Technologie de détection de rouille de structure métallique de tour
Étude sur les coefficients de charge de vent des bras transversaux des pylônes de transmission en acier sous des angles de vent asymétriques: Une analyse technique
janvier 11, 2026
Technologie de détection de rouille de structure métallique de tour: Une analyse complète
1. introduction
1.1 Contexte et importance de la recherche
Dans une infrastructure moderne, les structures en acier des tours jouent un rôle crucial et sont largement appliquées dans divers domaines tels que la transmission d'énergie, la communication, et transport. Par exemple, dans le secteur de l'énergie, haute – tension tour de transmission les structures en acier sont chargées de fournir de l'électricité de manière sûre et stable sur de longues distances. Dans le secteur de la communication, tour de communication les structures en acier supportent les antennes, assurer le fonctionnement normal des réseaux de communication sans fil.
toutefois, ces structures en acier de tour sont constamment exposées à des environnements naturels difficiles, y compris l'humidité, oxygène, et diverses substances chimiques présentes dans l'air et le sol. Par conséquent, la corrosion est un problème courant et grave. La rouille affecte non seulement l'apparence de la structure en acier, mais menace également considérablement sa sécurité et sa durée de vie.. Une fois la corrosion apparue, les propriétés mécaniques de l'acier, comme la résistance et la ductilité, diminuera progressivement. Si non détecté et non traité pendant une longue période, cela peut conduire à la défaillance structurelle de la tour, ce qui pourrait provoquer des coupures de courant, perturbations de la communication, et même constituer une menace sérieuse pour la sécurité publique.
Donc, la recherche sur la technologie de détection de la rouille pour les structures en acier des tours revêt une grande importance pratique. Une détection précise et rapide de la rouille peut permettre au personnel de maintenance de prendre les mesures correspondantes à l'avance, comme anti – traitement contre la corrosion, remplacement de pièces, etc., pour assurer le fonctionnement sûr des structures en acier des tours et prolonger leur durée de vie, réduisant ainsi les coûts de maintenance et les risques potentiels pour la sécurité.
1.2 Objectifs et portée de la recherche
L'objectif de cet article est de mener une analyse complète des technologies existantes de détection de la rouille pour les structures en acier des tours.. Il vise à revoir systématiquement les principes, avantages, et limites des méthodes de détection courantes, explorer l'application des nouvelles technologies dans ce domaine, et prédire les futures tendances de développement de la technologie de détection de la rouille.
La portée de la recherche comprend, sans toutefois s'y limiter, les aspects suivants. Première, traditionnel non – méthodes d'essais destructifs pour la détection de la rouille, comme l'inspection visuelle, détection de fuite de flux magnétique, et tests par ultrasons, sera analysé en détail. Seconde, technologies émergentes comme la spectroscopie d'impédance électrochimique, thermographie infrarouge, et capteur intelligent – des méthodes de détection basées sur. finalement, les futures tendances de développement de la technologie de détection de la rouille, y compris l'intégration de plusieurs technologies, l'application de l'intelligence artificielle et du big data dans la détection, sera également couvert.
1.3 Structure de la thèse
Cette thèse est organisée comme suit. Chapitre 2 présentera les connaissances de base des structures en acier des tours, y compris leurs formes structurelles, matériaux, et le mécanisme de formation de la rouille. Cette partie jettera les bases théoriques pour l'étude ultérieure de la technologie de détection de la rouille..
Chapitre 3 se concentrera sur les méthodes courantes de détection de la rouille pour les structures en acier des tours. Il expliquera les principes de fonctionnement, processus opérationnels, et scénarios d'application de chaque méthode, et comparer leurs avantages et inconvénients à travers des cas pratiques.
Chapitre 4 explorera les nouvelles technologies appliquées à la détection de la rouille. Il présentera les principes et les caractéristiques des technologies émergentes, et discuter de leurs perspectives d'application potentielles et des défis dans le domaine de la détection de la rouille des structures en acier des tours.
Chapitre 5 analysera les futures tendances de développement de la technologie de détection de la rouille, en tenant compte de facteurs tels que l’innovation technologique, le développement de la science des matériaux, et les exigences de l'industrie.
finalement, Chapitre 6 résumera le contenu de la recherche de l’ensemble de la thèse, tirer des conclusions, et proposer quelques suggestions pour de futures recherches et applications pratiques. Grâce à cette structure logique, les lecteurs peuvent avoir une compréhension claire du processus de développement et de l'orientation future de la technologie de détection de la rouille des structures en acier des tours.
2. Fondement théorique de la rouille de la structure métallique de la tour
2.1 Mécanisme de rouille des structures en acier
2.1.1 Réactions chimiques dans la formation de rouille
L'acier est principalement composé de fer (Fe), et lorsque les structures en acier des tours sont exposées à l'atmosphère, une série de réactions électrochimiques complexes se produisent. Le processus de rouille du fer est principalement une réaction de corrosion électrochimique. En présence d'eau et d'oxygène, le fer agit comme une anode et subit une oxydation. L'équation chimique de l'oxydation du fer à l'anode est:
$$Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}$$
. Ici, les atomes de fer perdent des électrons et sont oxydés en ions ferreux ($$Fe^{2+}$$
).À la cathode, l'oxygène et l'eau gagnent des électrons. L'équation de réaction est:
$$O_{2}+2H_{2}O + 4e^{-}\rightarrow4OH^{-}$$
. Les ions ferreux ($$Fe^{2+}$$
) produit à l’anode réagit avec les ions hydroxyde ($$OH^{-}$$
) généré à la cathode. Le produit obtenu est de l'hydroxyde ferreux ($$Fe(OH)_{2}$$
), qui est ensuite oxydé par l'oxygène de l'air pour former de l'hydroxyde ferrique ($$Fe(OH)_{3}$$
). L'équation chimique de ce processus d'oxydation est: $$4Fe(OH)_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow4Fe(OH)_{3}$$
. L'hydroxyde ferrique est instable et se décomposera pour former de la rouille, qui est principalement composé de fer(III) oxyde ($$Fe_{2}O_{3}$$
) et ses formes hydratées telles que $$Fe_{2}O_{3}·nH_{2}O$$
. Cette série de réactions chimiques conduit progressivement à la formation d'une couche rougeâtre. – couche de rouille brune couramment observée à la surface des structures en acier.2.1.2 Influence des facteurs environnementaux
Humidité: L'humidité joue un rôle crucial dans le processus de rouille. L'eau est un milieu essentiel pour les réactions électrochimiques de formation de rouille. Lorsque l'humidité relative de l'environnement est élevée, un mince film d'eau se forme facilement à la surface de la structure en acier. Ce film d'eau fournit un environnement électrolytique pour le transfert d'ions, accélérer la réaction de corrosion électrochimique. Par exemple, dans les zones côtières où l'humidité de l'air est souvent supérieure 80%, les structures en acier des tours sont plus susceptibles de rouiller que les zones intérieures arides. Des recherches ont montré que lorsque l'humidité relative dépasse 60%, le taux de rouille de l’acier commence à augmenter considérablement.
Valeur pH: L'acidité ou l'alcalinité de l'environnement affecte également le taux de rouille. Dans un environnement acide, ions hydrogène (
$$H^{+}$$
) peut participer à la réaction électrochimique. L'équation de réaction est $$Fe + 2H^{+} \rightarrow Fe^{2+} + H_{2}\uparrow$$
. Substances acides telles que le dioxyde de soufre ($$SO_{2}$$
) et oxydes d'azote ($$NO_{x}$$
) dans l'atmosphère peut se dissoudre dans l'eau pour former des solutions acides, qui accélèrent la corrosion de l'acier. En revanche, dans un environnement très alcalin, bien que le taux de corrosion de l'acier soit relativement lent dans des circonstances normales, s'il y a certains anions agressifs présents, cela peut aussi provoquer de la corrosion. Par exemple, dans les zones industrielles avec des niveaux élevés de polluants acides, la corrosion des structures en acier des tours est beaucoup plus grave.Température: La température affecte la vitesse des réactions chimiques. Généralement, dans une certaine plage de température, une augmentation de la température peut accélérer le processus de rouille. Des températures plus élevées augmentent l'énergie cinétique des molécules et des ions, favoriser la diffusion des réactifs et des produits dans le système de réaction électrochimique. toutefois, quand la température est trop élevée, cela peut également provoquer l'évaporation du film d'eau sur la surface de l'acier, ce qui inhibe dans une certaine mesure la réaction de rouille. Par exemple, dans les régions tropicales avec des températures et une humidité élevées, le taux de rouille des structures en acier des tours est beaucoup plus rapide que dans les régions tempérées.
2.2 Risques de rouille sur la structure en acier de la tour
2.2.1 Réduction de la résistance structurelle
D'un point de vue mécanique, la rouille est une substance poreuse et cassante. Quand la rouille se forme à la surface d’une structure en acier, il occupe de l'espace et réduit progressivement la croix – superficie en coupe de l'élément en acier. Selon la formule de la capacité portante de la force axiale
$$N = fA$$
(où $$N$$
est la capacité portante, $$f$$
est la contrainte admissible du matériau, et $$A$$
est la croix – zone de coupe), comme la croix – zone de coupe $$A$$
diminue à cause de la rouille, la capacité portante de l'élément en acier diminuera également.de plus, la présence de rouille peut provoquer une concentration de contraintes à l'interface entre la couche de rouille et la matrice en acier. La concentration de contraintes peut conduire à l'initiation et à la propagation de fissures dans l'acier. Une fois que des fissures apparaissent et s'étendent, ils réduiront encore davantage la résistance et la ductilité de l'acier, menacer sérieusement l'intégrité structurelle de la structure en acier de la tour. Par exemple, dans une tour de transmission d'énergie, si les principaux éléments porteurs sont corrodés et leur traverse – les zones de coupe sont réduites de 10%, la capacité portante de la tour entière peut être réduite de plus de 20%, ce qui augmente considérablement le risque de défaillance structurelle.
2.2.2 Impact sur la durée de vie
La corrosion des structures en acier des tours accélère le processus de vieillissement de la structure. Un exemple typique est une tour de communication construite dans une zone industrielle dans les années 1990.. En raison de la haute – environnement de pollution dans la région, la structure en acier de la tour a subi une grave corrosion. En un peu plus d'une décennie, le degré de corrosion de la tour était beaucoup plus élevé que celui de tours similaires en moins – zones polluées. La durée de vie initialement prévue de la tour était 25 années, mais à cause d'une grave rouille, il a dû être remplacé après seulement 15 années d'utilisation.
La rouille endommage non seulement les propriétés matérielles de l'acier, mais affaiblit également la connexion entre les composants. Des connexions desserrées peuvent entraîner une augmentation des vibrations structurelles sous des charges externes telles que le vent et les tremblements de terre., accélérant encore la dégradation de la structure. Par conséquent, la durée de vie normale de la structure métallique de la tour est raccourcie, et un entretien et un remplacement plus fréquents sont nécessaires, augmenter les coûts de maintenance et réduire les avantages économiques globaux du projet.
3. Méthodes courantes de détection de la rouille pour la structure métallique des tours
3.1 Méthode d'inspection visuelle
3.1.1 Processus et caractéristiques d’inspection
La méthode d'inspection visuelle est l'approche la plus basique et la plus simple pour détecter la rouille sur les structures en acier des tours.. Pendant le processus d'inspection, les inspecteurs observent directement la surface de la structure en acier à l'œil nu ou à l'aide de quelques outils simples comme des loupes. Ils recherchent des signes de rouille, comme la présence de rougeâtre – taches de rouille brunes, changements dans la couleur de la surface de l'acier, passant de son éclat métallique d'origine à un aspect plus terne, et la formation de couches de rouille d'épaisseurs variables. Dans certains cas, ils peuvent également utiliser des grattoirs pour enlever délicatement la couche externe de rouille afin de mieux évaluer le degré de corrosion en dessous.
Cette méthode présente plusieurs caractéristiques distinctes. Premièrement, c'est extrêmement simple et ne nécessite aucun équipement complexe ou coûteux. Les inspecteurs peuvent rapidement identifier les problèmes évidents de rouille sur la surface de la structure en acier.. Deuxièmement, il donne des résultats immédiats. Tant que l'inspection est effectuée, la présence et l'emplacement approximatif de la rouille superficielle peuvent être déterminés sur – la – place. toutefois, il présente également des inconvénients importants. C'est très subjectif, car différents inspecteurs peuvent avoir des jugements différents sur le degré de rouille. de plus, il ne peut détecter que la surface – niveau de rouille et n'est pas en mesure de fournir des informations sur la situation de corrosion interne de la structure en acier, ce qui peut conduire à une sous-estimation des dommages réels causés par la corrosion.
3.1.2 Scénarios d'application et limites
L'inspection visuelle est la plus adaptée aux inspections préliminaires des structures en acier des tours. Par exemple, lors des contrôles de maintenance de routine des tours de communication, les travailleurs peuvent d'abord utiliser l'inspection visuelle pour scanner rapidement l'ensemble de la structure afin d'identifier toute zone de rouille évidente. Il est également efficace lorsque la rouille superficielle est très évidente, comme dans le cas de structures en acier fortement corrodées dans les zones côtières à forte humidité et sel – air chargé, où la rouille peut être facilement repérée.
toutefois, ses limites sont également évidentes. Puisqu'il ne peut détecter que la rouille superficielle, pour les structures en acier présentant une corrosion interne non encore visible en surface, cette méthode est inefficace. en outre, pour les structures en acier de tours à géométries complexes ou difficiles d'accès, l'inspection visuelle n'est peut-être pas assez complète. Par exemple, dans un haut – tours de transmission de tension avec des espaces étroits entre les composants ou en dur – à – atteindre les zones, il est difficile de procéder à une inspection visuelle approfondie, et les problèmes de rouille cachés peuvent être négligés.
3.2 Méthode de détection électrochimique
3.2.1 Principes de base (telle que la méthode de résistance à la polarisation linéaire)
La méthode de résistance de polarisation linéaire est un principe de détection électrochimique courant pour la détection de la rouille dans les structures en acier des tours.. Dans un système électrochimique, lorsqu'un faible potentiel de polarisation est appliqué à la structure en acier (l'électrode de travail) dans un environnement électrolytique (comme le mince film d'eau à la surface de la structure en acier contenant de l'oxygène dissous et d'autres substances), un courant de polarisation correspondant circulera. Selon la loi de Faraday et les principes de la cinétique électrochimique, il existe une relation entre le taux de corrosion (
$$v$$
) de l'acier et de la résistance de polarisation ($$R_{p}$$
). Le taux de corrosion peut être exprimé par $$v = \frac{B}{R_{p}}$$
, où $$B$$
est une constante liée au mécanisme de réaction électrochimique de l'acier dans l'environnement spécifique. En mesurant la résistance de polarisation $$R_{p}$$
, le taux de corrosion de l'acier peut être calculé, et ainsi le degré de rouille peut être déterminé. Lorsque la structure en acier est dans un état de corrosion plus sévère, le taux de corrosion est plus élevé, et la résistance de polarisation est inférieure.3.2.2 Étapes d’instrumentation et de fonctionnement
Les instruments de détection électrochimiques couramment utilisés comprennent les compteurs de potentiel de corrosion. Les étapes de fonctionnement sont les suivantes: Première, préparer l'électrode de travail, électrode de référence, et compteur – électrode. L'électrode de travail est généralement la structure en acier elle-même ou un petit morceau de celle-ci. – type acier fixé à la structure. L'électrode de référence fournit une référence de potentiel stable, et le compteur – l'électrode est utilisée pour compléter le circuit électrochimique. Alors, connectez ces électrodes au compteur de potentiel de corrosion. Suivant, placer les électrodes dans l'environnement électrolytique approprié sur la surface de la structure en acier. Après cela, démarrer l'instrument pour appliquer un petit potentiel de polarisation et mesurer le courant de polarisation résultant. finalement, selon les données mesurées, calculer la résistance de polarisation, puis déterminer le taux de corrosion et le degré de rouille grâce aux formules pertinentes.
Pendant l'opération, plusieurs précautions sont à prendre. Les électrodes doivent être correctement installées pour assurer un bon contact électrique avec la structure en acier et l'électrolyte. La sélection de l'électrode de référence doit être adaptée à l'environnement spécifique de la structure en acier.. Aussi, la mesure doit être effectuée dans un environnement relativement stable pour éviter les interférences de facteurs externes tels que des changements brusques de température et d'humidité.
3.2.3 Avantages et inconvénients
L’un des avantages majeurs de la méthode de détection électrochimique est sa vitesse de détection rapide.. Une fois l’instrument configuré et la mesure démarrée, les résultats peuvent être obtenus relativement rapidement, ce qui est très approprié pour – inspections de sites où le temps est limité. Il est également très sensible et peut détecter même de légers changements de corrosion dans la structure en acier.. toutefois, cette méthode est très sensible aux interférences environnementales. Par exemple, changements dans la composition de l'électrolyte (telles que la concentration d'oxygène dissous et la présence d'autres impuretés dans le film d'eau à la surface de l'acier), fluctuations de température, et la présence de champs électromagnétiques peuvent tous affecter la précision des résultats de mesure. en outre, la méthode de détection électrochimique nécessite un certain niveau de connaissances et de compétences professionnelles pour le fonctionnement et l'analyse des données, ce qui peut limiter son application généralisée parmi les non – personnel professionnel.
3.3 Méthodes de tests non destructifs
3.3.1 Tests ultrasoniques
Le principe du contrôle par ultrasons pour la détection de la rouille dans les structures en acier des tours est basé sur le comportement des ondes ultrasonores lorsqu'elles rencontrent différents milieux.. Lorsque les ondes ultrasonores sont transmises dans la structure en acier, ils voyagent à une certaine vitesse. S'il y a une couche de rouille ou de corrosion – défauts associés à l’intérieur de la structure en acier, les ondes ultrasonores subiront une réflexion et une réfraction à l'interface entre le son – matrice en acier conducteur et le non – son – couche de rouille conductrice. Les ondes ultrasonores réfléchies peuvent être reçues par le transducteur. En analysant le délai, amplitude, et phase des signaux ultrasonores reçus, informations sur l'emplacement, Taille, et forme de la rouille – les défauts associés peuvent être obtenus. Par exemple, une grosse rouille – La cavité remplie à l'intérieur de la structure en acier provoquera une forte réflexion des ondes ultrasonores, ce qui entraîne un niveau élevé – signal d'écho d'amplitude reçu par le transducteur.
3.3.2 Test de fuite de flux magnétique
L'acier a une certaine perméabilité magnétique. Dans les tests de fuite de flux magnétique, un champ magnétique est appliqué à la structure en acier de la tour. Lorsque la structure en acier est dans un état normal, les lignes de force magnétiques sont uniformément réparties dans l'acier. toutefois, lorsqu'il y a de la rouille ou de la corrosion dans la structure en acier, la perméabilité magnétique de la rouille – changements dans la zone affectée. La rouille a une perméabilité magnétique bien inférieure à celle de la matrice en acier. Par conséquent, les lignes de force magnétiques s'échapperont de la rouille – zone touchée, former un champ de fuite de flux magnétique. Des capteurs magnétiques spéciaux peuvent être utilisés pour détecter ce champ de fuite de flux magnétique. La force et la distribution du signal de fuite de flux magnétique détecté sont liées à la taille et à l'emplacement du défaut de rouille.. Par exemple, une plus grande zone de rouille produira un signal de fuite de flux magnétique plus fort, permettre aux inspecteurs de déterminer la gravité du problème de rouille.
3.3.3 Comparaison des méthodes de contrôle non destructifs
En termes de profondeur de détection, les tests par ultrasons peuvent pénétrer relativement profondément dans la structure en acier, généralement capable de détecter les défauts de rouille interne à une certaine profondeur, en fonction de la fréquence des ondes ultrasonores utilisées et du type d'acier. Les tests de fuite de flux magnétique sont plus adaptés à la détection de surfaces – proche et peu profond – défauts de rouille en profondeur. Pour la précision de la détection, les tests par ultrasons peuvent fournir des informations relativement précises sur l'emplacement et la taille des défauts de rouille internes à l'aide d'un signal avancé – techniques de traitement. Les tests de fuite de flux magnétique peuvent également localiser avec précision la surface – près des zones de rouille, mais peut avoir certaines limites pour mesurer avec précision la taille des profondeurs – défauts d'assise.
Concernant la plage applicable, les tests par ultrasons conviennent à une grande variété de structures en acier, quelles que soient leurs propriétés magnétiques. Les tests de fuite de flux magnétique s'appliquent principalement aux structures en acier ferromagnétiques, as non – les matériaux ferromagnétiques ne répondent pas bien au champ magnétique dans cette méthode de test. En résumé, chaque méthode de contrôle non destructif a ses propres caractéristiques, et dans des applications pratiques, une combinaison de plusieurs méthodes peut être utilisée pour obtenir des résultats de détection de rouille plus complets et plus précis pour les structures en acier des tours.
4. Études de cas sur la détection de la rouille dans la structure métallique des tours
4.1 Premier cas: Application de l'inspection visuelle dans une tour de transmission
4.1.1 Contexte du projet
La tour de transmission en question a été construite en 1995 et est situé dans une zone suburbaine à proximité d'un parc industriel dans la partie sud d'une certaine ville. La région connaît une humidité élevée tout au long de l'année, avec une humidité relative moyenne d'environ 70%, et est également affecté par les polluants industriels tels que le dioxyde de soufre émis par les usines voisines. La tour est un élément clé du réseau électrique local, responsable de la transmission de hautes – tension électrique d'une centrale électrique vers la zone urbaine, avec une hauteur de 80 mètres et un treillis – structure de type en acier Q345.
4.1.2 Résultats et analyse de l'inspection visuelle
Lors d'une inspection visuelle de routine effectuée par l'équipe de maintenance du réseau électrique à 2020, plusieurs sujets de préoccupation ont été identifiés. Premièrement, en bas de la tour, près du sol, rougeâtre évident – des taches de rouille brune ont été observées sur plusieurs des principaux éléments de support. La couche de rouille était relativement épaisse à certains endroits, d'une épaisseur estimée à environ 2 – 3 mm en grattant avec un outil simple. en outre, les pièces de liaison entre les éléments principaux et la croix – les bretelles montraient également des signes de rouille, et certains boulons semblaient corrodés, avec leurs surfaces perdant leur éclat d'origine.
Les raisons possibles de la rouille sont les suivantes. L'humidité élevée de la zone fournit un environnement favorable aux réactions de corrosion électrochimique entraînant la formation de rouille.. Le film d'eau à la surface de la structure en acier sert d'électrolyte, faciliter le transfert d’ions pendant le processus de corrosion. Les polluants industriels, surtout le dioxyde de soufre, se dissoudre dans le film d'eau pour former des substances acides. Ces substances acides réagissent avec l'acier, accélérer le taux de corrosion. Par exemple, le dioxyde de soufre peut réagir avec l'eau pour former de l'acide sulfureux (
$$H_{2}SO_{3}$$
), qui s'oxyde davantage en acide sulfurique ($$H_{2}SO_{4}$$
) en présence d'oxygène. L'acide sulfurique réagit alors avec le fer présent dans l'acier, conduisant à la formation de sulfate de fer et d’hydrogène gazeux, favorisant ainsi le processus de rouille.4.2 Deuxième cas: Détection électrochimique dans une tour de communication
4.2.1 Exigences en matière d'information et de détection de la tour
La tour de communication est située dans une ville côtière et a été construite en 2008. C'est un 50 – mètre – soi élevé – debout trois – tour tubulaire en acier inoxydable – alliage d'acier, principalement utilisé pour prendre en charge les antennes de communication pour les opérateurs de réseaux mobiles. En raison de sa proximité avec la mer, la tour est constamment exposée à une haute – sel et élevé – environnement humide. Les opérateurs exigent une détection régulière et précise de l’état de corrosion de la tour pour garantir le fonctionnement stable du réseau de communication.. Ils sont particulièrement préoccupés par les premières étapes de la corrosion, car même une légère corrosion des composants clés pourrait potentiellement affecter la stabilité structurelle de la tour et la qualité des signaux de communication.
4.2.2 Processus de détection électrochimique et analyse des données
La détection électrochimique a été réalisée à l'aide d'un système professionnel de surveillance de la corrosion basé sur la méthode de résistance de polarisation linéaire.. Avant l'épreuve, l'électrode de travail a été soigneusement fixée à la surface du tube principal de la tour, l'électrode de référence a été placée dans une position stable à proximité de l'électrode de travail, et le compteur – une électrode a été installée pour compléter le circuit électrochimique. L'instrument a été calibré pour garantir une mesure précise.
Pendant le processus de détection, un petit potentiel de polarisation a été appliqué, et le courant de polarisation résultant a été mesuré à intervalles réguliers. Les données collectées sur une période d'une heure ont montré que les valeurs de résistance de polarisation dans certaines zones de la tour étaient relativement faibles.. Par exemple, à un endroit environ 10 mètres au-dessus du sol sur l'un des tubes principaux, la résistance de polarisation a été mesurée comme étant 1000 ohm·cm², ce qui indiquait un taux de corrosion relativement élevé dans cette zone. D'après la formule
$$v = \frac{B}{R_{p}}$$
(où $$B$$
a été déterminé à être 26 mV basé sur les caractéristiques de l'acier inoxydable – alliage d'acier et environnement local), le taux de corrosion dans cette zone a été calculé comme étant 0.026 mm/an.En analysant les données de différentes positions de la tour, il a été constaté que les zones les plus proches du sol et celles faisant face à la mer avaient des valeurs de résistance de polarisation plus faibles, indiquant une corrosion plus grave. Cela concorde avec le fait que ces zones étaient plus exposées aux fortes – sel et élevé – humidité de la mer – environnement de brise. en outre, en comparant les données collectées sur plusieurs périodes de détection consécutives, il a été observé que le taux de corrosion dans certaines zones augmentait progressivement, suggérant un risque potentiel de corrosion accélérée si aucune mesure préventive n'était prise.
4.3 Troisième cas: Application complète des tests non destructifs dans un grand – Tour à échelle
4.3.1 Structure et complexité de la tour
Le grand – la tour à l'échelle est un 200 – mètre – treillis haut – tour de type située dans une zone montagneuse et a été construite en 2010. Il est utilisé à la fois à des fins de transmission d'énergie et de communication., avec une structure complexe qui comprend plusieurs niveaux de plates-formes, nombreuses croix – croisillons, et différent – éléments en acier dimensionnés. La tour est faite de haute – acier de résistance, mais sa géométrie complexe et le rude environnement montagneux, qui comprend des vents forts, variations de température, et des pluies acides occasionnelles dues aux polluants atmosphériques transportés par le vent en provenance des zones industrielles voisines, posent de grands défis au travail de détection de la rouille. La présence de divers composants et la difficulté d'accès à certaines parties de la tour rendent difficile l'obtention d'une compréhension globale de sa situation de rouille grâce à une seule méthode de détection..
4.3.2 Sélection et application de méthodes de contrôle non destructifs
Pour relever les défis, une combinaison de tests par ultrasons et de tests de fuite de flux magnétique a été sélectionnée. Les tests par ultrasons ont été choisis car ils peuvent détecter efficacement les défauts de rouille internes dans l'épaisseur – éléments en acier à murs de la tour, quelles que soient leurs propriétés magnétiques. Des tests de fuite de flux magnétique ont été ajoutés spécifiquement à la surface cible – proche et peu profond – défauts de rouille en profondeur dans les composants en acier ferromagnétique, qui sont plus susceptibles d’être affectés par des facteurs environnementaux.
Pendant le test par ultrasons, des transducteurs ultrasoniques de différentes fréquences ont été utilisés pour assurer la détection des défauts de rouille à différentes profondeurs. Haute – des transducteurs de fréquence ont été utilisés pour détecter les eaux peu profondes – défauts de profondeur, bien que faible – des transducteurs de fréquence ont été appliqués pour des – défauts d'assise. Les transducteurs ont été soigneusement déplacés le long de la surface des éléments en acier, et les signaux ultrasoniques reçus ont été surveillés et enregistrés en permanence.
Pour les tests de fuite de flux magnétique, un détecteur de fuite de flux magnétique portable a été utilisé. Le détecteur s'est déplacé lentement sur la surface des composants en acier ferromagnétique, et les signaux de fuite de flux magnétique ont été détectés et analysés en réel – temps. Une attention particulière a été accordée aux zones où la concentration du stress était susceptible de se produire, tels que les points de connexion des membres.
4.3.3 Analyse intégrée des résultats de détection
Après l'achèvement des tests par ultrasons et des tests de fuite de flux magnétique, les données des deux méthodes ont été analysées de manière approfondie. Les résultats des tests par ultrasons ont montré qu'il y avait plusieurs traces de rouille interne – des cavités remplies dans certains des principaux éléments de support à une profondeur de 5 – 10 mm de la surface. Les tailles de ces cavités variaient de 10 – 30 mm de diamètre. Les résultats des tests de fuite de flux magnétique ont indiqué qu'il y avait de nombreuses surfaces – défauts proches de la rouille, notamment dans les zones autour des points de connexion des membres. Ces surfaces – les défauts proches de la rouille se présentaient principalement sous la forme de petites piqûres et rainures, avec une profondeur maximale d'environ 2 mm.
En intégrant les deux ensembles de données, il a été possible d’obtenir une image plus complète de l’état de rouille de la tour. Les défauts de rouille interne détectés par contrôle ultrasonique, bien que non visible de la surface, représentait une menace importante pour la solidité structurelle des principaux membres. La superficie – défauts proches de la rouille détectés par des tests de fuite de flux magnétique, si non traité, pourrait potentiellement évoluer vers une corrosion interne plus grave au fil du temps. Sur la base de cette évaluation globale, un plan de maintenance détaillé a été formulé, qui comprenait des mesures anti-cibles – traitement anticorrosion pour l'intérieur et la surface – près des zones de rouille pour assurer la longue durée de vie – terme sécurité et stabilité des grands – tour à l'échelle.
5. Nouveaux développements et tendances dans la technologie de détection de la rouille des structures en acier des tours
5.1 Introduction de nouvelles technologies de détection
5.1.1 Fibre – Technologie de capteur optique
Fibre – la technologie des capteurs optiques s'est révélée être une approche prometteuse pour détecter la rouille dans les structures en acier des tours. Le principe de base de la fibre – les capteurs optiques résident dans leur capacité à utiliser les changements dans les signaux optiques pour détecter les paramètres physiques liés à la structure en acier. Dans le cadre de la détection de rouille, fibre – des capteurs optiques sont souvent utilisés pour surveiller la déformation et la corrosion – changements induits dans l'acier.
La plupart des fibres – les capteurs optiques fonctionnent sur le principe de la propagation de la lumière dans les fibres optiques. Quand une fibre – le capteur optique est fixé à une structure en acier de tour, toute déformation ou contrainte de l'acier due à la rouille – la dégradation induite entraînera des modifications dans les propriétés physiques de la fibre optique. Par exemple, la corrosion de l'acier peut conduire à des concentrations locales de contraintes, ce qui à son tour amène la fibre optique à subir des micro – courbures ou changements dans son indice de réfraction. Ces changements affectent la transmission de la lumière au sein de la fibre, comme l'intensité, phase, ou longueur d'onde du signal lumineux. En mesurant précisément ces changements du signal lumineux, l'état de déformation et de corrosion de la structure en acier peut être déduit.
L'un des avantages significatifs de la fibre – la technologie des capteurs optiques est sa haute sensibilité. Il peut détecter de très petits changements de déformation et de corrosion, qui peut être indétectable par les méthodes traditionnelles. Par exemple, fibre – les capteurs optiques peuvent détecter les changements de contrainte de l'ordre du micro – souches, permettant une détection précoce des premiers stades de la rouille – dommages induits dans les structures en acier des tours. de plus, fibre – les capteurs optiques sont insensibles aux interférences électromagnétiques, ce qui est particulièrement bénéfique dans les environnements où les structures en acier des tours sont souvent exposées à de forts champs électromagnétiques, comme à proximité des lignes de transport d'électricité. Cette immunité garantit la fiabilité et la précision des résultats de détection. En plus, fibre – les capteurs optiques peuvent être facilement intégrés dans la structure pendant la phase de construction, fournir longtemps – terme, réel – capacités de surveillance du temps. Ils peuvent être répartis sur toute la longueur des membrures en acier, permettant une surveillance complète de l’ensemble de la structure.
5.1.2 Technologie de thermographie infrarouge
La technologie de thermographie infrarouge est une autre approche innovante pour la détection de la rouille dans les structures en acier des tours. Cette technologie est basée sur le principe selon lequel lorsqu'une structure en acier est dans un état normal, sa répartition de la température de surface est relativement uniforme dans les mêmes conditions environnementales. toutefois, quand la rouille apparaît, les propriétés thermiques de la surface de l'acier changent. La rouille est un mauvais conducteur thermique par rapport à la matrice en acier. Par conséquent, lorsqu'une source de chaleur externe (comme la lumière du soleil ou une source de chauffage artificielle) agit sur la structure en acier, le taux de dissipation thermique dans la rouille – les zones affectées sont différentes de celles des zones normales.
Dans un système de thermographie infrarouge, une caméra infrarouge est utilisée pour capturer le rayonnement infrarouge émis par la surface de la structure en acier de la tour. Le rayonnement infrarouge est directement lié à la température de surface de l'objet. La caméra convertit le rayonnement infrarouge en un signal électrique, qui est ensuite traitée et affichée sous forme d'image thermique. Dans cette image thermique, les zones avec des températures différentes sont représentées par différentes couleurs ou valeurs en niveaux de gris. Pour une structure en acier de tour avec de la rouille, la rouille – les zones affectées apparaîtront comme des régions avec des distributions de température anormales dans l'image thermique. Par exemple, si une partie de la structure en acier est corrodée, la couche de rouille sur sa surface fera chauffer la zone plus lentement ou se refroidira plus rapidement que les zones normales environnantes lorsqu'elle est exposée à la même source de chaleur. Cette différence de température est clairement visible sur l'image thermique infrarouge, permettant aux inspecteurs d'identifier avec précision l'emplacement et l'étendue de la rouille.
La technologie de thermographie infrarouge offre plusieurs avantages. C'est un non – méthode de détection de contact, ce qui signifie qu'il peut être utilisé pour inspecter les structures en acier des tours dans des conditions difficiles – à – portée ou zones dangereuses sans avoir besoin de contact physique direct. Ceci est particulièrement utile pour les hautes tours ou les structures dans des endroits difficiles. – à – terrains d'accès. En plus, il peut scanner rapidement une grande surface de la structure en acier, fournir un aperçu complet de l’état de la surface en peu de temps. toutefois, il a aussi quelques limites. La précision de la thermographie infrarouge est affectée par des facteurs tels que l'émissivité de surface de l'acier., température ambiante, et la présence d'autres chaleurs – générer des sources à proximité. Donc, un étalonnage et un contrôle environnemental appropriés sont nécessaires pour obtenir des résultats de détection fiables.
5.2 Intégration de plusieurs technologies de détection
5.2.1 Avantages complémentaires de l'intégration technologique
L'intégration de plusieurs technologies de détection est devenue une tendance importante dans la détection de la rouille des structures en acier des tours.. Chaque technologie de détection a ses propres avantages et limites. En combinant différentes technologies, il est possible de compenser les défauts des méthodes individuelles et d'obtenir des résultats de détection plus précis et plus fiables.
Par exemple, l'inspection visuelle peut facilement identifier la rouille superficielle évidente, mais cela se limite à la surface – observations de niveau et ne peut pas détecter la corrosion interne. Les méthodes de détection électrochimiques sont très sensibles aux premiers stades de la corrosion mais sont facilement affectées par les facteurs environnementaux.. Les méthodes de contrôle non destructif telles que les tests par ultrasons peuvent détecter des défauts internes, mais peuvent avoir des limites pour identifier avec précision la nature des défauts dans certains cas.. Quand ces technologies sont intégrées, l'inspection visuelle peut être utilisée comme méthode de sélection préliminaire pour localiser rapidement les zones potentiellement préoccupantes sur la surface de la structure en acier de la tour. La détection électrochimique peut ensuite être appliquée dans ces zones identifiées pour mesurer avec précision le taux de corrosion et le degré de rouille.. Les tests par ultrasons peuvent être utilisés pour étudier plus en détail l'état interne de la structure en acier dans les zones où une corrosion interne est suspectée., fournir des informations détaillées sur l'emplacement et la taille de la rouille interne – défauts associés.
L'intégration de la fibre – la technologie des capteurs optiques et la technologie de la thermographie infrarouge présentent également des avantages complémentaires. Fibre – les capteurs optiques peuvent fournir de véritables – temps, surveillance continue de la déformation et de la corrosion – changements induits dans la structure en acier à des points spécifiques ou sur une certaine longueur. Thermographie infrarouge, d'autre part, peut fournir un grand – échelle, non – vue de contact de la répartition de la température de surface de l'ensemble de la structure, ce qui aide à identifier les zones présentant des modèles de dissipation thermique anormaux pouvant être liés à la rouille. En combinant ces deux technologies, une compréhension plus complète de la situation de la rouille dans la structure en acier de la tour peut être obtenue, à la fois en termes de changements structurels internes et de surface – manifestations de niveau.
5.2.2 Exemples de systèmes de détection intégrés
Dans les années récentes, plusieurs systèmes de détection intégrés ont été développés et appliqués en ingénierie pratique. Un tel exemple est un système qui combine des tests par ultrasons, test de fuite de flux magnétique, et détection électrochimique pour l'inspection de grands – structures en acier de tour de transmission de puissance à l'échelle.
Le système est composé de plusieurs sous-systèmes. Le sous-système de test par ultrasons se compose de haute – transducteurs ultrasoniques de précision, amplificateurs de signaux, et unités d'acquisition de données. Le sous-système de test de fuite de flux magnétique comprend de puissants générateurs de champ magnétique, capteurs magnétiques sensibles, et modules de traitement de données. Le sous-système de détection électrochimique est équipé de compteurs de potentiel de corrosion, électrodes, et logiciel d'analyse électrochimique.
Lors du fonctionnement de ce système de détection intégré, d'abord, le test de fuite de flux magnétique est effectué pour scanner rapidement la surface – à proximité des zones de la structure en acier pour détecter tout signe de rouille – anomalies magnétiques induites. Les signaux de fuite de flux magnétique détectés sont immédiatement analysés pour identifier une rouille potentielle. – zones touchées. Alors, dans ces domaines identifiés, une détection électrochimique est effectuée pour mesurer plus précisément le taux de corrosion et le degré de rouille. finalement, des tests par ultrasons sont appliqués pour étudier plus en détail l'état interne de la structure en acier dans les zones où une corrosion interne est suspectée sur la base des deux tests précédents. Les données des trois sous-systèmes sont intégrées et analysées à l'aide d'une unité centrale de traitement des données. Cette unité utilise des algorithmes avancés pour traverser – référencer les données de différents sous-systèmes, éliminant les faux positifs et fournissant une évaluation plus précise de la situation de la rouille.
Dans une application pratique dans un grand – réseau électrique à grande échelle, ce système de détection intégré a été utilisé pour inspecter un groupe de pylônes de transmission d'énergie vieillissants. Les résultats ont montré qu'il pouvait détecter une gamme plus large de rouilles. – problèmes liés à l’utilisation d’une seule méthode de détection. Il a pu identifier avec précision non seulement la surface – des défauts proches de la rouille mais aussi des cavités de corrosion interne qui n'étaient pas détectées auparavant par les méthodes traditionnelles. Par conséquent, le personnel de maintenance a pu élaborer des plans de maintenance plus ciblés et plus efficaces, améliorant considérablement la sécurité et la fiabilité des pylônes de transmission d'énergie.
5.3 Application d'algorithmes intelligents à la détection de la rouille
5.3.1 Principe de l'algorithme d'apprentissage automatique dans l'analyse des données
Algorithmes d'apprentissage automatique, surtout les réseaux de neurones, ont trouvé des applications croissantes dans l'analyse des données de détection de rouille pour les structures en acier des tours. Les réseaux de neurones sont composés de plusieurs couches de nœuds interconnectés (neurones). Dans le cadre de la détection de rouille, un réseau neuronal est d'abord formé à l'aide d'une grande quantité de données étiquetées. Ces données étiquetées comprennent des informations sur les caractéristiques de la structure métallique de la tour. (telles que ses propriétés matérielles, dimensions géométriques), les conditions environnementales (Nos produits ont une résistivité élevée contre la chaleur, Etats-Unis, valeur pH), et les résultats de détection de rouille correspondants obtenus à partir de diverses méthodes de détection (données d'inspection visuelle, données de détection électrochimique, données de test par ultrasons, etc.).
Pendant le processus de formation, le réseau neuronal ajuste les poids des connexions entre les neurones pour minimiser la différence entre les résultats prédits et les données réelles étiquetées. Par exemple, dans un flux – réseau neuronal direct utilisé pour la détection de la rouille, la couche d'entrée reçoit les différentes caractéristiques de données liées à la structure en acier et les résultats de détection. Ces données sont ensuite traitées via des couches cachées, où complexe non – des transformations linéaires sont appliquées pour extraire des modèles significatifs. finalement, la couche de sortie fournit l'état de rouille prévu de la structure en acier, comme le degré de rouille, l'emplacement des défauts de rouille, et la probabilité d'une corrosion future.
Réseaux de neurones d'apprentissage profond, qui ont plusieurs couches cachées, peut apprendre automatiquement les caractéristiques hiérarchiques à partir des données brutes. Par exemple, dans l'analyse des signaux de test par ultrasons pour la détection de la rouille, une profonde – l'apprentissage du réseau neuronal peut apprendre à distinguer les signaux ultrasoniques normaux et les signaux correspondant à différents types et degrés de rouille – défauts associés. Elle peut également prendre en compte les relations complexes entre différents facteurs, comme la façon dont l'humidité et la température de l'environnement interagissent avec le processus de corrosion et comment ces facteurs affectent les signaux de détection.
5.3.2 Avantages de la détection intelligente
L'application d'algorithmes intelligents dans la détection de la rouille offre plusieurs avantages significatifs. Premièrement, il permet l'identification et l'évaluation automatiques de la situation de rouille dans les structures en acier des tours. Au lieu de compter sur une interprétation manuelle des données de détection, quel est le temps – consommateur et sujet à l’erreur humaine, des algorithmes intelligents peuvent analyser rapidement et avec précision de grands volumes de données. Par exemple, dans un grand – projet d'inspection de tour à grande échelle où des milliers de points de données sont collectés à partir de plusieurs méthodes de détection, un algorithme intelligent peut traiter toutes les données en peu de temps et fournir une évaluation complète de l'état de rouille de l'ensemble de la tour.
Deuxièmement, une détection intelligente peut améliorer la précision de la détection de la rouille. En apprenant d'une grande quantité de données historiques et des relations complexes entre différents facteurs, machine – les algorithmes d'apprentissage peuvent faire des prédictions plus précises sur la situation de la rouille. Ils peuvent identifier des modèles subtils dans les données qui pourraient être négligés par les inspecteurs humains., conduisant à une détermination plus précise de l’emplacement, étendue, et la gravité de la rouille.
de plus, les algorithmes intelligents peuvent s'adapter aux différentes structures en acier des tours et aux conditions environnementales. Ils peuvent continuellement mettre à jour leurs modèles en fonction de nouvelles données, ce qui les rend adaptés à un large éventail d'applications. Par exemple, si un nouveau type de structure métallique de tour est introduit ou si les conditions environnementales dans une certaine zone changent de manière significative, l'algorithme intelligent peut être recyclé en utilisant les nouvelles données pour garantir son efficacité dans la détection de la rouille. Global, l'application d'algorithmes intelligents dans la détection de la rouille représente une avancée majeure dans l'amélioration de l'efficacité et de la précision de la maintenance et de la gestion des structures en acier des tours.
6. Conclusion et perspectives
6.1 Résumé des résultats de la recherche
Tout au long de cette recherche, une exploration complète des technologies de détection de la rouille pour les structures en acier des tours a été menée. Méthodes de détection traditionnelles, comme l'inspection visuelle, sont simples et intuitifs, permettant une identification rapide de la surface – niveau de rouille. toutefois, ils sont très subjectifs et limités aux observations de surface, ne pas détecter la corrosion interne. Méthodes de détection électrochimique, comme la méthode de résistance de polarisation linéaire, offrir une sensibilité élevée et des résultats rapides, mais leur précision est facilement compromise par des facteurs environnementaux. Méthodes de contrôle non destructif, y compris les tests par ultrasons et les tests de fuite de flux magnétique, peut détecter l'intérieur et la surface – près des défauts de rouille respectivement, avec contrôle par ultrasons adapté aux profondeurs – détection de défauts assis dans diverses structures en acier et tests de fuite de flux magnétique, principalement applicables aux structures en acier ferromagnétiques.
Nouvelles technologies de détection, comme la fibre – technologie des capteurs optiques, fournir un niveau élevé – sensibilité, réel – surveillance du temps avec immunité aux interférences électromagnétiques. Technologie de thermographie infrarouge, d'autre part, permet de ne pas – contact, grand – numérisation de la zone pour identifier la rouille – distributions anormales de température associées, bien qu'il soit affecté par l'émissivité de surface et des facteurs environnementaux.
L'intégration de plusieurs technologies de détection s'est avérée très bénéfique. En combinant différentes méthodes, les avantages complémentaires peuvent être utilisés pour surmonter les limites des techniques individuelles. Par exemple, inspection visuelle pour le criblage de surface, détection électrochimique pour une mesure précise du taux de corrosion, et les tests par ultrasons pour l'enquête sur les défauts internes peuvent fournir une évaluation plus complète et plus précise de la situation de la rouille..
6.2 Défis et opportunités dans la recherche future
Malgré les progrès des technologies de détection de la rouille, plusieurs défis demeurent. En termes de précision, les méthodes actuelles peinent encore à mesurer avec précision le degré de corrosion dans les structures en acier complexes, surtout lorsqu'il s'agit de plusieurs types de corrosion co – existant ou en dur – à – zones d'accès. L'adaptabilité à des environnements complexes est un autre défi important. Les structures en acier des tours sont souvent situées dans des environnements divers, comme haut – altitude, haute – Nos produits ont une résistivité élevée contre la chaleur, ou chimiquement – zones polluées. Les technologies de détection existantes peuvent ne pas fonctionner de manière optimale dans ces conditions. Par exemple, les méthodes de détection électrochimique sont gravement affectées par les changements dans la composition électrolytique dans les environnements pollués, et la thermographie infrarouge peut être déformée par des variations extrêmes de température.
toutefois, les technologies émergentes offrent également de nombreuses opportunités. Le développement de la nanotechnologie pourrait conduire à la création de capteurs plus sensibles et aux performances améliorées. Par exemple, les nanocapteurs pourraient potentiellement détecter des traces de corrosion – substances associées dans l'environnement autour de la structure en acier de la tour, permettant une détection encore plus précoce de la rouille. Les progrès continus de l'intelligence artificielle et des algorithmes d'apprentissage automatique offrent la possibilité de développer des capacités plus intelligentes et plus autonomes. – adapter les systèmes de détection. Ces algorithmes peuvent analyser de grands volumes de données provenant de plusieurs capteurs et paramètres environnementaux, améliorer la précision et la fiabilité de la détection de la rouille.
6.3 Perspectives de développement de la technologie de détection de la rouille des structures en acier des tours
Regarder vers l'avenir, la technologie de détection de la rouille pour les structures en acier des tours devrait évoluer vers une plus grande intelligence. Les systèmes de détection intelligents pourront analyser et diagnostiquer automatiquement la situation de rouille, fournir du réel – alertes horaires et recommandations de maintenance. Par exemple, un entièrement – un système intelligent intégré pourrait surveiller en permanence l'état de la tour à l'aide d'une combinaison de capteurs et de machines – algorithmes d'apprentissage, et lorsqu'il détecte des tendances anormales de corrosion, il peut immédiatement avertir le personnel de maintenance et suggérer les mesures préventives appropriées.
La multifonctionnalisation est une autre direction de développement importante. Les futures technologies de détection seront non seulement capables de détecter la rouille, mais également d'évaluer d'autres facteurs liés à l'intégrité structurelle de la tour., comme les dommages dus à la fatigue, concentration de stress, et dégradation des matériaux. Cette évaluation complète aidera à prendre des décisions plus éclairées concernant l'entretien et la rénovation des structures en acier des tours.. En plus, avec la demande croissante de développement durable, les technologies de détection respectueuses de l’environnement seront également au centre des recherches futures. Ces technologies minimiseront l'impact sur l'environnement pendant le processus de détection tout en garantissant une haute – résultats de détection de qualité, contribuant à la longue – sécurité et stabilité à terme des structures en acier des tours d'une manière respectueuse de l'environnement.
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