پايش و تشخيص عيب خوردگي در جداره داخلي لوله فلزي به روش غيرمخرب امپدانس الكترومكانيكي

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

خوردگي، نوعي تخريب غيرقابل‌برگشت فلز توسط واكنش شيميايي يا الكتروشيميايي با محيط اطراف آن است. از بين رفتن مواد ناشي از خوردگي در سازه‌هاي فلزي يك مشكل گسترده و فوري در صنايع مختلف ازجمله نفت و گاز، هوافضا، ساخت‌وساز، معدن و توليد است. لوله‌هاي مورداستفاده در صنايع نفت و گاز و همچنين لوله‌هاي آلومينيومي مورداستفاده به‌منظور انتقال حرارت در سيستم‌هاي سردكننده در معرض خوردگي قرار دارند. ازاين‌رو، بررسي و تشخيص خوردگي كه آسيبي پيش‌رونده مي‌باشد به‌صورت كيفي و كمي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين پژوهش از روش نوين اندازه‌گيري امپدانس الكترومكانيكي براي تشخيص خوردگي در داخل يك لوله آلومينيومي استفاده‌شده است. وجود عيب و يا تغيير در يكپارچگي سازه باعث تغيير در امپدانس مكانيكي سازه شده و با توجه به خواص كوپلينگ الكترومكانيكي پيزوالكتريك، اين تغيير به‌صورت تغيير در امپدانس الكتريكي پيزوالكتريك نشان داده مي‌شود. براي اين تحقيق، مقطع خوردگي دايره‌اي با ايزولاسيون محيط اطراف در جدار داخلي لوله توسط محلولِ اسيد خورنده در طي بازه زماني 180 دقيقه تا سوراخ شدن لوله ايجاد شد. اندازه‌گيري طيف امپدانس در بازه 10 تا 20 كيلوهرتز به‌منظور پايش تغييرات طيف امپدانس در اثر پيشرفت خوردگي هر 20 دقيقه انجام گرفت كه با مقايسه شكل امپدانس در هر مرحله باحالت سالم، در فركانس‌هاي تشديد و دامنه در طيف امپدانس تغييراتي مشاهده و به‌صورت كمي توسط معيار آسيب استخراج گشت. نتايج تجربي حاصل از معيار آسيب اسكالر به‌خوبي و به‌صورت خطي با افزايش عمق خوردگي افزايش يافت كه بيانگر كارايي اين روش در تشخيص بلادرنگ آسيب ناشي از خوردگي در لوله مي‌باشد.

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.