Capabilities of Eddy Current Ndt of Soldered Current-Carrying Joints in Submersible Electrical Equipment for Oil and Gas Industry

L. Kh. Kogan; A. N. Stashkov

doi:10.17804/2410-9908.2023.4.047-059

L. Kh. Kogan, A. N. Stashkov

CAPABILITIES OF EDDY CURRENT NDT OF SOLDERED CURRENT-CARRYING JOINTS IN SUBMERSIBLE ELECTRICAL EQUIPMENT FOR OIL AND GAS INDUSTRY

DOI: 10.17804/2410-9908.2023.4.047-059

The paper shows the possibility to test the quality of soldering of small current-carrying non-ferromagnetic joints in submersible electrical equipment for oil and gas systems by the amplitude eddy current method using a highly sensitive primary transducer with a U-shaped core. The sensitivity of soldering quality testing under different conditions of generating an exciting signal is compared. It has been found that the sensitivity of NDT in the case of current amplitude stabilized in the excitation coil (current generator) is significantly higher than that in case of voltage amplitude stabilized in it (voltage generator). Possible errors in determining the level of soldering of the joints due to the variation of their cross section within the limits of tolerance according to the technology of their manufacture have been detected. Circuit solutions and software have been developed to test the level of soldering of such joins. Approbation of soldering quality testing was carried out on products manufactured under production conditions.

Acknowledgements: The reported study was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Rus-sian Federation (theme Diagnostics, No. 122021000030-1).

Keywords: eddy current method, submersible electrical equipment for oil and gas industry, current-carrying joins, soldering quality testing, eddy current transducer with a U-shaped core

Bibliography:

Rozenfeld, E.V., Nichipuruk, A.P., Kogan, L.Kh., and Khudyakov, B.A. Eddy-current quality control of soldering of current-carrying joints in electrical machines. I. General principles. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2010, 46 (4), 281–291. DOI: 10.1134/S1061830910040066.
Khromchenko, G.E. Soedinenie i Okontsevanie Mednykh i Aluminievykh Provodov i Kabeley [Connection and Termination of Copper and Aluminum Wires and Cables]. Gosenergoizdat Publ., Moscow–Leningrad, 1962, 49 p. (In Russian).
Principe, R., Vallejo, L.M., Bailey, J., Berthet, R., Favier, L., Grand-Clement, L., and Savary, F. Phased array ultrasonic nondestructive tests of soldered current-carrying bus-bar splices of superconducting magnets. In: IEEE Transactions on Applied Superconductivity, June 1–8, 2018, IEEE, 2018, 28 (4), 9000708. DOI: 10.1109/TASC.2018.2800735.
Malyy, V.V., Kostyukhin, A.S., and Kinzhagulov, I.Y. Development of technology for non-destructive quality control of heat exchanger brazed joints and determination of the principles of its automation. Tekhniko-Tekhnologicheskie Problemy Servisa, 2022, 3 (61), 11–17. (In Russian).
Maierhofer, Ch., Röllig, M., Steinfurth, H., Ziegler, M., Kreutzbruck, M., Scheuerlein, Ch., and Heck, S. Non-destructive testing of Cu solder connections using active thermography. NDT & E International, 2012, 52, 103–111. DOI: 10.1016/j.ndteint.2012.07.010.
Kogan, L.Kh., Nichipuruk, A.P., Rozenfeld, E.V., and Khudyakov, B.A. Eddy-current quality control of soldering of current-carrying joints in electrical machines. II. Experiment. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2010, 46 (4), 292–301. DOI: 10.1134/S1061830910040078.
Syasko, V.A., Roitgarts, M.B., Koroteev, M.Yu., and Solomenchuk, P.V. Quality testing of soldered joints of turbogenerator stator winding cores at the “Elecktrosila” plant. V Mire Nerazrushayushchego Kontroya, 2010, 2 (56), 40–43. (In Russian).
Koroteev, M.Yu. Calculation of eddy current probe parameters for quality control of turbine generators rods winding soldering. Estestvennye i Tekhnicheskie Nauki, 2014, 2, 195–204. (In Russian).
Potapov, A.I., Syasko, V.A., Koroteev, M.Yu., and Solomenchuk, P.V. A Finite-element modeling of a probe of eddy-current quality testing of soldered joints in turbogenerator windings. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2014, 50 (5), 264–273. DOI: 10.1134/S1061830914050064.
Fedosenko, Yu.K., Shkatov, P.N., and Efimov, A.G. Vikhretokovyy Kontrol [Eddy Current Testing: Educational Book]. Spektr Publ., Moscow, 2011, 224 p. (In Russian).
Dorofeev, A.L. Elektro-Induktivnaya Defektoskopiya [Electroinductive (Induction) Flaw Detection]. Mashinostroenie Publ., Moscow, 1967, 231 p. (In Russian).
Syasko, V.A. and Chertov, D.N. Lamination detection in carbon fiber reinforced plastics with the use of tangential eddy current transducers. V Mire Nerazrushayushchego Kontrolya, 2012, 2 (56), 19–21. (In Russian).
Ge, J., Yusa, N., and Fan, M. Frequency component mixing of pulsed or multi-frequency eddy current testing for nonferromagnetic plate thickness measurement using a multi-gene genetic programming algorithm. NDT & E International, 2021, 120, 102423. DOI: 10.1016/j.ndteint.2021.102423.
Sidi-Ahmed, K., Maouche, B., Gabi, Y., Alloui, L., Straß, B., Wolter, B., and Feliachi, M. Numerical simulations and experimental investigation of laser hardening depth investigation via 3MA-eddy current technique. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2022, 550, 169046. DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.169046.
Reutov, Yu.Ya. On joint application of permanent and alternating fields in magnetic detection of defects in thick-walled steel products. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2022, 58 (12), 1129–1141. DOI: 10.1134/S1061830922700139.

Л. Х. Коган, А. Н. Сташков

ВОЗМОЖНОСТИ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПАЙКИ ТОКОВЕДУЩИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ СИСТЕМ

Показана возможность контроля качества пайки токоведущих малогабаритных неферромагнитных соединений погружного электрооборудования для нефтегазовых систем амплитудным вихретоковым методом с использованием высокочувствительного первичного преобразователя с П-образным сердечником. Проведено сравнение чувствительности контроля качества пайки при различных условиях генерации возбуждающего сигнала. Установлено, что чувствительность контроля при условии стабилизации амплитуды тока в возбуждающей обмотке вихретокового преобразователя (генератор тока) существенно выше, чем при стабилизации амплитуды напряжения в ней (генератор напряжения). Установлены возможные погрешности определения уровня пропаянности контролируемых соединений за счет вариации их сечения в пределах допуска по технологии их изготовления. Разработаны схемотехнические решения и программное обеспечение для контроля уровня пропаянности таких соединений. Проведена апробация контроля качества пайки на изделиях, изготовленных в производственных условиях.

Благодарности: Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (тема «Диагностика», № 122021000030-1).

Ключевые слова: вихретоковый метод, погружное электрооборудование для нефтегазовых систем, токоведущие соединения, контроль качества пайки, вихретоковый преобразователь с П-образным сердечником

Библиография:

Eddy-current quality control of soldering of current-carrying joints in electrical machines. I. General principles / E. V. Rozenfeld, A. P. Nichipuruk, L. Kh. Kogan, B. A. Khudyakov // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2010. – Vol. 46, iss. 4. – P. 281–291. – DOI: 10.1134/S1061830910040066.
Хромченко Г. Е. Соединение и оконцевание медных и алюминиевых проводов и кабелей. – 2-е изд. – Москва ; Ленинград : Госэнергоиздат, 1962. – 49 с.
Phased array ultrasonic nondestructive tests of soldered current-carrying bus-bar splices of superconducting magnets / R. Principe, L. M. Vallejo, J. Bailey, R. Berthet, L. Favier, L. Grand-Clement, F. Savary // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, June 1–8, 2018. – IEEE, 2018. – Vol. 28, No. 4. – 9000708. – DOI: 10.1109/TASC.2018.2800735.
Малый В. В., Костюхин А. С., Кинжагулов И. Ю. Разработка технологии неразрушающего контроля качества паяных соединений теплообменных аппаратов и определение принципов её автоматизации // Технико-технологические проблемы сервиса. – 2022. – № 3 (61). – С. 11–17.
Non-destructive testing of Cu solder connections using active thermography / Ch. Maierhofer, M. Röllig, H. Steinfurth, M. Ziegler, M. Kreutzbruck, Ch. Scheuerlein, S. Heck // NDT & E International. – 2012. – Vol. 52. – P. 103–111. – DOI: 10.1016/j.ndteint.2012.07.010.
Eddy-current quality control of soldering of current-carrying joints in electrical machines. II. Experiment / L. Kh. Kogan, A. P. Nichipuruk, E. V. Rozenfeld, B. A. Khudyakov // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2010. – Vol. 46, iss. 4. – 292–301. – DOI: 10.1134/S1061830910040078.
Контроль качества паяных соединений стержней статорных обмоток турбогенераторов на заводе «Электросила» / В. А. Сясько, М. Б. Ройтгарц, М. Ю. Коротеев, П. В. Соломенчук // В мире неразрушающего контроля. – 2010. – № 2 (56). – С. 40–43.
Коротеев М. Ю. Расчет параметров вихретоковых преобразователей для контроля качества пайки стержней статорной обмотки турбогенераторов // Естественные и технические науки. – 2014. – № 2. – С. 195–204.
A Finite-element modeling of a probe of eddy-current quality testing of soldered joints in turbogenerator windings / A. I. Potapov, V. A. Syasko, M. Yu. Koroteev, P. V. Solomenchuk // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2014. – Vol. 50, iss. 5. – P. 264–273. – DOI: 10.1134/S1061830914050064.
Федосенко Ю. К., Шкатов П. Н., Ефимов А. Г. Вихретоковый контроль : учебное пособие / под общ. ред. В. В. Клюева. – М. : Издательский дом «Спектр». – 2011. – 224 с.
Дорофеев А. Л. Электро-индуктивная дефектоскопия. – М. : Машиностроение, 1967. – 231 с.
Сясько В. А., Чертов Д. Н. Выявление расслоений углепластиковах материалов с использованием тангенциальных вихретоковых преобразователей // В мире неразрушающего контроля. – 2012. – № 2 (56). – С. 19–21.
Ge J., Yusa N., Fan M. Frequency component mixing of pulsed or multi-frequency eddy current testing for nonferromagnetic plate thickness measurement using a multi-gene genetic programming algorithm // NDT & E International. – 2021. – Vol. 120. – P. 102423. – DOI: 10.1016/j.ndteint.2021.102423.
Numerical simulations and experimental investigation of laser hardening depth investigation via 3MA-eddy current technique / K. Sidi-Ahmed, B. Maouche, Y. Gabi, L. Alloui, B. Straß, B. Wolter, M. Feliachi // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, – 2022. – Vol. 550. – P. 169046 – DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.169046.
Reutov Yu. Ya. On joint application of permanent and alternating fields in magnetic detection of defects in thick-walled steel products // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2022. – Vol. 58, iss. 12. – P. 1129–1141. – DOI: 10.1134/S1061830922700139.

Библиографическая ссылка на статью

Kogan L. Kh., Stashkov A. N. Capabilities of Eddy Current Ndt of Soldered Current-Carrying Joints in Submersible Electrical Equipment for Oil and Gas Industry // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2023. - Iss. 4. - P. 47-59. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2023.4.047-059. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_403.html
(accessed: 08.05.2024).