂缝或类似裂缝的轴向特征的检测和量化较困难，或 在一些情况下不可能。为了实现这些特征的检测和量化，已经研究或采用了利用声(超声) 波的替代技术。这些声波通常由外部压电换能器或电磁声换能器(EMAT)产生。EMAT实施方案通常是两种基本类型中的一者洛伦兹(Lorentz)和磁致伸缩 (magnetostrictive) 0两种类型均需要存在外部磁偏置场。在洛伦兹型EMAT中，磁偏置场 垂直于管壁且与管壁中的涡电流感应路径或应变交互。磁致伸缩型EMAT使用在管壁平面 中、轴向或圆周的且与磁感应应变交互的磁偏置场。在非破坏性测试工业中，众所周知，钢中的磁致伸缩当磁偏置场相对于EMAT的传 感器线圈导体成一角度时更有效地产生剪切水平(SH)声波。此结果已由专利技术人在根据本 文揭示的本专利技术的EMAT传感器阵列的初始开发期间验证。在研究期间发现，加工为测试板 的缺口中的若干者不可使用轴向定向磁偏置场来检测。使磁偏置场角相对于行进轴和EMAT 传感器旋转提供了所测得信号的近似20分贝的增加。此布置产生与电子噪声相比大得多 的信号响应，从而导致高于相对均勻的基线的不同裂缝指示。因此，使用与磁场成角度设定的EMAT传感器线圈的SH波应用通常优于其中场平 面线平行于传感器线圈导体的应用(例如参见转让给瑞士罗森公司(Rosen Swiss AG)的第10/2007/0058043号德国专利申请公开案)。应力腐蚀开裂(SCC)的检测和量化是此技 术所针对的主要类型的异常之一。除了通常轴向定向的SCC以外，圆周定向的周围焊缝已 经知道展现出裂缝状特征。因此，为了使EMAT系统全局有效，需要一种容易适于检测轴向 和圆周定向特征两者的方法。现有技术在线检查工具使用永久磁体的环形阵列在平行于管的轴的方向上将管 磁化。为了获得磁偏置场与传感器线圈之间的有益角度，朝向管轴旋转传感器线圈(例如 参见艾勒斯(Alers)等人的第CA 2，592，094号加拿大专利申请案)。SH波以此相同角度 撞击在轴向定向的SCC的平面上。因此，来自SCC的SH波反射仅由相对于发射器线圈横向 定位且朝向发射器线圈旋转的接收器传感器线圈有效检测。而且，用于检测涂层脱离的衰 减测量使用与发射器线圈对角定位且朝向发射器线圈旋转的接收器线圈。这些衰减接收器 线圈圆周移位以使得其与所发射的波成一直线。所接收的信号振幅的明显增加是涂层脱离 的指示。因此，需要一种EMAT工具，其提供内部管壁表面的完全覆盖而无需机械本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检查管状部件的内壁的传感器阵列，其特征在于，所述传感器阵列包括：第一和第二组传感器线圈，所述第一和第二组传感器线圈各自包含第一和第二对接收器线圈和发射器线圈；所述发射器线圈以及所述第一和第二对接收器线圈各自彼此平行布置且共享共同的中心线，所述发射器线圈位于所述第一与第二对接收器线圈之间；其中所述共同中心线相对于上面安装每一所述组传感器线圈的检查工具的中心纵轴以角γ定向；所述检查工具具有相对于所述检查工具的所述中心纵轴倾斜布置的至少两个磁极；且所述第一和第二组传感器线圈各自位于所述检查工具的外部表面上，且位于所述至少两个磁极的相对边缘之间并距所述相对边缘大体上等距。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士辛梅克，杰德路德罗，约翰H费罗拉，赛伊德M阿里，高辉党，
申请(专利权)人：TDW达拉威公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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