پایش و تشخیص عیب خوردگی در جداره داخلی لوله فلزی به روش غیرمخرب امپدانس الکترومکانیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری ساخت و تولید دانشگاه شهید رجایی

چکیده

خوردگی، نوعی تخریب غیرقابل‌برگشت فلز توسط واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف آن است. از بین رفتن مواد ناشی از خوردگی در سازه‌های فلزی یک مشکل گسترده و فوری در صنایع مختلف ازجمله نفت و گاز، هوافضا، ساخت‌وساز، معدن و تولید است. لوله‌های مورداستفاده در صنایع نفت و گاز و همچنین لوله‌های آلومینیومی مورداستفاده به‌منظور انتقال حرارت در سیستم‌های سردکننده در معرض خوردگی قرار دارند. ازاین‌رو، بررسی و تشخیص خوردگی که آسیبی پیش‌رونده می‌باشد به‌صورت کیفی و کمی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این پژوهش از روش نوین اندازه‌گیری امپدانس الکترومکانیکی برای تشخیص خوردگی در داخل یک لوله آلومینیومی استفاده‌شده است. وجود عیب و یا تغییر در یکپارچگی سازه باعث تغییر در امپدانس مکانیکی سازه شده و با توجه به خواص کوپلینگ الکترومکانیکی پیزوالکتریک، این تغییر به‌صورت تغییر در امپدانس الکتریکی پیزوالکتریک نشان داده می‌شود. برای این تحقیق، مقطع خوردگی دایره‌ای با ایزولاسیون محیط اطراف در جدار داخلی لوله توسط محلولِ اسید خورنده در طی بازه زمانی 180 دقیقه تا سوراخ شدن لوله ایجاد شد. اندازه‌گیری طیف امپدانس در بازه ۱۰ تا ۲۰ کیلوهرتز به‌منظور پایش تغییرات طیف امپدانس در اثر پیشرفت خوردگی هر 20 دقیقه انجام گرفت که با مقایسه شکل امپدانس در هر مرحله باحالت سالم، در فرکانس‌های تشدید و دامنه در طیف امپدانس تغییراتی مشاهده و به‌صورت کمی توسط معیار آسیب استخراج گشت. نتایج تجربی حاصل از معیار آسیب اسکالر به‌خوبی و به‌صورت خطی با افزایش عمق خوردگی افزایش یافت که بیانگر کارایی این روش در تشخیص بلادرنگ آسیب ناشی از خوردگی در لوله می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Monitoring and detection of corrosion defect in the inner wall of the metal tube by non-destructive electromechanical impedance method

نویسندگان [English]

  • Reza Hamzeloo 1
  • Behnam Akhoundi 2
  • Morteza Fatehi 3
1 Assistant Professor, Mechanical Engineering Department, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Manufacturing Engineering PhD student of Shahid Rajaee University
چکیده [English]

Corrosion is a type of irreversible destruction of a metal by chemical or electrochemical reaction with ambient. The loss of materials caused by corrosion in metallic structures is a widespread and urgent problem in various industries including petroleum, gas, aerospace, construction, mining, and manufacturing. Pipes used in the oil and gas industry as well as aluminum pipes used for heat transfer in cooling systems are subject to corrosion. Therefore, the evaluation and detection of corrosion, progressive damage, is of particular importance both qualitatively and quantitatively. In this study, a new electromechanical impedance measurement method was used to detect corrosion inside an aluminum tube. Defects or changes in the structure integrity cause changes in the mechanical impedance of the structure which shown as the alteration in the piezoelectric electrical impedance, due to the piezoelectric coupling characteristics. For this study, a circular corrosion cross-section with insulation of the surrounding environment on the inner wall of the tube was created by the corrosive acid solution in a period of 180 minutes until the tube was pierced. Measurement of impedance spectrum in the range of 10-20 kHz was performed to monitor changes in impedance shape as a result of corrosion progress in steps of 20 minutes. Comparing the impedance spectrum at each step with healthy state, changes in amplitude and resonance frequencies revealed and extracted quantitatively. Experimental results from the scalar damage criteria increased linearly with increasing corrosion depth, indicating the effectiveness of this method in real-time detection of corrosion damage in the pipe.

کلیدواژه‌ها [English]

  • structural health monitoring
  • corrosion
  • Electromechanical Impedance
  • Piezoelectric
  • Pipe