Сталл 2015

1. 1
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УСТАНОВКИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ И НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФЕКТИВНОСТИ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ
ООО «СТАЛЛ»
г. ПЕРМЬ
СОВМЕСТНО С ИФМ УРО РАН
г. ЕКАТЕРИНБУРГ

2. 2
Матричный преобразователь магнитного поля
 С учётом результатов теоретических и экспериментальных исследований и выработанных рекомендаций был
осуществлён синтез оптимальных с точки зрения применения различных видов предложенных типов
тонкоплёночных МЭ конструкций матричных преобразователей (МП) и электронных схем, обеспечивающих
их эффективную работу.
 Для иллюстрации возможностей тонкопленочных преобразователей рассмотрим результаты исследований
полей естественных и модельных дефектов, полученные с помощью разработанного в Институте
однокристального 256-элементного матричного преобразователя, изготовленного по интегральной
технологии . Действие матричного преобразователя схоже с микроскопом. С его помощью можно быстро и с
высоким разрешением исследовать магнитный рельеф на поверхности ферромагнитных изделий. Главное его
преимущество состоит в возможности получения магнитного рельефа от микротрещин и других
неоднородностей без использования высокоточной механической системы сканирования. Это важно потому,
что условия контроля на производстве значительно отличаются от лабораторных. Применение механических
систем в этих условиях нереально. Матричный преобразователь представляет собой тонкопленочную
матрицу (32 строки и 8 столбцов) из МЭ размером 100×100×0.1 мкм, расположенных на поликоровой
подложке в узлах сетки с шагом 300 мкм. Планарные выводы кристалла соединены со специализированной
микросхемой, включающей устройство возбуждения, дешифраторы строк и столбцов, а также
предварительный усилитель.
 В технологическом плане матричный преобразователь – достаточно сложная девятислойная тонкопленочная
структура, полученная вакуумным напылением. Разработанный нами физический принцип работы МЭ
обеспечивает большие возможности для увеличения разрешающей способности матричного
преобразователя. Речь идет о создании матриц с МЭ микронных размеров. Предельные их размеры
ограничены чисто технологическими возможностями, то есть техническим уровнем завода-изготовителя.

3. 3
 Тонкопленочный матричный преобразователь с новыми МЭ обеспечивает широкий спектр
дополнительных возможностей – от визуализации магнитных полей дефектов (в том числе их
отпечатков на магнитной ленте) до восстановления полей рассеяния в непосредственной близости,
(10 – 20) мкм, от поверхности ферромагнетика
 Матричный преобразователь позволяет получить изображение магнитных полей с локализацией,
начиная со 100 мкм, и измерять знакопеременные магнитные поля в диапазоне от 0.1 до 150 А/ см.
На рис. 1 и 2 приведены полученные с помощью данного преобразователя изображения магнитных
полей различных дефектов, в том числе естественных микротрещин, в режиме остаточной
намагниченности (уровень остаточных полей в этом случае – единицы А/см)
Рис.1 Изображение магнитных полей стресс-коррозионных
трещин на фоне магнитных помех, выделенное в результате
математической обработки
Рис. 2 Топография магнитного поля от трещины с
максимальным раскрытием не более 5 мкм (изображение
получено с помощью матричного преобразователя на
остаточной намагниченности)

4. 4
Установка УМД-101М для автоматизированного магнитного
контроля качества электросварных труб по всему объемуу
 Синтез МП с применением интегральных технологий позволяет выпускать их в больших
количествах и с идентичными характеристиками. В результате появилась возможность
организовать НК электросварных и горячекатаных стальных труб по всему объему без
вращения трубы. Это достигается равномерным размещением магниточувствительных
элементов (МЧЭ) по периметру трубы, которая поступательно перемещается относительно
неподвижных МЧЭ. На этой основе создан и успешно применен на ряде трубных заводов для
НК качества прямошовных электросварных труб объемно-шовный дефектоскоп УМД-101М.
Магнитный дефектоскоп УМД-101М используется, как правило, в технологическом потоке на
непрерывной трубе. С небольшими изменениями (в механике) он может применяться для
входного (выходного) контроля мерных труб диаметром 20-219 мм
Отличительные особенности дефектоскопа УМД-101М и др.:
 возможность контроля труб без их вращения;
 возможность контроля нефтегазопроводных труб по всему периметру (и всей толщине стенки)
в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52079-2003;
 благодаря высокой чувствительности МЧЭ нового поколения контроль ведется с рабочим
зазором (3 ÷ 4) мм, что существенно повышает надежность первичных преобразователей;
 возможность выявления как продольных, так и поперечных или косо расположенных
дефектов;
 возможность выявления дефектов, обусловленных нарушением режимов сварки типа
прижогов и слипаний кромок в области сварного шва;
 -контроль проводится полностью в автоматическом режиме с представлением информации на
экране монитора промышленной станции;
 предусмотрена возможность архивирования всех результатов НК на жестком диске и
распечатка на принтере.

5. Дефектоскопический комплекс УМД-101МК для магнитного контроля
электросварных труб диаметром 20-114 мм по всему периметру
Комплекс внедрен в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»
2014г.
5

6. 6
Серия автоматизированных установок для магнитной дефектоскопии контроля
качества прямошовных электросварных труб
а) б)
а) установка НК электросварных труб диаметром 20-114 мм (4 таких установки введены
в эксплуатацию на совместном узбекско-американском предприятии СП
«Ташкентский трубный завод» в период с 2006 по 2009 г.г.)
б) установка для НК электросварных труб диаметром 20-60 мм (введена в эксплуатацию
на Магнитогорском металлургическом комбинате в 2010 г.)

7. 7
Серия автоматизированных установок для магнитной дефектоскопии контроля
качества прямошовных электросварных труб
Установка УМД-101М для магнитной дефектоскопии сварных соединений и тела электросварных
труб диаметром 102-219 мм (Альметьевский трубный завод):
а) Измерительная позиция для НК верхней части трубы ;
б) Измерительная позиция для НК нижней части трубы.
а) б)

8. 8Серия автоматизированных установок для магнитной дефектоскопии контроля
качества прямошовных электросварных труб
а) б)
Установка УМД-101М для магнитной дефектоскопии сварных соединений и тела
электросварных труб диаметром 20-159 мм (Волгореченский трубный завод):
а) Измерительная позиция для НК верхней части трубы;
б) Измерительная позиция для НК нижней части трубы.

9. 9
Характерные дефекты, выявленные с помощью УМД-101М в промышленных
условиях:
а) поверхностна трещина в околошовной зоне: глубина – 180 мкм,
ширина – (1 – 8) мкм;
б) несквозной непровар: глубина – 10 % от толщины стенки трубы;
в) дефект типа смещения кромок высотой более 10 %;
г) дефект типа смещения кромок высотой более 20 %
а) б) в) г)

10. 10
Измеренные с помощью тонкопленочного матричного преобразователя установки УМД-
101М сигналы от поверхностной трещины в металле сварного шва образца № 1:
а – зазор между датчиком и поверхностью изделия 1 мм;
б – зазор между датчиком и поверхностью изделия 2,5 мм;
1010
а) б)
Исследование возможности выявления трещин микронных размеров в сварных
соединениях электросварных труб

11. 11
Трещина в сварном шве глубиной около 0,5 мм (образец № 1):
а, б – вид трещины на поверхности сварного шва (раскрытие трещины от 6 до 12 мкм;
в, г – поперечный шлиф (в – до травления: г – после травления в 3% растворе HNO3).
а) (х5) б) (х360)
в) (х100) г) (х170)
трещина

12. 12
Измеренные с помощью тонкопленочного матричного преобразователя
установки УМД-101М сигналы от поверхностной трещины в металле сварного шва образца № 2:
а – зазор между датчиком и поверхностью трубы 1 мм;
б – зазор между датчиком и поверхностью трубы 2,5 мм.
а) б)
Исследование возможности выявления трещин микронных размеров в сварных
соединениях электросварных труб.

13. 13
Общий вид трещины, выявленной на дефектном фрагменте трубы (образец № 2):
а, б – трещина укрупненно: а – вид на поверхности сварного шва, х10; б – вид в поперечном сечении
сварного шва (глубина трещины около 900 мкм, раскрытие до 10 мкм), х20.
трещина
Исследуемое сечение сварного шва с трещиной
а) (х10) б) (х20)

14. 14
Трещина длиной около 9 мм, глубиной около 900 мкм с раскрытием на поверхности и в объеме (5 ÷
10) мкм.
а – поперечный шлиф образца № 2 до травления, х25
б – поперечный шлиф образца № 2 после травления в 3% растворе HNO3 (вид с другого ракурса).
а) (х25)
б) (х100)

15. 15
Установка УМД- 121 для магнитной дефектоскопии сварных соединений
прямошовных электросварных труб
а) Установка УМД-121 в линии стана 168-530 ЗАО «ТМК-КПВ» в цехе
ТЭСЦ-2 ОАО «СТЗ»;
б) Измерительная кассета с блоком матричных преобразователей..
а) б)

16. 16
Сигнал от непровара в сварном шве в рабочем окне программы установки магнитного контроля
труб УМД-121. Диаметр трубы 530 мм, толщина стенки 16 мм.

17. 17
Характерные дефекты, выявленные с помощью УМД-121М в промышленных
условиях:
а)дефект внутренней поверхности (не выявлен при УЗК): глубина 7,5 % от толщины стенки трубы;
б)поверхностный дефект: глубина – 10 % от толщины стенки трубы;
в)поверхностный дефект: глубина – 18,8 % от толщины стенки трубы;
г)поверхностный дефект: глубина – 12,5 % от толщины стенки трубы.
а)
б)
в)
г)

18. 18
Установка УМД-104М контроля насосно-компресорных труб
 Выполнена модернизация установки УМД-104М, предназначенной для контроля насосно-компрессорных труб (НКТ)
и бурильных труб диаметром 48-114 мм, толщиной стенки до 10мм в процессе их изготовления или входного
контроля, а также при восстановлении труб, бывших в эксплуатации (труб повторного применения).
 Суть модернизации состоит в разработке и применении новых усовершенствованных пребразователей с повышенной
чувствительностью к продольно ориентированным дефектам, создании системы определения участков трубы с
ненормированным износом стенки, осуществляющей разделение НКТ на классы в зависимости от остаточной
толщины стенки (согласно требованиям НТД) разработке более информативного ПО, разработке устройств
стабилизации трубы и более надежной механики, а также разработке современного дизайна установки.
 В период с 2011 по 2015 гг. в НК «ЛУКОЙЛ» поставлено три модернизированные установки УМД-104М и проведена
их презентация - сравнительные испытания с аналогичным дефектоскопом компании «Tuboscope.Vetco». В процессе
испытаний были получены одинаковые результаты.
 Установка УМД-104М предназначена для магнитной дефектоскопии насосно-компрессорных и бурильных труб
диаметром (48 ÷ 114) мм, толщиной стенки до 10 мм. Возможно расширение диапазона диаметров до 426 мм и
толщины
стенки до 16 мм.

19. 19
Каждая кассета содержит от 12 до 20 пазов, в которых размещаются магниточувствительные
датчики. Датчики укладываются последовательно в пазы кассеты. Это позволяет обеспечить
полное перекрытие датчиками зоны контроля, которая инспектируется кассетой.
Оптимальный рабочий зазор между днищем кассеты и поверхностью контролируемой трубы
составляет (2÷3) мм для первой измерительной позиции (для выявления продольных дефектов) и
(3÷7) мм для второй измерительной позиции.
Положение измерительной кассеты относительно поверхности трубы
( рабочий зазор более 5 мм)

20. 20
 Результаты сравнительных испытаний установки УМД-104М с
дефектоскопом компании “Tuboscope Vetco” на трубной базе ООО «Когалым
НПО - Сервис»
УМД-104М, годная труба (1 класс) Tuboscope Vetco, годная труба (1
класс)
УМД-104М, бракованная труба Tuboscope Vetco, бракованная труба

21. 21
Основные параметры установки УМД-104М
Наименование параметра Значение
Диаметр контролируемых труб, мм
Толщина стенки труб, мм
Скорость вращения труб, об/мин
Скорость движения труб, м/мин
Чувствительность дефектоскопа
Параметры выявляемых искусственных дефектов:
- длина (ГОСТ 633-80) не более, мм
- глубина дефекта от номинальной толщины
стенки вновь изготовленной трубы, (ГОСТ 633-80), % - глубина
дефекта от номинальной толщины
стенки трубы, бывшей в эксплуатации (ГОСТ 633-80), %
-ширина дефекта, мм
-диаметр отверстия (ГОСТ 633-80)
Кривизна трубы на 1м, мм
Длина неконтролируемых концов трубы (включая муфту), мм
Рабочий зазор между датчиком и трубой, мм
Производительность установки, сек на контроль 1 трубы
48 – 114
1 – 8
96 ± 1
16,5 ± 0,5
50
5,0 ± 0,07
но не менее (0,3±0,05)мм
12,5 ± 2,0
но не менее (0,3±0,05)мм
0,1+0,1
1,6+0,1
1,5
200
3,0 – 7,0
40