titMPri prevádzke zariadení z uhlíkovej ocele (potrubí, tlakových nádob a pod.) prichádza k ich poškodeniu vplyvom korózie. Na kontrolu sa prevažne používa metóda UTT (meranie hrúbky ultrazvukom), ktorá vyžaduje prístup k povrchu zariadenia.


Ak je zariadenie obalené vrstvou izolácie, tá sa musí pred meraním odstrániť. Pulzné vírivé prúdy umožňujú tzv. mapovanie korózie aj cez vrstvu izolácie. Táto NDT metóda ponúka novú, efektívnejšiu, kontrolu v mnohých oblastiach priemyslu.

Základný princíp merania
Metóda PEC spočíva vo využití fyzikálneho princípu pulzných vírivých prúdov. Tie umožňujú nasýtenie materiálu sekundárnym magnetickým poľom, resp. vírivými prúdmi aj cez hrubú vrstvu nevodivej izolácie s prípadným oplechovaním. Merací cyklus má tri fázy a môže trvať približne od 50 ms až do 1 s. V prvej fáze sonda vyšle elektromagnetický pulz, ktorý nasýti materiál sekundárnym magnetickým poľom, resp. vírivými prúdmi (obr. 1).
V druhej fáze je elektromagnetický pulz prerušený a sekundárne magnetické pole sa v materiáli stabilizuje (obr. 2). V tretej fáze sonda sníma čas rozpadu sekundárneho magnetického poľa v materiáli (obr. 3).

obr1
Obr. 1: Prvá fáza meracieho cyklu
obr2
Obr. 2: Druhá fáza meracieho cyklu
obr3
Obr. 3: Tretia fáza meracieho cyklu

 

Čím je materiál hrubší, tým je čas rozpadu sekundárneho magnetického poľa dlhší. Čas rozpadu však nezávisí len od hrúbky materiálu, ale aj od jeho konduktivity a permeability.

Analýza signálu
Tzv. A-Scan zobrazuje amplitúdu signálu v závislosti od času rozpadu sekundárneho magnetického poľa (obr. 4).

obr4
Obr. 4: A-Scan

 

Zmena hrúbky nevodivej izolácie s oplechovaním je v podstate zmenou oddialenia sondy, tzv. lift-off. Táto zmena má vplyv na amplitúdu signálu, ale nemá vplyv na jeho priebeh, resp. nemá vplyv na tvar krivky. Veľké zmeny v oddialení sondy (veľké deformácie izolácie, oplechovania a pod.) môžu viesť k saturácii signálu, prípadne môže byť signál príliš zoslabený. V takýchto prípadoch je nutná nová kalibrácia pre danú oblasť, čo predlžuje samotné meranie.

Sondy
Sondy definuje tzv. footprint, ktorý je definovaný ako polovica maximálnej odozvy danej sondy (pokles signálu o -6 dB). Maximálna odozva je v strede magnetického elementu sondy, ktorá klesá po tzv. zvonovitej krivke (obr. 5).

obr5
Obr. 5: Footprint

 

Veľkosť magnetického elementu sondy, hrúbka nevodivej izolácie, hrúbka a materiál oplechovania ovplyvňujú výsledný footprint.

FP ≈ (0,65.LO) + FP0        (0.1)

kde:
FP je výsledný footprint sondy [mm],
LO je oddialenie sondy (hrúbka nevodivej izolácie) [mm],
FP0 je footprint sondy pri nulovom oddialení sondy zadaný výrobcom

Najmenší detekovateľný úbytok materiálu je približne 15 % objemu footprintu danej sondy (obr. 6). Táto metóda nie je určená na hľadanie chýb typu trhlín, pórov a úzko lokalizovaného úbytku materiálu ako je napríklad pitting.

obr6
Obr. 6: Najmenší detekovateľný úbytok materiálu

 

Meranie
Na pokrytie 100 % objemu kontrolovanej oblasti jen nutné zvoliť raster, ktorého veľkosť bude max. jeden násobok footprintu sondy. Samozrejme, voľba rastra je voliteľná, ale s hustejším rastrom narastá aj čas samotnej kontroly. Na obr. 7 je príklad nameraných dát. Ide o zobrazenie C-Scan, ktorý je tvorený jednotlivými zobrazeniami A-Scan.

obr7
Obr. 7: C-Scan (hodnoty sú v milimetroch)

 

Meranie je možné vykonať po zvolenom rastri, alebo po líniách s pripojením enkodéra. Dáta je možné exportovať do formátu.xlsx (Excel). Treba si uvedomiť že výsledný signál je spriemerovanie signálov od chyby (úbytku) a nominálnej hrúbky kontrolovaného materiálu (obr. 8). To vedie k podhodnoteniu nameraných dát. V takomto prípade sa používa tzv. algoritmus kompenzovania hrúbky. Ide o proces pri vyhodnocovaní nameraných dát. Algoritmus kompenzácie hrúbky ohraničí signál od chyby. Tento proces je možný iba pri rastri s veľkosťou vzorkovania nižšou než jeden footprint pozdĺž indexovej osi a nižšou než polovica footprintu pozdĺž osi skenovania.

obr8
Obr. 8: Výsledný signál

 

Na obr. 9 je uvedený príklad tohto procesu. Vľavo je potrubie bez izolácie a vpravo s hrúbkou nevodivej izolácie 63 mm bez oplechovania. V obidvoch prípadoch išlo o potrubie s nominálnou hrúbkou 6,35 mm.

obr9
Obr. 9: Algoritmus kompenzácie hrúbky

 

To isté potrubie bolo následne merané metódou UTT z vnútornej strany. Z výsledkov je zrejmé, že metóda PEC nie je tak presná ako metóda UTT, ale môže byť dostačujúca pre základné zmapovanie materiálu a určite odhalí prípadný korózny úbytok.

Záver
Metóda PEC umožňuje nový prístup ku koróznemu mapovaniu. Na rozdiel od metódy UTT nie je nutné odstraňovať nevodivú izoláciu s oplechovaním ani špeciálne upravovať kontaktný povrch. Metóda je zatiaľ obmedzená na uhlíkovú oceľ. Limitná teplota uhlíkovej ocele počas kontroly metódou PEC je Curieho teplota, keď stráca feromagnetické vlastnosti. Pri použití sond od spoločnosti Eddyfi je limitná teplota kontaktného povrchu 70 °C a pri použití predsádky môže byť až 120 °C.
V súčasnosti je v platnosti jediná norma ČSN ISO 20669, ktorá sa zaoberá kontrolou metódou PEC. V tejto norme sú však iba stručné informácie a operátorovi v praxi veľmi nepomôžu. Metóda PEC je špecifická a nemá také veľké zastúpenie ako ostatné NDT metódy, no napriek tomu norma iba odporúča kvalifikáciu operátora podľa normy ISO 9712. Operátor by mal mať minimálne vedomosti o fyzikálnych princípoch vírivých prúdov a najmä by mal byť dostatočne zaškolený na prácu s daným prístrojom.

TEXT/FOTO: Daniel Dopjera, ÚJV Řež, Andrej Zrak, Radoslav Koňár, Žilinská univerzita
Odborný príspevok recenzovali: Ing. Helena RADIČOVÁ, PhD.; VÚZ, Bratislava, Ing. Peter BRZIAK, PhD.; VÚZ, Bratislava

Literatúra
[1] ČSN ISO 20669. Nedestruktivní zkoušení – Zkoušení feromagnetických
kovových součástí pulzními vířivými proudy. ČAS. 2018
[2] Eddyfi. 2018. Lyft. [online]. 2018, [cit. 2018-11-09]. Dostupné na internete: <https://www.eddyfi.com/lyft/> .
[3] Eddyfi. 2018. Probes. [online]. 2018, [cit. 2018-11-09]. Dostupné na internete: <http://www.ndt24.pl/wp-content/uploads/2016/10/lyft-pec-footprints-2.pdf> .
[4] Eddyfi. 2018. PEC. [online]. 2018, [cit. 2018-11-09]. Dostupné na internete: <https://www.eddyfi.com/wp-content/uploads/2017/12/lyft-presentation.pdf> .