PipeWIZARD自動リング溶接ビード検出システム（AUT）

リング溶接検出システム

PipeWIZARDは、位相アレイと従来の超音波技術を用いた自動リング溶接検出システム（AUT）である。この設備は陸上、海上の極端な環境で現場溶接から溶接までの検査を行うために設計されている。

地下または海底パイプラインは大量の天然ガス、石油、水、その他の化学品を輸送し、世界経済の中で重要な役割を果たしている。配管は現場では通常、自動溶接システムを用いてリング溶接方式でドッキングする。パイプラインの建設中、溶接部に通常欠陥が発生するため、溶接部はパイプライン上の「弱点」となります。配管の溶接ビードを無傷検査し、塗装した後、地下に埋めたり、海底に置いたりする必要があります。施工周期に厳しいため、溶接ビードの迅速な欠陥検出と分析が必要である。

自動超音波検出（AUT）

近年、自動超音波検出（AUT）技術は伝統的な放射線イメージング技術に取って代わり、世界で最も好ましいパイプライン溶接検出方法となっている。放射線イメージング技術には明らかな限界がある：面欠陥検出の効果が良くなく、垂直定量欠陥の性能がなく、安全面及び環境汚染面の潜在的な危険性がある。

自動超音波検出の利点：

• 放射線被害、化学汚染、許可を得る必要はありません。

• 検出周期が極めて短く、生産性が向上した。

• 検査及び定量精度がより高く、不良品率を低下させた。

• 工程臨界評価（ECA）検収基準を用いて欠陥指示の垂直高さと深さを測定し、不良率を低減した。

• スマート出力表示によるリアルタイム解析。

• 電子サポートに関連するデータと検出レポートを提供します。

• 溶接過程をよりよく制御し、不良品率を低下させた。

フェーズアレイぎじゅつ

初期の自動超音波検出システムは、複数の従来の超音波プローブを有する多プローブシステムを用いて検出された。10年前、フェーズアレイシステムが登場した。位相制御アレイ技術は、電子制御ビーム成形の原理を用いて、超音波を生成し、受信する。位相制御アレイ技術は、アレイ内の各ウェハに対してそれぞれ励起パルスを遅延させて送信することにより、多くのビーム角度及び焦点距離を作成することができる。

フェーズアレイ技術は、従来のマルチプローブシステムよりも優れています。

• 一般に、2つのフェーズアレイプローブは、少なくとも24の通常のプローブに取って代わることができる。

• フェーズアレイ設定は、各プローブの位置を個別に調整する必要なく、ファイルを読み込むことで機能します。

• ソフトウェアに適切なパラメータを設定することにより、位相制御アレイの音響ビームの角度、焦点、UT音程、音響ビーム幅を最適化し、定量的な正確性を高めた。

• 位相アレイシステムは対等な従来のマルチプローブシステムに比べて、移動部品の80%が少なく、スキャンプロセスの安定性と検出結果の信頼性が向上した。

• フェーズアレイ走査器は、従来のマルチプローブ走査器よりも小型で軽量である。そのため、位相制御アレイ走査器はより操作しやすく、溶接ビードの両側コーティングの摩耗も低下する。

• 位相制御アレイシステムは、ほぼ様々な溶接構造を検出することができ、従来のマルチプローブシステムは、管壁の厚さと管径に限定されている。

• 位相制御アレイ電子掃引検査技術を利用して、ユーザーは自分で溶接検査をカスタマイズすることができて、多角度TOFD、高級イメージング、高解像度検査などを含む。

規範にかなう

1998年、ASTM（米国実験・材料協会）はE-1961-98規格（2003年、再可決）を発表した。この規範はリング溶接の自動超音波検査の主要な方面に関連している：ゾーン化、高速データ判読、専用校正試験ブロック、及び配置ステップ。E−1961仕様の目的は、エンジニアリング臨界評価（ECA）のためである。1999年、米国石油学会（API）はリング溶接の機械的超音波検出と撮像イメージング技術検出に関する第19版1104規格を発表した。

PipeWIZARDを用いた検出はいずれもASTM E-1961規格に準拠していることから、API 1104規格にも準拠していると推定される。また、これらの検出は海上自動超音波検出規範：DNV-OS-F 101標準に準拠している。

企業の技術指標はこれらの仕様よりも高くなる可能性があり、通常は定量的な精度を高めたり、より良い解像度を達成するために使用されています。

PipeWIZARD経験

PipeWIZARDシステムを設計する上で重要な目標の1つは、極端に劣悪な環境でこのシステムを操作できることです。寒いシベリア地域でも、暑い中東の砂漠でも、作業環境が湿っていても、塩が多くても、干ばつがあっても、PipeWIZARDシステムはよく動作します。PipeWIZARDシステムには振動防止、衝突防止、電磁干渉防止の能力があることを確認するために、PipeWIZARDシステムについて多くのテストが行われている。

PipeWIZARDシステムは各種構造のリング溶接検査に適用する：

• 溶接グルーブタイプ：CRC-Evans開先、J形開先、V形開先、双V形開先、X形開先など。

• 典型的な配管肉厚：6 mm（0.25インチ）～35 mm（1.4インチ）以上
  チューブウォールを厚くするためのオプションもあります。

• 典型的なパイプ直径：152 mm（6インチ）～1422 mm（56インチ）以上
  配管の直径を小さくするためのオプションもあります。

• ダクト材料：標準的な炭素鋼材料、及び複雑な材料配置、例えば：各種の肉厚のクロムニッケル鉄合金、被覆パイプ、シームレスパイプなど。

検出された典型的な欠陥は、未融合、未溶接、気孔、溶接穿孔、縁取り、低すぎ、亀裂、冷間分離、介在物などである。

検査周期に使用される時間は、溶接の種類、配管の直径、位置及び環境などの要素に基づいて2分から6分まで異なる。

PipeWIZARDの応用状況のまとめ

• PipeWIZARDフェーズアレイシステムは、世界最大の陸上および海上パイプライン敷設工事に使用されている。

• PipeWIZARDシステムは100万個以上の溶接を検出した。

• 主要石油・ガス各社はパイプライン敷設プロジェクトでPipeWIZARDシステムの使用を認めている：

  • Exxon Mobil（エクソンモービル）

  • シェル

  • TOTAL（トタル）

  • BP（BP）

  • Chevron（シェブロン）

  • Eni（エニ）

  • ペトロブラス（ブラジル石油）

  • Gazprom（ロシア天然ガス）

  
  

• 世界各地のオペレータ数百人がPipeWIZARDシステムのトレーニングを受けている。

パーティション検出技術

PipeWIZARDシステムの主な技術は、ゾーン検出技術であり、溶接の各異なる領域が異なる超音波ビームによって検出される。領域の全体的な高さは、溶接ビードの長さにほぼ相当します。

溶接の両側にはそれぞれ1つの位相制御アレイプローブが配置されており、溶接開先領域及び溶接体積領域全体を完全にカバーすることができる。検出された領域に応じて、パルスエコー構成または送受信（「1発1受信」）構成を選択することができる。これらの位相制御アレイチャネルは帯状図で表示されます。

また、回折時差（TOFD）技術を用いて、小さい又は方向が定まらない欠陥指示の検出及び定量効果を高める。この技術はまた、帯状図チャネルで検出された欠陥表示を決定するために使用される。TOFDデータは、フェーズアレイプローブまたは専用の通常のプローブによって提供することができる。

オプションの横モジュールには4つの専用の通常のプローブがあり、溶接中の横方向欠陥を検出することができます。

溶接掃引と校正試験ブロック掃引の過程で、画面にはそれぞれの位相制御アレイプローブの結合状況を監視する異なるチャンネルが現れる。

各溶接構造には、パイプと同じ直径、厚さを持ち、その材料はパイプ材料と同じである必要がある、この溶接専用の較正試験ブロックが必要です。試験ブロック中の反射体はすべて特定の規格に基づいて機械加工で作られ、これらの反射体は溶接中によく現れる典型的な欠陥を代表している。すべてのビームは検出プログラムに基づいてキャリブレーションされます。

ユーザーフレンドリーな高度なソフトウェア

PipeWIZARD V 4ソフトウェアは、実地検証された強力なTomoViewデータ収集と分析ソフトウェアに基づいています。このソフトウェアには、簡単で自動的に設定を作成する機能、2次元ビューを含む複数のデータ解析ツール、レポートを簡単に作成する機能、高度な溶接検出機能があります。PipeWIZARD V 4ソフトウェアを設計する目的は、より複雑な検出構成のために簡単で柔軟でアップグレード可能なソフトウェアを提供することです。最適化された設計されたユーザーインタフェースは、迅速なトレーニングと効率的なオンサイト操作を行うことができます。AUTシステムのオペレータは短時間の訓練を経て、PWZ V 4.0ソフトウェアを操作することができる。

PipeWIZARD V 4ソフトウェアはTomoviewプラットフォームに基づいている。ソフトウェア開発が完了する過程で、このTomoviewソフトウェアはよく参考にされています。これは、作業現場でもソフトウェアのアップグレードが容易であることを意味します。

設定の自動作成

オペレータは、機器内に設定を作成せずにオフラインで設定を作成できます。数分以内に設定ファイルを保存し、メールで任意の作業現場に送信することができます。その後、現場のオペレータはシステムのキャリブレーションを行うだけです。

設定には、標準のストリップマップチャネルと単焦点法則Bスキャンビュー（TOFD、溶接体積、溶接ルートイメージング）だけでなく、扇形と線形スキャンチャネルも追加されています。この新しい性能は欠陥検出と定量を改善する潜在力を持っており、検出と定量効果がいかなるパーティション仕様の要求を大幅に上回る可能性が高い。

キャリブレーションと検出

シーケンス検出中は、収集されたデータがリアルタイムで表示されます。データファイル名は自動的に増加します。

PipeWIZARD V 4ソフトウェアは、TomoScan FOCUS LT取得ユニットを使用する場合、以前の取得ユニットを使用する場合に比べて、データ処理量（4 MB/s比0.7 MB/s）が向上しています。これにより、圧縮されたAスキャンの完全なデータを収集することができるだけでなく、スキャン速度が100 mm/sに達したときに、複数の設定を同時に実行することもできます。

迅速で詳細な分析

PipeWIZARDソフトウェアは、10の別々のレイアウトでほぼ無限の数のチャネルを提供することができます。このソフトウェアは、溶接断面上の欠陥とその周辺位置を表示することにより、データを自動的に判読する。

オペレータの欠陥指示の定量化と位置決めを支援する分析ツールはいくつかあります。

• ストリップ図のデュアルゲート

• ファンスキャンとリニアスキャンの溶接カバー（下図参照）

• ぞうふくきのう

• ビューリンク

• カスタムビュー

• じどうそくてい

• 欠陥指示の蓄積測定

• Cスキャン融合機能

• カスタマイズ可能なカラーパレット

レポートの自動生成

PipeWIZARDソフトウェアには、レポートを自動的に生成する機能があります。報告内容は自分で定義することができ、プロジェクト名、スキャン日付と時間、溶接ID、オペレータ名、完全なスキャンビュー、検出領域情報を持つ溶接開先図形、および識別コード、長さ、高さ、溶接中の位置、溶接状態、オペレータ注釈などの情報を持つ欠陥報告表を含むことができる。

シンプルなデータストア

すべてのデータファイルは、将来の参照に備えて、任意の外部ハードドライブ記憶装置に記憶されてもよいし、CD/DVDディスクにアーカイブされてもよい。バックアップデータを自動的にミラーリングできる機能により、データのセキュリティ性能が向上します。インターネットを通じてデータファイルを他の場所に簡単に転送することができます。

PipeWIZARDビューア

PipeWIZARD VIEWERは、フェーズアレイと超音波データを観察するための無料ソフトウェアです。このソフトウェアは、PipeWIZARD V 4ソフトウェアで生成されたデータファイルをロードする機能を持っています。このソフトウェアは、スキャンをレビューする必要があるサードパーティまたはエンドユーザに便利です。PipeWIZARD VIEWERソフトウェアは、SP 2を含むMicrosoft Windows XP Pro、Microsoft Windows Vista、およびMicrosoft Windows 7に基づいて実行できます。

高度なアプリケーション

PipeWIZARDシステムは用途が広く、特殊な溶接構造及びその他の応用の検出に用いることができる。

クラッドダクト：PipeWIZARDソフトウェアはその縦波機能及びその他の高級性能を通じて、特殊な検査技術を利用して、クラッドパイプを検査することができる。

シームレスダクト：PipeWIZARDソフトウェアは開発され、認可された独特な検査技術を利用して、各種の肉厚パイプの溶接ビードを検査することができる。

厚肉パイプ：PipeWIZARDシステムは異なるプローブ、くさびブロックを利用して、極小の機械修正により、厚肉パイプの溶接ビードを検出することができる。

PipeWIZARDデバイス

そうさいき

PipeWIZARDスキャナーは、安定的で再現性のあるスキャナーが可能な小型で丈夫で、実地検証済みのスキャナーです。

スキャナヘッドの設計はIP 66の定格基準に適合し、駆動モータ、エンコーダ、2つのフェーズアレイプローブとウェッジ、2つのTOFDプローブとウェッジ、および1つの温度センサを搭載している。

1本の大型臍帯ケーブルは必要なすべてのケーブルを包含し、その中には結合のための水管も含まれている。

コンピュータとソフトウェア

堅牢で耐久性の高いノートパソコンには、Microsoft WindowsとPipeWIZARDのデータ収集と分析ソフトウェアが組み込まれています。ソフトウェアパッケージには、TomoViewと高度な計算機ソフトウェア、Microsoft Officeオフィスソフトウェア、および必要なすべてのソフトウェアアクセサリが含まれています。

ホストボックス

本体ケースは容積は大きくないが、しっかりしており、その設計はIP 64の定級基準に合致している。この大型シャーシにはTomoScan FOCUS LTユニットとPWZ-MCDUユニットが内蔵されています。前面カバーには熱交換器が取り付けられており、設備を保護するためのダンパーが内蔵されています。接続パネルの外付け電源コンセントには、さまざまなアクセサリを接続できます。

収集ユニット

収集ユニットTomoScan FOCUS LT 64：128は最大64個のフォーカスチャネルと128個のP／Rを提供することができ、様々な方法で位相制御アレイプローブと通常のプローブを組み合わせることができる。

モータコントローラと駆動ユニット

PWZ-MCDUはEthernetリンクを使用してDCサーボモータを駆動します。