Experimental Investigation on the Inspection of Cracks on Threaded Surfaces Using Electromagnetic Thermography

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

As an important connection type, threaded connections are very easily damaged by cracks on the threaded surfaces during the production and service period, which would lead to mechanical failure. The complicated geometry of threaded connections brings great challenges to conventional non-destructive testing (NDT) methods. Thus, it is important to develop an advanced and suitable NDT technology to detect cracks on threaded surfaces. This study investigates the applicability of electromagnetic thermography (ET) for crack inspection. The inspection principle was examined based on electromagnetic and thermal conduction laws. Experiments were conducted on four bolts with cracks on their threaded surfaces using ET technology. The effectiveness of ET was verified through the analysis of thermograms and temperature responses. In addition, we also study the influence of several key parameters, including excitation coil orientation, excitation coil location, the amplitude of excitation current, and crack size, on the detection results. The findings indicate that ET offers an efficient and practical method for inspecting cracks on threaded surfaces.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

Yubin Zhang

China University of Petroleum (East China)

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: chxu@upc.edu.cn
ҚХР, Qingdao

Changhang Xu

China University of Petroleum (East China)

Email: chxu@upc.edu.cn
ҚХР, Qingdao

Pengqian Liu

China University of Petroleum (East China)

Email: chxu@upc.edu.cn
ҚХР, Qingdao

Rui Liu

China University of Petroleum (East China)

Email: chxu@upc.edu.cn
ҚХР, Qingdao

Qing Zhao

China University of Petroleum (East China)

Email: chxu@upc.edu.cn
ҚХР, Qingdao

Longbo Wang

China University of Petroleum (East China)

Email: chxu@upc.edu.cn
ҚХР, Qingdao

Jing Xie

China University of Petroleum (East China)

Email: chxu@upc.edu.cn
ҚХР, Qingdao

Әдебиет тізімі

  1. Huang J., Liu J., Gong H., Deng X. A comprehensive review of loosening detection methods for threaded fasteners // Mechanical Systems and Signal Processing. 2022. V. 168.
  2. Van Wittenberghe J., De Pauw J., De Baets P., De Waele W., Ost W., De Roeck G., Bui T.T. Fatigue investigation of threaded pipe connections // International Journal of Sustainable Construction and Design. 2010. V. 1. No.1.
  3. Shahani A.R., Sharifi S.M.H. Contact stress analysis and calculation of stress concentration factors at the tool joint of a drill pipe // Materials & Design. 2009. V. 30. P. 3615—3621.
  4. Lee H.-C., Choi J.-m., Lee B., Kim T.-G. Failure analysis of stress corrosion cracking in aircraft bolts // Engineering Failure Analysis. 2007. V. 14. P. 209—217.
  5. Escobar J.A., Romero A.F., Lobo-Guerrero J. Failure analysis of submersible pump system collapse caused by assembly bolt crack propagation by stress corrosion cracking // Engineering Failure Analysis. 2016. V. 60. P. 1—8.
  6. Uludag A. The Magnetic Particle Inspection Examination of Aircraft Propeller Mounting Bolts // Journal of Multidiciplinary Engineering Science and Technology (JMEST). 2016. V. 3. No. 12.
  7. Chen J., He R., Kang X., Yang X. Simulation and experiment for the inspection of stainless steel bolts in servicing using an ultrasonic phased array // Nondestructive Testing and Evaluation. 2015. V. 30. P. 373—386.
  8. Jinfeng D., Yihua K., Xinjun W. Tubing thread inspection by magnetic flux leakage // NDT & E International. 2006. V. 39. P. 53—56.
  9. She S., Liu Y., Zhang S., Wen Y., Zhou Z., Liu X., Sui Z., Ren D., Zhang F., He Y. Flexible Differential Butterfly-Shape Eddy Current Array Sensor for Defect Detection of Screw Thread // IEEE Sensors Journal. 2021. V. 21. P. 20764—20777.
  10. Knight M.J., Brennan F.P., Dover W.D. Effect of residual stress on ACFM crack measurements in drill collar threaded connections // NDT & E International. 2004. V. 37. P. 337—343.
  11. Zhang Y., Xu C., Liu P., Xie J., Han Y., Liu R., Chen L. One-dimensional deep convolutional autoencoder active infrared thermography: Enhanced visualization of internal defects in FRP composites // Composites Part B: Engineering. 2024. V. 272.
  12. Wang F., Wang Y., Liu J., Wang Y. The Feature Recognition of CFRP Subsurface Defects Using Low-Energy Chirp-Pulsed Radar Thermography // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2020. V. 16. P. 5160—5168.
  13. Liu P., Xu C., Zhang Y., Qin Y., Xu Y., Xie J., Song G. Low-power vibrothermography detection technique for surface cracks on composite sucker rod // Smart Materials and Structures. 2023. V. 32.
  14. Luo Z., Wang H., Huang Y., Shen P., Zheng E., Zhang H. Nondestructive detection of CFRP subsurface defects using transient lock-in thermography // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2024.
  15. Li X., Wang H., He Y., Wang Y. A Novel Methodology to Predict 3-D Surface Temperature Field on Delamination for Thermography // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2024. V. 20. P. 9670—9680.
  16. Liu G., Gao W., Liu W., Zou X., Xu J., Liu T. Debonds and Water-Filled Defects Detection in Honeycomb Sandwich Composites Based on Pulse Infrared Thermography NDT Technique // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2023. V. 59. P. 583—591.
  17. Wang F., Liu J., Song P., Gong J., Peng W., Liu G., Chen M., Wang Y. Multimodal optical excitation pulsed thermography: Enhanced recognize debonding defects of the solid propellant rocket motor cladding layer // Mechanical Systems and Signal Processing. 2022. V. 163.
  18. Liu P., Xu C., Zhang Y., Chen L., Han Y., Liu R., Qin Y. Detection and quantification of corrosion defects in CFRP-strengthened steel structures based on low-power vibrothermography // Nondestructive Testing and Evaluation. 2024. P. 1—25.
  19. Chulkov A.O., Nesteruk D.A., Shagdyrov B.I., Vavilov V.P. Method and Equipment for Infrared and Ultrasonic Thermographic Testing of Large-Sized Complex-Shaped Composite Products // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2021. V. 57. P. 619—626.
  20. Liu P., Xu C., Zhang Y., Chen L., Liu R., Wang L., Zhao Q. A combined inspection technique for debonding defects in CFRP-strengthened steel structures based on leaky Lamb wave and low-power vibrothermography // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2024.
  21. He H., Zhao Y., Lu B., He Y., Shen G., He Z., Wang H. Detection of Debonding Defects Between Radar Absorbing Material and CFRP Substrate by Microwave Thermography // IEEE Sensors Journal. 2022. V. 22. P. 4378—4385.
  22. Wilcox L.M., Donnell K.M. Modified Thermographic Signal-to-Noise Ratio for Active Microwave Thermography // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2024. V. 73. P. 1—10.
  23. Li M., Wang L., Zou X. Nondestructive evaluation of carbon fiber reinforced polymer (CFRP)-timber interfacial debonding using active microwave thermography (AMT) // Construction and Building Materials. 2024. V. 422.
  24. Chen L., Zhang Y., Xie J., Liu P., Han Y., Liu R., Xu C., Song G. Simultaneous inspection of multi-kind defects in adhesively bonded CFRP/steel structures by inductive thermography // Infrared Physics & Technology. 2024. V. 138.
  25. Wang F., Sheng J., Sfarra S., Zhou Y., Xu L., Liu L., Chen M., Yue H., Liu J. Multimode infrared thermal-wave imaging in non-destructive testing and evaluation (NDT&E): Physical principles, modulated waveform, and excitation heat source // Infrared Physics & Technology. 2023. V. 135.
  26. Yang R., Du B., Duan P., HeY., Wang H., He Y., Zhang K. Electromagnetic Induction Heating and Image Fusion of Silicon Photovoltaic Cell Electrothermography and Electroluminescence // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2020. V. 16. P. 4413—4422.
  27. Miao L., Gao B., Li H., Lu X., Liu L., Woo W.L., Wu J. Novel interventional electromagnetic thermography for subsurface defect detection // International Journal of Thermal Sciences. 2023. V. 184.
  28. Ding S., Tian G., Zhu J., Chen X., Wang Y., Chen Y. Characterisation and evaluation of paint-coated marine corrosion in carbon steel using eddy current pulsed thermography // NDT & E International. 2022. V. 130.
  29. He Y., Tian G.Y., Pan M., Chen D., Zhang H. An investigation into eddy current pulsed thermography for detection of corrosion blister // Corrosion Science. 2014. V. 78. P. 1—6.
  30. Li K., Tian G.Y., Cheng L., Yin A., Cao W., Crichton S. State Detection of Bond Wires in IGBT Modules Using Eddy Current Pulsed Thermography // IEEE Transactions on Power Electronics. 2014. V. 29. P. 5000—5009.
  31. Peng J., Tian G.Y., Wang L., Zhang Y., Li K., Gao X. Investigation into eddy current pulsed thermography for rolling contact fatigue detection and characterization // NDT & E International. 2015. V. 74. P. 72—80.
  32. Cheng L., Gao B., Tian G.Y., Woo W.L., Berthiau G. Impact Damage Detection and Identification Using Eddy Current Pulsed Thermography Through Integration of PCA and ICA // IEEE Sensors Journal. 2014. V. 14. P. 1655—1663.
  33. Yi Q., Tian G.Y., Malekmohammadi H., Zhu J., Laureti S., Ricci M. New features for delamination depth evaluation in carbon fiber reinforced plastic materials using eddy current pulse-compression thermography // NDT & E International. 2019. V. 102. P. 264—273.
  34. Ren W., Liu J., Tian G.Y., Gao B., Cheng L., Yang H. Quantitative non-destructive evaluation method for impact damage using eddy current pulsed thermography // Composites Part B: Engineering. 2013. V. 54. P. 169—179.
  35. Chen Y., Xu Z., Wu J., He S., Roskosz M., Xia H., Kang Y. A Scanning Induction Thermography System for Thread Defects of Drill Pipes // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2022. V. 71. P. 1—9.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Inspection of cracks on the threaded surface using EMT

Жүктеу (274KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Experimental setup: 1 - induction heating system; 2 - IR camera; 3 - computer; 4 - coils; 5 - air-water heat exchanger

Жүктеу (465KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Samples

Жүктеу (464KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Thermograms of defects A1, A2, A3 and A4 recorded at 0.3 s

Жүктеу (340KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Thermograms of defects B1, B2, B3 and B4 fixed at 0.3 s

Жүктеу (466KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Thermograms of defects C and D, fixed for 0.3 s

Жүктеу (331KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Temperature profile along the marked line for defects A1 and A2 (a); B2, B3 and B4 (b)

Жүктеу (278KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Temperature variation over time at different parts of the sample A

Жүктеу (120KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Thermograms of differently oriented coil and specimen: coil centre axis parallel to the bolt axis (a); coil centre axis perpendicular to the bolt axis (b)

Жүктеу (340KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. Thermograms of bolt B at different coil locations

Жүктеу (356KB)
Метадеректер
12. Fig. 11. Thermograms of defects A1 and A2 with different excitation currents at heating duration of 300 ms: 120 A (a); 140 A (b); 180 A (c); 220 A (d); 260 A (e); 300 A (f)

Жүктеу (535KB)
Метадеректер
13. Fig. 12. Thermal contrast (a) and maximum thermal contrast (b) at different excitation currents

Жүктеу (190KB)
Метадеректер
14. Fig. 13. Thermograms for cracks: A1 (a); A2 (b); A3, A4 (c)

Жүктеу (220KB)
Метадеректер
15. Fig. 14. Dynamics of changes in thermal contrasts

Жүктеу (222KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».