EMUS-Wanddickensensor für die Pipeline-Inspektion mit integrierter Wirbelstrom- und Streuflussprüfung

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein elektromagnetischer Ultraschall (EMUS) Prüfkopf entwickelt, der in der Lage ist, linear polarisierte Scherwellen bei senkrechter Einschallung mit Hilfe einer horizontalen Vormagnetisierung des Prüfobjekts anzuregen und zu detektieren. Das Schallfeld ist zur Bestimmung der Wanddicke von Stahlblechen und Rohrwänden optimiert. Der Fokus wurde auf die Bestimmung der Restwanddicke bei korrosionsbedingtem Wandabtrag gelegt. Ist eine Wanddickenreduktion auf der dem Sensor zugewandten Seite, kann es durch die Sensorabhebung vom Prüfobjekt zu einem kompletten Ausfall des Ultraschallsignals kommen. Deshalb wurde der EMUS-Prüfkopf so ausgestaltet, dass er gleichzeitig auch als Wirbelstrom- und Streuflusssensor genutzt werden kann. Mit der integrierten Wirbelstromprüfung, die das EMUS-Anregungssignal als Impulswirbelstromanregung nutzt, kann die Sensorabhebung bzw. eine mögliche Wanddickenreduktion an der dem Sensor zugewandten Oberfläche zeitgleich zur Ultraschallmessung detektiert werden. Parallel dazu nutzt man bei der integrierten Streuflussprüfung die horizontale Magnetisierung und die EMUS-Empfangsspule als Streufeldsensor. Da der Streufeldanteil sehr niederfrequent gegenüber dem Wirbelstrom- und Ultraschallanteil ist, können die Signalanteile durch Bandfilter voneinander getrennt und ausgewertet werden. Die bisher erzielten Ergebnisse zeigen, dass der neue Sensor die Anforderungen für eine hoch auflösende In-line-Inspektion von Gas-Pipelines erreicht.

An electromagnetic acoustic transducer (EMAT) has been developed for excitation and detection of linear polarised shear waves at normal incidence with the use of a horizontal magnetisation of the specimen. The sound field is optimised for the measurement of the wall thickness of steel plates and pipe joints. Special focus is on determining the remaining wall thickness in case of metal loss. If metal loss is present at the surface beneath the transducer, it is impossible to determine the remaining wall thickness because the lift-off of the EMAT caused by the wall thickness reduction may lead to a complete loss of the ultrasonic signal. In order to ensure reliable measurement for this case, the EMAT technique is combined with the eddy current technique (EC) and the magnetic flux leakage (MFL). The EC technique, that uses the EMAT excitation signal as a pulsed EC excitation, is able to detect metal loss at the transducer-near side by measuring the transducer lift off, simultaneously to the electromagnetic ultrasonic inspection. Additionally, a MFL signal is derived by making use of the horizontal magnetisation and the EMAT receiver coil as flux leakage sensor. The MFL signal can be separated and analysed by appropriate filtering because it contains mainly low-frequency components as compared to the high frequency EC signal respectively ultrasonic signal. Results obtained so far show that the new probe meets the requirements for high-resolution in-line inspection of gas pipelines.