导波检测技术介绍

导波检测技术介绍肖雄

xx28@1、导波的发展历史国外起步较早，通过建立导波理论解释物理现象，再应用到无损检测领域。板波(Lamb)—管道导波目前导波激励方法的研究更多集中在传感器的选择上，其中以压电传感器最为普遍。此外还有压电薄膜技术(PVDF)、磁致伸缩技术和电磁(EMAT)技术2008-6-152由于研究波导结构中导波同缺陷关系问题的复杂性，因此对管道传播特性和缺陷检测原理，目前主要通过数值计算的方法研究理想条件下导波同结构中待检测缺陷的相关关系。目前研究导波问题主要通过两种数值计算方法：有限元法和边界元法导波检测技术就是利用导波在传播过程中如果遇到缺陷或边界就会被反射回来的原理。导波检测优点：全面性、低耗费2008-6-153导波概念在无限均匀介质中传播的波称为体波，体波有两种:一种叫做纵波(或称疏密波、无旋波、拉压波、P波);一种叫做横波(或称剪切波、S波)，它们以各自的速度传播而无波形耦合。而在一弹性半空间表面处，或两个弹性半空间表面处，由于介质性质的不连续性，超声波经过一次反射或透射而发生波形转换。随后，各种类型的反射波和透射波及界面波均以各自恒定的速度传播，而传播速度只与介质材料密度和弹性性质有关，不依赖于波动本身的特性。然而当介质中有多于一个的界面存在时，就会形成一些具有一定厚度的“层”。位于层中的超声波将要经受多次来回反射，这些往返的波将会产生复杂的波形转换，并且波与波之间会发生复杂的干涉。2008-6-154若一个弹性半空间被平行于表面的另一个平面所截，从而使其厚度方向成为有界的，这就构成了一个无限延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进，即平行的边界制导超声波在板内传播。这样的一个系统称为平板超声波导.在此板状波导中传播的超声波即所谓的板波。板波是超声无损检测中最常用的一种导波形式，由20世纪初究无限大板中正弦波问题而得名。除此之外，圆柱壳、棒及层状的弹性体都是典型的波导。其共同特性是由两个或更多的平行界面存在而引入一个或多个征尺寸〔如壁厚、直径等)到问题中来。在波导中传播的超声波称为超声导波，在圆柱和圆柱壳中传播的导波称为柱面导波。2008-6-155导波的相速度与群速度相速度：是振动状态在介质中的传播速度，是波上相位固定的一点沿传播方向的传播速度，它代表等相位点的传播速度。群速度：是指弹性波的包络上具有某种特性(如幅值最大)的点的传播速度，是波群的能量传播速度。2008-6-156导波的多模态与频散现象导波和体波最大的不同就是导波是频散的，即波导中传播弹性波的速度随频率的不同而改变，这种现象称这为频散。2008-6-157导波在圆柱管道中的传播导波的检测灵敏度用管道环状截面上的金属缺损面积与管道环状截面的百分比评价，目前的检测水平可达到3%，即当缺损面积达到总截面积的3%便可检出。2008-6-158管道导波检测示意图：探头架管壁导波导波缺陷2008-6-159超声导波检测常采用两种波形，即扭曲波和纵波。采用扭曲波检测时，一般需用2排探头，探头周向布置【探头晶片方向与轴向垂直】，扭曲波在管子中是扭曲前进的，可以认为是一个剪切波；采用纵波检测时，一般需用4排探头，探头轴向布置【探头晶片方向与轴向平行】，纵波在管子中是压缩延伸运动，可以认为是一个压缩波（P波）。2008-6-15102008-6-1511导波检测的优越性只要在管道上某一段部位（约0.5米长）安装探头卡环，便可对卡环两侧各数十米长度的管道进行100%的快速检测。可以检测空中和水下管道而无需在空中或水下作业。可以检测被保温或绝热材料包覆的管道，除安放探头的位置外，无需破坏包覆层。2008-6-1512导波检测的优越性可以检测难以接近区段的管道，例如有管夹，支座，套环的管段，被墙壁，容器壁，其它管子或结构件阻碍的管段，桥梁下的管道以及穿越道路，堤坝的管道，而无需破坏造成障碍的结构。可在运行状态下进行在线检测。检测现场无需用电，无污染、不影响周围工作，2~3人即可进行操作，每天检测长度达5公里(视现场条件)。2008-6-1513检测设备与检测软件导波检测设备主要由计算机处理单元、导波收发装置、探头组模块三大部分及其它辅助工具组成。计算机处理单元导波收发装置探头组模块便携式PC(笔记本电脑)导波检测仪卡环及探头2008-6-1514以下为导波检测设备导波检测仪卡环2008-6-1515导波检测的实际应用导波容易检出的缺陷包括局部腐蚀，冲蚀，机械损伤，成群的点蚀以及环向裂纹。对均匀腐蚀，个别点蚀，轴向裂纹，焊缝中的小缺陷则不敏感。但如果轴向裂纹和焊缝中的缺陷足够大，也是可以检出的。2008-6-1516导波检测的特点导波一次检测的可检测长度可达卡环两侧各100米。当管内有介质或外面包裹有沥青等材料，或管壁及内部存在较大的缺陷(如裂纹、未焊透、腐蚀坑等)，以及管道结构特征(如焊缝余高、接管、支架、变径处等)会使一次可检测长度减少，减少程度与管道腐蚀程度、具体接触物质特性、管道结构特征有关。2008-6-1517以下为扬子石化的检测现场2008-6-1518这是一张管道较好部位的导波检测图检测距离焊缝反射波焊接支撑反射波2008-6-1519这是一张管道表面有点状腐蚀坑的导波检测图此段范围内管壁表面有腐蚀坑2008-6-1520-20.0-10.00.010.020.00.00.51.01.52.0Distance(m)Amp(mV)-F

管道腐蚀与导波检测扫查图2008-6-1521在一张导波检测扫查图上涉及到的缺陷信息主要有以下几点：缺陷的性质，扫查图的波形特征包括焊缝、支撑、缺陷、腐蚀、端面以及其它焊接附件等缺陷的大小，在图中以ECL来表示；缺陷的位置及集中程度等。导波检测的原理和方法均不同于常规检测方法，导波检测的应用目的是对管道进行100%的快速检测，发现管道截面上的金属缺损。但导波检测不能对缺陷准确定位、定量、定性，因此对于导波检测发现的异常部位还需辅以常规检测。2008-6-1522在导波检测图上，一般有以下几种特征反射波：焊缝；法兰；焊接件(支撑、接管等)；腐蚀坑；其它缺陷(损伤、裂纹等)。通过对导波检测图中各种反射波的识别，来判定管