(54) Título: MÉTODO DE TESTE ULTRASSÔNICO DE JUNTA COM ROSCA DE CANOS OU TUBOS (73) Titular: NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION, Sociedade Japonesa. Endereço: 6-1,
Marunouchi 2-Chome, Chiyoda-ku, Tokyo 100-8071, JAPÃO(JP); VALLOUREC OIL AND GAS FRANCE. Endereço: 54, rue Anatole France, Aulnoye-Aymeries, FRANÇA(FR), 59620 (72) Inventor: IKUJI HOSHINO; MASAKI YAMANO; SHIGEO NAGASAKU.
Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 27/11/2018, observadas as condições legais
Expedida em: 27/11/2018
Assinado digitalmente por:
Alexandre Gomes Ciancio
Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE
TESTE ULTRASSÔNICO DE JUNTA COM ROSCA DE CANOS OU TUBOS.
Antecedentes da Invenção
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a um método para detectar uma porção anormal (defeito, porção sem aderência e porção emperrada) localizada em uma região de contato entre cada parte de um pino e cada parte de uma caixa formando uma junta com rosca a ser usada como uma junta de canos ou tubos, tal como Bens Tubulares de Zona Petrolífera (OCTG). A seguir, canos ou tubos são citados como canos, quando julgado apropriado.
Descrição da Técnica Relacionada
Convencionalmente, como uma junta para OCTG, uma junta com rosca tem sido amplamente usada. A figura 1 é uma vista de seção transversal direcional axial que ilustra esquematicamente uma estrutura geral de uma junta com rosca. Como mostrado na figura 1, uma junta com rosca 100 é provida com um pino 1 tendo uma parte de rosca externa 11, uma parte de vedação de metal 12, uma parte de ressalto 13 em uma superfície periférica externa e uma caixa 2 tendo uma parte de rosca interna 21, uma parte de vedação de metal 22 e uma parte de ressalto 23 correspondendo com cada parte do pino 1 em uma superfície periférica interna e sendo presa com o pino 1.
A parte de rosca externa 11 e a parte de rosca interna 21 (a seguir, essas partes são geralmente nomeadas como partes de rosca 11, 21) são parafusadas uma com a outra de modo a executar a função de prender o pino 1 e a caixa 2. O diâmetro externo da parte de vedação de metal 12 é ligeiramente maior do que o diâmetro interno da parte de vedação de metal 22 (essa diferença é citada como uma margem de interferência) e quando o pino 1 é preso com a caixa 2, devido à margem de interferência, uma pressão de superfície é gerada em uma região de contato entre ambas as partes de vedação de metal 12, 22 e devido a essa pressão de superfície de conta2 to, a função de suficientemente manter uma eficiência de vazamento do ar da junta com rosca 100 é efetuada. As partes do ressalto 13, 23 executam a função de impedir uma alta pressão da superfície de contato, tal que uma transformação plástica excessiva é gerada sendo gerada nas partes de vedação de metal 12, 22 e uma quantidade de aparafusamento suficiente seguro de modo a determinar a fixação da junta com rosca 100. Além do que, não somente nas partes de vedação de metal 12, 22, mas também nas partes com rosca 11, 21, a junta com rosca 100 pode ter a mesma margem de interferência que as partes de vedação de metal 12, 22, a fim de garantir o aparafusamento das partes de rosca 11, 21, de modo que elas não sejam facilmente afrouxadas. Nesse caso, as partes de ressalto 13, 23 também executam a função de limitar as margens de interferência das partes de rosca 11, 21 para uma área segura, de modo a impedir o estresse excessivo na caixa 2.
Como um método para avaliar o estado de fixação de uma junta com rosca tendo a estrutura acima descrita, convencionalmente, um método para monitorar a mudança do torque a ser gerado quando fixando uma junta com rosca tem sido amplamente usado (por exemplo, fazer referência ao Pedido de Patente Japonês Apresentado Aberto N° 10-267175). A figura 2 é uma vista explicativa para explicar um método convencional para avaliar o estado de fixação de uma junta com rosca. Como mostrado na figura 2, como a fixação da junta com rosca progrediu em série, devido a uma resistência de atrito devido à interferência das partes de rosca 11, 21 e interferência das partes de vedação de metal 12, 22, um torque é gerado. A seguir, devido ao contato das partes do ressalto 13, 23, o torque rapidamente aumenta. Convencionalmente, a condição do estado de fixação da junta com rosca é determinada monitorando essa mudança do torque por um operador. Em outras palavras, no caso em que o torque se eleva mais do que um valor de limiar predeterminado, julgando que as partes do ressalto 13, 23 encostam uma contra a outra, é determinado que a fixação da junta com rosca 100 foi suficientemente completada.
Entretanto, de acordo com o método de avaliação convencional mostrado na figura 2, o fato que as partes de rosca 11, 21 interferem uma com a outra, as partes de vedação de metal 12, 22 interferem uma com a outra e as partes do ressalto 13, 23 encostam uma contra a outra na face não é avaliado pela medição de qualquer quantidade física de maneira independente e respectiva. Esse é absolutamente um método com base em uma regra empírica passada tal que um torque é gerado porque partes respectivas aderem firmemente (interferem ou encostam) entre si. É verdadeiro que um torque é gerado quando as partes respectivas aderem firmemente (interferem ou encostam) entre si. Entretanto, um grande torque pode ser gerado também devido a uma outra causa, tal como emperramento das partes de rosca 11, 12. Portanto, somente pela monitoração da mudança do torque, é difícil avaliar o estado de fixação com um alto grau de precisão (avaliar se as partes respectivas 11, 12 e 13 do pino 1 e as partes respectivas 21, 22 e 23 da caixa 2 estão em estados de aderência ou estados sem aderência).
Além do que, mesmo quando existe um defeito (falha) que pode danificar a eficiência de vazamento do ar da junta com rosca 100 na região de contato entre as partes respectivas 11, 12 e 13 do pino 1 e as partes respectivas 21, 22 e 23 da caixa 2 que formam a junta com rosca 100, é difícil que uma mudança do torque causada por esse defeito (falha) seja gerada. Portanto, de acordo com um método de avaliação convencional mostrado na figura 2, o defeito não pode ser detectado.
Como um método para detectar um defeito ou uma porção sem aderência de uma pluralidade de elementos, é publicamente conhecido um método de teste ultrassônico usando a reflexão de uma onda ultrassônica do defeito ou da porção sem aderência. Também com a detecção do defeito ou da porção sem aderência localizada na região de contato entre o pino 1 e a caixa 2, pode ser considerado usar esse método de teste ultrassônico.
Convencionalmente, por exemplo, como um método de medição usando a reflexão de uma onda ultrassônica com relação a uma junta com rosca de canos, um método para medir uma pressão da superfície de contato em uma região de contato entre o pino e a caixa medindo a refletância da onda ultrassônica na região de contato é revelado no relatório descritivo da
Patente US N° 4870866.
Entretanto, a técnica descrita no relatório descritivo da Patente US N° 4870866 meramente revela um método para medir uma pressão da superfície de contato em uma região de contato entre um pino e uma caixa, e nenhuma revelação nem sugestão é feita com relação a um método para detectar o defeito ou a porção sem aderência localizada na região de contato.
Além disso, como um método de inspeção de uma superfície unida de aço revestido, JIS G 0601 - 1989, testing method of clad steel usando o princípio da reflexão e passagem de uma onda ultrassônica na superfície unida foi colocado em uso prático. Mais praticamente, no padrão JIS acima mencionado, a intensidade do primeiro eco inferior é ajustada para 80%. O primeiro eco inferior é obtido pela reflexão de primeiro tempo da onda ultrassônica passando através de uma porção normal (a saber, a porção unida) em uma superfície unida de um material de placa a partir de uma superfície inferior do material de placa. Quando uma porção tem a intensidade do primeiro eco inferior menor do que 5% e um eco dessa porção é principalmente recebido, uma tal porção é definida como uma porção não-unida. Entretanto, desde que o padrão JIS acima mencionado é um método para inspecionar uma superfície unida com base na mudança na intensidade do eco inferior do material de placa como descrito acima, esse método é difícil de ser aplicado para uma junta com rosca que não pode obter o eco inferior. A razão que uma junta com rosca não pode obter o eco inferior é porque a região de contato entre o pino e a caixa não é paralela à superfície periférica interna do pino. Além disso, desde que o padrão JIS acima mencionado é apenas um método para detectar uma porção não-unida sem a suposição que existe um defeito (falha) na superfície unida, é difícil identificar se uma refletância ou semelhante é alterada devido à existência de um defeito na superfície unida ou devido à existência de uma porção não-unida (a saber, porção sem aderência) na superfície unida.
É importante para o controle de qualidade da junta com rosca identificar se a porção anormal localizada na região de contato entre cada parte do pino e cada parte da caixa que forma a junta com rosca é uma porção sem aderência ou um defeito. Uma porção sem aderência pode ser gerada devido à falta de fixação ou um erro de dimensão da caixa e do pino ou semelhante. Por outro lado, um defeito pode ser gerado devido a uma falha encontrada na caixa ou no pino antes do contato, ataque de uma substância impura na região de contato, progresso do emperramento com falta de um lubrificante existente entre a caixa e o pino ou semelhantes. Pela identificação de uma porção sem aderência e um defeito, é possível executar o controle de qualidade apropriado de acordo com o tipo da porção anormal. Quando a porção anormal é identificada como sendo uma porção sem aderência, é possível reconsiderar uma condição de fixação ou uma tolerância de dimensão da junta com rosca, enquanto, quando a porção anormal é identificada como sendo um defeito, é possível descartar e trocar a junta com rosca defeituosa.
Sumário da Invenção
A presente invenção foi planejada para resolver os problemas precedentes na técnica convencional e um objetivo da presente invenção é proporcionar um método para detectar uma porção anormal (defeito, porção sem aderência e porção emperrada) localizada em uma região de contato entre cada parte de um pino e cada parte de uma caixa formando uma junta com rosca a ser usada como uma junta de canos ou tubos tal como OCTG. Como um resultado da consideração concentrada pelos inventores da presente invenção a fim de resolver os problemas acima descritos, os inventores chegaram ao seguinte conhecimento.
(1) A espessura do lubrificante existente na região de contato entre cada parte (uma parte de rosca externa, uma parte de vedação de metal e uma parte de ressalto) do pino e cada parte (uma parte de rosca interna, uma parte de vedação de metal e uma parte de ressalto) da caixa é localmente alterada de acordo com o estado de fixação dessas partes respectivas. Especificamente, em um estado onde a junta com rosca é normal (a saber, não existe defeito e porção emperrada na região de contato da junta com rosca) e cada parte do pino e cada parte da caixa aderem firmemente entre si (por exemplo, o diâmetro externo da parte de vedação de metal 12 é ligeiramente maior do que o diâmetro interno da parte de vedação de metal
22), ao contrário do estado sem aderência (por exemplo, o diâmetro externo da parte de vedação de metal 12 é menor do que o diâmetro interno da parte de vedação de metal 22), nenhum lubrificante existe localmente.
(2) De acordo com a existência ou não existência do lubrificante encontrado, a intensidade do eco da onda ultrassônica é alterada. Especificamente, a intensidade do eco da onda ultrassônica recebida de uma localização onde o lubrificante substancialmente não existe é menor do que a intensidade do eco da onda ultrassônica recebida de uma localização onde o lubrificante existe.
(3) Em um estado onde um defeito ou uma porção emperrada encontra-se na localização onde o lubrificante substancialmente não existiría (a saber, a localização onde a intensidade do eco da onda ultrassônica seria menor) se a junta com rosca fosse normal e cada parte do pino e cada parte da caixa aderida firmemente entre si, a intensidade do eco da onda ultrassônica se torna mais alta do que um estado onde um defeito e uma porção emperrada não existem.
(4) O tempo de recepção do eco de um defeito encontrado na caixa ou o eco de uma porção emperrada entre a caixa e o pino (a saber, o tempo da transmissão da onda ultrassônica até a sua recepção) é mais curto do que o tempo de recepção do eco de uma junta com rosca normal em um estado de aderência, o eco de uma junta com rosca em um estado sem aderência ou o eco de um defeito existente no pino.
A presente invenção foi concluída com base no conhecimento acima descrito dos inventores. A presente invenção proporciona um método de teste ultrassônico de uma junta com rosca de canos ou tubos incluindo um pino tendo uma parte de rosca externa, uma parte de vedação de metal e uma parte de ressalto em uma superfície periférica externa, e uma caixa tendo uma parte de rosca interna, uma parte de vedação de metal e uma parte de ressalto correspondendo com cada parte do pino em uma superfície periférica interna e sendo presa com o pino por meio de um lubrificante, o método compreendendo as etapas de: transmitir e receber ondas ultrassônicas para e de uma pluralidade de localizações ao longo de uma direção axial da junta com rosca em pelo menos uma da parte de rosca interna, da parte de vedação de metal e da parte de ressalto da caixa, detectar as intensidades do eco e os tempos de recepção dos ecos para a pluralidade de localizações e detectar uma porção anormal na junta com rosca com base na distribuição direcional axial das intensidades do eco e distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos.
De acordo com a presente invenção, ondas ultrassônicas são transmitidas e recebidas para e de uma pluralidade de localizações ao longo de uma direção axial de uma junta com rosca em pelo menos uma parte entre uma parte de rosca externa, uma parte de vedação de metal e uma parte de ressalto de uma caixa incluída na junta com rosca (a seguir, apropriadamente citada como uma parte a ser avaliada). Como descrito acima, a espessura do lubrificante existente na região de contato entre cada parte do pino e cada parte da caixa é localmente fina ao longo da direção axial da junta com rosca em um estado onde as partes respectivas aderem firmemente entre si, e a intensidade do eco da onda ultrassônica recebida da localização onde o lubrificante não existe substancialmente é menor do que a intensidade do eco da onda ultrassônica recebida da localização onde o lubrificante existe. Como um resultado, quando as ondas ultrassônicas são transmitidas e recebidas para e da pluralidade de localizações ao longo da direção axial da junta com rosca nas partes respectivas da caixa, em um estado onde cada parte da caixa e cada parte do pino aderem firmemente entre si, a intensidade do eco da onda ultrassônica é distribuída na direção axial em uma tal maneira que a intensidade do eco da onda ultrassônica da localização onde o lubrificante na região de contato substancialmente não existe é localmente menor enquanto a intensidade do eco da onda ultrassônica das localizações restantes é mais alta. Por outro lado, em um estado onde cada parte da caixa e cada parte do pino não aderem firmemente entre si, desde que o lubrificante encontra-se em toda a região de contato das partes respectivas, a intensidade do eco da onda ultrassônica é distribuída na direção axial em uma tal maneira sendo maior através de todas as áreas das partes respectivas.
Além disso, mesmo em um estado onde o defeito ou a porção emperrada encontra-se na localização onde o lubrificante substancialmente não existiría (a saber, a localização onde a intensidade do eco da onda ultrassônica seria menor) se cada parte do pino e cada parte da caixa aderidas firmemente entre si como descrito acima, o eco é refletido do defeito ou da porção emperrada, de modo que a intensidade do eco da onda ultrassônica é distribuída na direção axial em uma tal maneira sendo mais alta através de todas as áreas das partes respectivas.
Portanto, com base na distribuição direcional axial das intensidades do eco detectadas para a pluralidade de localizações, é possível detectar uma porção anormal (defeito, porção sem aderência e porção emperrada) existente na parte a ser avaliada da junta com rosca. Especificamente, por exemplo, quando uma razão (valor mínimo/valor padrão) entre o valor mínimo da intensidade do eco e o valor padrão da intensidade do eco excede um valor de limiar predeterminado com relação à distribuição direcional axial das intensidades do eco da parte a ser avaliada, é possível determinar que a porção anormal existe. Como o valor padrão, a intensidade do eco que é dificilmente alterada mesmo quando o estado de fixação (estado de aderência ou estado sem aderência) é alterado pode ser usada. Alternativamente, também é possível determinar que a porção anormal encontra-se em um caso onde o comprimento direcional axial na área da intensidade do eco sendo menor do que um valor de limiar predeterminado se torna menor do que um comprimento predeterminado.
Além disso, como descrito acima, o tempo de recepção do eco do defeito existente na caixa ou do eco da porção emperrada entre a caixa e o pino (a saber, o tempo de transmissão da onda ultrassônica para a sua recepção) é mais curto do que o tempo de recepção do eco da junta com rosca normal no estado de aderência, o eco da junta com rosca no estado sem aderência ou o eco do defeito existente no pino. Dessa maneira, com base na distribuição direcional axial dos tempos de recepção do eco detec tado para a pluralidade de localizações, é possível identificar a porção anormal existente na parte a ser avaliada da junta com rosca (o defeito existente na caixa e porção emperrada entre a caixa e o pino pode ser identificado de outras porções anormais). Especificamente, por exemplo, obtendo uma diferença entre a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos da parte a ser avaliada e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos que foram obtidos antecipadamente para a junta com rosca normal no estado de aderência, é possível determinar que existe um defeito existente na caixa ou uma porção emperrada particularmente entre as porções anormais quando o comprimento direcional axial de uma área onde a diferença excede um valor de limiar predeterminado excede um comprimento predeterminado.
Além do que, como um método para transmitir e receber as ondas ultrassônicas para e de uma pluralidade de localizações ao longo da direção axial da junta com rosca em pelo menos uma parte da caixa, por exemplo, é considerado um método para mover relativamente uma sonda ultrassônica na direção axial da junta com rosca.
Alternativamente, é também possível utilizar um método para controlar eletricamente a transmissão e a recepção da onda ultrassônica por cada transdutor de uma sonda de antena em fase ultrassônica na qual uma pluralidade de transdutores é arranjada.
De acordo com o método de teste ultrassônico da junta com rosca de canos ou tubos da presente invenção, é possível detectar com um alto grau de precisão a porção anormal (defeito, porção sem aderência e porção emperrada) existente na região de contato entre cada parte do pino e cada parte da caixa que formam a junta com rosca a ser usada como a junta dos canos ou tubos tal como OCTG.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é uma vista da seção transversal em uma direção axial que ilustra esquematicamente uma constituição geral de uma junta com rosca, a figura 2 é uma vista explicativa para descrever um método convencional para avaliar o estado de fixação de uma junta com rosca, a figura 3 (figura 3A, figura 3B, figura 3C, figura 3D e figura 3E) é uma vista explicativa para ilustrar um breve resumo de um teste para avaliar uma distribuição direcional axial das intensidades de eco e uma distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos, o teste sendo conduzido para uma parte de vedação de metal de uma caixa, a figura 4 (figura 4A, figura 4B, figura 4C, figura 4D e figura 4E) é um gráfico mostrando um exemplo da distribuição direcional axial das intensidades do eco e da distribuição direcional axial dos tempos de recepção e dos ecos que são obtidos com relação à parte de vedação de metal da caixa, a figura 5 (figura 5A, figura 5B e figura 5C) é uma vista explicativa para descrever um exemplo específico de um método para detectar uma porção anormal em um caso onde uma parte a ser avaliada é uma parte de vedação de metal, a figura 6 é um diagrama de blocos esquematicamente mostrando toda a constituição de um aparelho de teste ultrassônico para a execução de um método de teste ultrassônico de acordo com a presente invenção, a figura 7 é um diagrama de blocos esquemático de um scanner de onda ultrassônica formando o aparelho de teste ultrassônico, a figura 8 ilustra um exemplo de um resultado do teste ultrassônico da parte de vedação de metal em um estado de aderência usando o aparelho de teste ultrassônico e a figura 9 é um diagrama de blocos esquemático de um scanner de onda ultrassônica de acordo com um outro exemplo.
Descrição Detalhada da Modalidade Preferida
A seguir, com referência aos desenhos anexos, uma modalidade de um método de teste ultrassônico de uma junta com rosca de canos ou tubos de acordo com a presente invenção será descrita.
Primeiro, o conhecimento obtido pelos inventores da presente invenção em um processo para obter a presente invenção será descrito em detalhes.
Os inventores da presente invenção conduziram um teste para avaliar uma distribuição direcional axial das intensidades do eco e uma distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos obtidos transmitindo e recebendo uma onda ultrassônica de e para cada parte de uma caixa 2 e explorando as posições de transmissão e recepção da onda ultrassônica em uma direção axial de uma junta com rosca 100. O teste foi conduzido com relação a cada um de um caso onde cada parte de um pino 1 (uma parte de rosca externa 11, uma parte de vedação de metal 12 e uma parte de ressalto 13) e cada parte de uma caixa 2 (uma parte de rosca interna 21, uma parte de vedação de metal 22 e uma parte de ressalto 23) formando a junta com rosca 100 mostrada na figura 1 são presas em um estado de aderência, um caso onde elas são presas em um estado sem aderência, um caso onde um defeito é formado no pino 1, um caso onde um defeito é formado na caixa 2 e um caso onde a porção emperrada é gerada entre o pino 1 e a caixa 2.
A figura 3 é uma vista explicativa para ilustrar um breve resumo de um teste para avaliar uma distribuição direcional axial das intensidades de eco e uma distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos, o teste sendo conduzido para a parte de vedação de metal 22 da caixa 2. A figura 3A ilustra um breve resumo de um teste de avaliação em um caso onde a parte de vedação de metal 22 da caixa 2 e a parte de vedação de metal 12 da caixa 1 são presas em um estado de aderência (a saber, um estado onde o diâmetro externo da parte de vedação de metal 12 é ligeiramente maior do que o diâmetro interno da parte de vedação de metal 22). A figura 3B ilustra um breve resumo do teste de avaliação em um caso onde as partes de vedação de metal 12 e 22 são presas em um estado sem aderência (a saber, um estado onde o diâmetro externo da parte de vedação de metal 12 é menor do que o diâmetro interno da parte de vedação de metal 22). A figura 3C ilustra um breve resumo do teste de avaliação em um caso onde um defeito artificial (fenda) F1 tendo um comprimento axial de 2 mm, um comprimento direcional circunferencial de 1 mm e uma profundidade de 0,5 mm é provido em uma face de vedação da parte de vedação de metal 12 e as partes de vedação de metal 12 e 22 seriam presas em um estado de aderência se o defeito artificial F1 não fosse provido. A figura 3D ilustra um breve resumo do teste de avaliação em um caso onde um defeito artificial (fenda) F2 tendo um comprimento axial de 2 mm, um comprimento direcional circunferencial de 1 mm e uma profundidade de 0,5 mm é provido na face de vedação da parte de vedação de metal 22 e as partes de vedação de metal 12 e 22 seriam presas em um estado de aderência se o defeito artificial F2 não fosse provido. A figura 3E ilustra um breve resumo do teste de avaliação em um caso onde a porção emperrada F3 é gerada entre as partes de vedação de metal 12 e 22 e as partes de vedação de metal 12 e 22 seriam presas em um estado de aderência se a porção emperrada F3 não fosse gerada.
Especificamente, em cada um dos casos das figuras 3A a 3E, a avaliação é feita em uma distribuição direcional axial das intensidades de eco e uma distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos obtidos pela exploração das posições de transmissão e recepção da onda ultrassônica na direção axial da junta com rosca 100 através da transmissão e recepção da onda ultrassônica de modo a ser focalizada em uma porção central da face de vedação da parte de vedação de metal 22 na caixa (diâmetro externo: aproximadamente 150 mm, diâmetro interno: aproximadamente 125 mm) e movendo uma sonda ultrassônica na direção axial da junta com rosca 100. Como a sonda ultrassônica, uma sonda de imersão (frequência: 5 MHz, diâmetro do transdutor: aproximadamente 19 mm, distância focal: aproximadamente 64 mm, sonda de foco pontual) é usada. Um ângulo da sonda ultrassônica é ajustado de modo que a onda ultrassônica transmitida se propaga normal à face de vedação da parte de vedação de metal 22. Além disso, um lubrificante é colocado entre o pino 1 e a caixa 2.
A figura 4 é um gráfico mostrando um exemplo da distribuição direcional axial das intensidades de eco e da distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos que são obtidos a partir do teste de avaliação com relação à parte de vedação de metal 22 da caixa 2.
A figura 4A ilustra a distribuição direcional axial das intensidades de eco (diagrama superior) e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos (diagrama inferior) que são obtidas quando as partes de vedação de metal 12 e 22 são presas em um estado de aderência (correspondendo com o estado da figura 3A). Como mostrado na figura 3A, em um caso de fixação das partes de vedação de metal 12 e 22 no estado de aderência, na porção central da face de vedação (a saber, a área representada por uma seta de linha tracejada na figura 3A), o lubrificante é dificilmente colocado e a caixa 2 e o pino 1 são quase diretamente acumulados. Portanto, como um resultado que a onda ultrassônica tendo propagado para a parte de vedação de metal 22 da caixa facilmente transmite para o pino 1, como mostrado na figura 4A, a distribuição direcional axial das intensidades do eco é obtida tal que a intensidade do eco da porção central da face de vedação (área representada por uma seta de linha tracejada na figura 4A) é reduzida. Além disso, a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos é obtida tal que o tempo de recepção do eco é linearmente alterado ao longo das faces de vedação das partes de vedação de metal 12 e 22. A distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos é obtida porque a sonda ultrassônica para transmitir e receber a onda ultrassônica é movida em paralelo com a direção axial da junta com rosca 100 enquanto as faces de vedação das partes de vedação de metal 12 e 22 são formadas em um cone para serem linearmente inclinadas na direção axial da junta com rosca 100.
A figura 4B ilustra a distribuição direcional axial das intensidades do eco (diagrama superior) e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos (diagrama inferior) que são obtidas quando as partes de vedação de metal 12 e 22 são presas em um estado sem aderência (correspondendo com o estado da figura 3B). Como mostrado na figura 3B, em um caso de fixação das partes de vedação de metal 12 e 22 no estado sem aderência, o lubrificante é também colocado na porção central da face de vedação, e a caixa 2, o lubrificante e o pino 1 são acumulados em uma estrutura de três camadas. Portanto, como um resultado que a onda ultrassônica tendo propagado para a parte de vedação de metal 22 da caixa é principalmen te refletida de uma face limite entre o lubrificante e a parte de vedação de metal 22, como mostrado na figura 4B, a intensidade do eco da porção central da face de vedação não é reduzida, e a distribuição direcional axial das intensidades do eco é obtida tal que a intensidade do eco é maior através de toda a área da parte de vedação de metal 22. Além disso, a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos é similar a essa de um caso onde as partes de vedação de metal 12 e 22 mostradas na figura 4A são presas no estado de aderência.
A figura 4C ilustra a distribuição direcional axial das intensidades do eco (diagrama superior) e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos (diagrama inferior) que são obtidas quando o defeito artificial F1 é provido na face de vedação da parte de vedação de metal 12 (correspondendo com o estado da figura 3C). Como mostrado na figura 3C, em um caso onde o defeito artificial F1 é provido na face de vedação da parte de vedação de metal 12, o lubrificante é cheio no defeito artificial F1, e a caixa 2, o lubrificante e o pino 1 são acumulados em uma estrutura de três camadas. Portanto, como mostrado na figura 4C, também quando o defeito artificial F1 é provido, a distribuição direcional axial das intensidades do eco é similar a essa mostrada na figura 4B. Além disso, a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos similar a essa mostrada na figura 4B é obtida desde que a onda ultrassônica é refletida da face limite entre o lubrificante e a parte de vedação de metal 22 onde o defeito artificial F1 não é provido.
A figura 4D ilustra a distribuição direcional axial das intensidades do eco (diagrama superior) e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos (diagrama inferior) que são obtidas quando o defeito artificial F2 é provido na face de vedação da parte de vedação de metal 22 (correspondendo com o estado da figura 3D). Como mostrado na figura 3D, em um caso onde o defeito artificial F2 é provido na face de vedação da parte de vedação de metal 22, o lubrificante é cheio no defeito artificial F2, e a caixa 2, o lubrificante e o pino 1 são acumulados em uma estrutura de três camadas. Portanto, como mostrado na figura 4D, também quando o defeito artifi ciai F2 é provido, a distribuição direcional axial das intensidades de eco é similar a essa mostrada na figura 4B e figura 4C. Por outro lado, o tempo de recepção do eco é reduzido de acordo com a profundidade do defeito artificial F2 desde que a onda ultrassônica é refletida da face de limite entre o lubrificante e uma porção inferior do defeito artificial F2. Em outras palavras, a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos é formada para ser mais curta (desviada de uma linha reta) na área onde o defeito artificial F2 é provido (a saber, a área representada por uma seta de linha tracejada na figura 4D).
A figura 4E ilustra a distribuição direcional axial das intensidades do eco (diagrama superior) e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos (diagrama inferior) que são obtidas quando a porção emperrada F3 é gerada entre as partes de vedação de metal 12 e 22 (correspondendo com o estado da figura 4E). Como mostrado na figura 3E, quando a porção emperrada F3 é gerada entre as partes de vedação de metal 12 e 22, as naturezas da superfície das faces de vedação das partes de vedação de metal 12, 22 são deterioradas (por exemplo, a aspereza da superfície se torna grande), de modo que é difícil para a onda ultrassônica transmitir através das faces de vedação a despeito de se o lubrificante está cheio entre as faces de vedação ou não. Portanto, como mostrado na figura 4E, a distribuição direcional axial das intensidades do eco é feita em uma tal maneira que a intensidade do eco da porção central da face de vedação não é muito reduzida (ligeiramente reduzida por causa da dispersão na face de vedação), e a intensidade do eco é relativamente grande através de toda a área da parte de vedação de metal 22. Além disso, a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos é feita para ser mais curta (desviada da linha reta) na área onde a porção emperrada F3 é gerada (a saber, a área representada por uma seta de linha tracejada na figura 4E).
Como descrito acima, os inventores da presente invenção verificaram que o lubrificante existente na região de contato entre a parte de vedação de metal 12 do pino 1 e a parte de vedação de metal 22 da caixa 2 não é colocado localmente em um estado onde as partes de vedação de metal 12 e 22 aderem firmemente entre si, ao contrário do estado sem aderência (fazer referência à figura 3A e figura 3B). Além do que, os inventores verificaram que, como um resultado que a intensidade do eco da onda ultrassônica recebida da localização onde o lubrificante substancialmente não existe é menor do que a intensidade do eco da onda ultrassônica recebida da localização onde o lubrificante existe, a intensidade do eco da onda ultrassônica é reduzida localmente em um estado onde a junta com rosca é normal e as partes de vedação de metal 12 e 22 aderem firmemente entre si, ao contrário do estado sem aderência (fazer referência aos diagramas superiores da figura 4A e figura 4B). Além disso, os inventores verificaram que, em um estado onde um defeito ou uma porção emperrada existe na localização onde o lubrificante substancialmente não existiría se a junta com rosca fosse normal e as partes de vedação de metal 12 e 22 aderidas firmemente entre si, a intensidade do eco da onda ultrassônica se torna mais alta quando comparado com um caso onde um defeito e uma porção emperrada não existem (fazer referência aos diagramas superiores das figuras 4C a 4E). Além do que, os inventores verificaram que o tempo de recepção do eco do defeito existente na parte de vedação de metal 22 ou do eco da porção emperrada entre as partes de vedação de metal 12 e 22 se torna mais curto do que o tempo de recepção do eco da junta com rosca normal no estado de aderência, do eco da junta com rosca no estado sem aderência ou do eco do defeito existente na parte de vedação de metal 12 (fazer referência aos diagramas inferiores das figuras 4A a 4E).
Além do que, embora o teste de avaliação conduzido com relação à parte de vedação de metal 22 da caixa 2 seja exemplificado na figura 3 e figura 4, os inventores confirmaram que resultados similares são obtidos para a parte de rosca interna 21 e a parte de ressalto 23.
A presente invenção foi concluída com base no conhecimento acima descrito dos inventores e a presente invenção é caracterizada em que as ondas ultrassônicas são transmitidas e recebidas para e de uma pluralidade de localizações ao longo da direção axial da junta com rosca 100 em pelo menos uma parte entre a parte de rosca interna 21, a parte de vedação de metal 22 e a parte de ressalto 23 da caixa 2 para detectar a distribuição direcional axial das intensidades do eco e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos para a pluralidade de localizações, com base em qual porção anormal (defeito, porção sem aderência e porção emperrada) existente na junta com rosca 100 é detectada.
De acordo com a presente invenção, avaliando a distribuição direcional axial das intensidades do eco ao longo da direção axial da junta com rosca 100 com relação a pelo menos uma parte (parte a ser avaliada) entre a parte de rosca interna 21, a parte de vedação de metal 22 e a parte de ressalto 23, é possível detectar se existe ou não uma área onde a intensidade do eco da onda ultrassônica é localmente menor na parte a ser avaliada. A seguir, quando existe a área onde a intensidade do eco da onda ultrassônica é localmente menor na parte a ser avaliada, a parte a ser avaliada da caixa e a parte correspondente do pino aderem firmemente entre si, de modo que é possível determinar que não existe porção anormal na região de contato. Por outro lado, quando não existe área onde a intensidade do eco da onda ultrassônica é localmente menor na parte a ser avaliada, é possível determinar que existe uma porção anormal na região de contato entre a parte a ser avaliada da caixa e a parte correspondente do pino. Além do que, avaliando a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos ao longo da direção axial da junta com rosca 100, é possível identificar o defeito existente na caixa e a porção emperrada entre a caixa e o pino de outras porções anormais.
A seguir, exemplos específicos do método de teste ultrassônico de acordo com a presente invenção (a saber, exemplos específicos do método para detectar uma porção anormal na parte a ser avaliada) serão descritos.
A figura 5 é uma vista explicativa para descrever um exemplo específico de um método para detectar uma porção anormal quando a parte a ser avaliada é a parte de vedação de metal 22. A fim de determinar se existe ou não uma porção anormal na região de contato das partes de vedação de metal 12 e 22, como mostrado na figura 5A, com relação à distribui ção direcional axial das intensidades do eco obtidas explorando a onda ultrassônica na parte de vedação de metal 22, um valor padrão A da intensidade do eco que é dificilmente alterado mesmo quando o estado de fixação (estado de aderência ou estado sem aderência) é alterado e um valor mínimo B da intensidade do eco (valor mínimo excluindo as extremidades opostas da distribuição direcional axial das intensidades de eco) são lidos. A seguir, quando uma razão (B/A) entre o valor mínimo B e o valor padrão A é maior do que um valor de limite predeterminado que foi decidido antecipadamente, pode ser determinado que existe uma porção anormal. Alternativamente, como mostrado na figura 5A, em um caso onde um comprimento direcional axial LE em uma área onde a intensidade do eco não é mais do que um valor de limite predeterminado Th1 se torna menor do que um comprimento predeterminado que foi decidido antecipadamente, também é possível determinar que existe uma porção anormal.
Além do que, quando a frequência da onda ultrassônica a ser transmitida e recebida (a saber, uma frequência de teste) fica excessivamente alta, é difícil para a onda ultrassônica transmitir para o pino 1 a despeito da existência ou não existência da porção anormal encontrada na região de contato das partes de vedação de metal 12 e 22. Em outras palavras, uma frequência excessivamente alta não é preferível desde que o valor B/A e o valor do comprimento direcional axial LE são difíceis de serem alterados a despeito da existência ou não existência da porção anormal. Como um resultado, a frequência da onda ultrassônica a ser transmitida e recebida é preferivelmente ajustada para ser menor do que 25 MHz (mais preferivelmente, menor do que 5 MHz).
A fim de identificar um tipo da porção anormal existente na região de contato das partes de vedação de metal 12 e 22, a distribuição direcional axial (fazer referência à figura 5B) dos tempos de recepção dos ecos obtidos explorando a onda ultrassônica na parte de vedação de metal 22 pode ser usada. Especificamente, obtendo uma diferença entre a distribuição direcional axial obtida acima dos tempos de recepção dos ecos e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos que foram obti dos antecipadamente (fazer referência à figura 5C) para a junta com rosca normal no estado de aderência, em um caso onde um comprimento direcional axial Ι_τ da área onde a diferença obtida excede um valor de limite predeterminado Th2, que foi decidido antecipadamente, excede um comprimento predeterminado, que foi decidido antecipadamente, é possível determinar que há um defeito existente na caixa ou uma porção emperrada particularmente entre as porções anormais. Alternativamente, depois de aplicar um processamento de filtragem de alta frequência na distribuição direcional axial obtida dos tempos de recepção dos ecos (fazer referência à figura 5B) para remover um componente linearmente variável, pode ser determinado que há um defeito existente na caixa ou uma porção emperrada particularmente entre as porções anormais em um caso onde o comprimento direcional axial da área excedendo um valor de limite predeterminado, que foi decidido antecipadamente, excede um comprimento predeterminado, que foi decidido antecipadamente.
A seguir, é fornecida uma descrição para um exemplo específico de um aparelho de teste ultrassônico para execução de um método de teste ultrassônico de acordo com a presente invenção.
A figura 6 é um diagrama de blocos esquematicamente mostrando toda a constituição de um aparelho de teste ultrassônico. A figura Ί é um diagrama de blocos esquemático de um scanner de onda ultrassônica formando o aparelho de teste ultrassônico.
Como mostrado na figura 6 e figura 7, um aparelho de teste ultrassônico 200 de acordo com o presente exemplo específico compreende um scanner de onda ultrassônica 3 para explorar uma onda ultrassônica ao longo da direção axial da junta com rosca 100, um detector ultrassônico 4 para controlar a transmissão e recepção da onda ultrassônica das sondas ultrassônicas 31, 32 e 33 providas no scanner de onda ultrassônica 3, um acionador de motor 5 para acionar um motor 35 provido no scanner da onda ultrassônica 3, um dispositivo rotativo 6 para explorar o scanner de onda ultrassônica 3 ao longo de uma direção circunferencial da junta com rosca 100 ou girar a junta com rosca 100 em uma direção circunferencial, um dispositi20 vo de controle 7 para controlar o detector ultrassônico 4, o acionador do motor 5 e o dispositivo rotativo 6 e um alimentador de água 8 para alimentar água como um meio de contato da onda ultrassônica.
O scanner de onda ultrassônica 3 compreende a sonda ultrassônica 31 para executar o teste ultrassônico das partes de rosca 11 e 21, a sonda ultrassônica 32 para executar o teste ultrassônico das partes de vedação de metal 12 e 22 e a sonda ultrassônica 33 para executar o teste ultrassônico das partes de ressalto 13 e 23. Como a sonda ultrassônica 31, por exemplo, a constituição da onda ultrassônica verticalmente transmissora e receptora de modo a ser focalizada em um ápice de uma raiz do filete da parte de rosca interna 21 pode ser utilizada usando uma sonda de imersão (frequência: 3,5 MHz, diâmetro do transdutor: aproximadamente 13 mm, distância focal: aproximadamente 38 mm, sonda de foco pontual). Como a sonda ultrassônica 32, é possível usar a sonda ultrassônica similar a essa usada para o teste de avaliação obtendo o resultado mostrado na figura 4. Além do que, como a sonda ultrassônica 32, é possível utilizar a constituição da onda ultrassônica transmissora e receptora de modo a ser focalizada em uma parte de canto 231 (fazer referência à figura 1) da parte de ressalto 23, usando uma sonda de imersão (frequência: 5 MHz, diâmetro do transdutor: aproximadamente 19 mm, distância focal: aproximadamente 64 mm, sonda de foco pontual). A seguir, o ângulo da sonda ultrassônica 33 pode ser ajustado de modo que a onda de cisalhamento ultrassônica tendo um ângulo de refração na faixa de aproximadamente 35° a 45° é propagada para dentro da caixa 2. Além do que, é preferível que o diâmetro do feixe da onda ultrassônica focalizada (diâmetro do feixe da onda ultrassônica em um ponto focal) seja tão pequeno quanto possível. Por exemplo, em um caso da sonda ultrassônica 32, é preferível que o diâmetro do feixe da onda ultrassônica no ponto focal seja aproximadamente menor do que 1 mm porque o comprimento direcional axial da porção altamente aderente (porção onde não existe substancialmente o lubrificante) das partes de vedação de metal 12 e 22 é aproximadamente 1 mm.
O scanner de onda ultrassônica 3 compreende um suporte de sonda 34, um motor 35 e uma mesa 36 na qual o suporte de sonda 34 e o motor 35 são presos, além das sondas ultrassônicas 31 a 33.
As sondas ultrassônicas 31, 32 e 33 são montadas no suporte de sonda 34. O suporte de sonda 34 também tem a função de encher a água W como um meio de contato que é alimentado do alimentador de água 8 e flui de um orifício de alimentação de água 341 para um espaço entre as ondas ultrassônicas 31 a 33 e a superfície externa da caixa 2 da junta com rosca 100. A energia motriz rotacional do motor 35 é transmitida para o suporte de sonda 34 através de um elemento mecânico apropriado para converter essa energia motriz rotacional em um movimento linear, e o suporte de sonda 34 pode, dessa maneira, se mover ao longo da direção axial da junta com rosca 100. Devido ao movimento do suporte de sonda 34, também as sondas ultrassônicas 31, 32 e 33 montadas no suporte de sonda 34 se movem ao longo da direção axial da junta com rosca 100 e as posições de transmissão e recepção da onda ultrassônica são, dessa maneira, exploradas ao longo da direção axial da junta com rosca 100. Nesse estado, desde que a mesa 36 mantém um estado de contato da junta com rosca 100 (caixa 2), a distância entre o suporte da sonda 34 montada na mesa 36 e a superfície externa da caixa 2, e além disso, as distâncias entre as sondas ultrassônicas 31, 32 e 33 e a superfície externa da caixa 2 podem ser mantidas constantemente. A seguir, desde que a mesa 36 ou a junta com rosca 100 são giradas na direção circunferencial pelo dispositivo rotativo 6, é possível transmitir e receber a onda ultrassônica para e de uma pluralidade de localizações na direção circunferencial da junta com rosca 100.
A figura 8 ilustra um exemplo de um resultado da execução do teste ultrassônico da parte de vedação de metal 22 em um estado de aderência usando o aparelho de teste ultrassônico 200 tendo a constituição acima descrita. Em cada uma das faces de vedação das partes de vedação de metal 12 e 22 da caixa (diâmetro externo: aproximadamente 150 mm, diâmetro interno: aproximadamente 125 mm), um defeito artificial (fenda) é provido, que tem um comprimento direcional axial de 2 mm, um comprimento circunferencial de 3 mm e uma profundidade de 0,5 mm. De acordo com o e xemplo mostrado na figura 8, a distribuição da intensidade do eco de toda a circunferência é medida com um passo de 12 mm na direção axial da junta com rosca 100 e um passo de 1o na direção circunferencial. A figura 8A ilustra um escopo C que é representado por escuro e claro dependendo do volume da intensidade do eco em cada ponto de medição com um eixo geométrico lateral na direção axial e um eixo geométrico longitudinal na direção circunferencial e a figura 8B ilustra a distribuição direcional axial das intensidades do eco e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos a partir de uma porção normal, na proximidade do defeito provido no lado do pino (provido no lado da parte de vedação de metal 12), e na proximidade do defeito provido no lado da caixa (provido no lado da parte de vedação de metal 22).
Como mostrado na figura 8A, na área diferente da área onde um defeito com a fixação existe (a saber, um defeito a ser gerado na superfície externa da caixa 2 mantendo a caixa 2 com uma ferramenta com a fixação) e a área onde o defeito artificial é provido, a intensidade do eco é obtida principalmente de maneira uniforme em uma direção circunferencial. Por outro lado, como mostrado na figura 8B, é verificado que a distribuição direcional axial das intensidades do eco na porção anormal é obtida em uma tal maneira que a intensidade do eco é menor na porção quase central da parte de vedação de metal. Ao contrário, a distribuição direcional axial das intensidades do eco na proximidade do defeito no lado do pino (perto da posição direcional circunferencial de 180°) e na proximidade do defeito no lado da caixa (perto da posição direcional circunferencial de 90°) não tem área onde a intensidade do eco é localmente menor ao contrário da porção normal, de modo que é verificado que o defeito pode ser detectado de acordo com essa diferença na distribuição. Além disso, o tempo de recepção do eco é reduzido na área onde existe um defeito na proximidade do defeito no lado da caixa, enquanto a distribuição direcional axial é linearmente alterada na proximidade do defeito no lado do pino. Portanto, devido a essa diferença na distribuição, é verificado ser capaz de identificar se o pino ou a caixa tem o defeito. Além do que, em um caso onde existe uma porção sem aderência en tre o pino 1 e a caixa 2, a distribuição direcional axial das intensidades do eco e a distribuição direcional axial dos tempos de recepção dos ecos nessa porção sem aderência indicam tendência similar a essa da proximidade do defeito no lado do pino. Entretanto, a porção sem aderência freqüentemente encontra-se continuamente na direção circunferencial da junta com rosca 100 ao contrário do defeito, de modo que, pela avaliação de ambas a distribuição direcional axial das intensidades do eco e a distribuição direcional circunferencial das intensidades do eco, é considerado que o defeito no lado do pino pode ser identificado a partir da porção sem aderência.
O scanner de onda ultrassônica não é limitado à constituição mostrada na figura 7, e, por exemplo, a constituição incluindo uma sonda de antena em fase ultrassônica como mostrado na figura 9 (de acordo com o exemplo mostrado na figura 9, uma sonda de antena em fase ultrassônica 31A para execução do teste ultrassônico das partes de rosca 11 e 21 e uma sonda de antena em fase ultrassônica para execução do teste ultrassônico das partes de vedação de metal 12 e 22 e das partes de ressalto 13 e 23) pode também ser utilizada. A seguir, controlando eletricamente a transmissão e a recepção da onda ultrassônica pelos transdutores respectivos das ondas de antena em fase ultrassônicas 31A e 32A em uma maneira convencional, a onda ultrassônica a ser transmitida e recebida pode ser explorada na direção axial da junta com rosca 100.