管道缺陷检测及评价中超声导波技术的实践探讨
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缺损。
在 介质 中 ， 导波 的传播 如果 遭遇 裂纹 、 孔洞 等缺 陷 ， 就会 出现模 式转 换 或者 散射 问题 。 、 在 不 同介质 的分 界处 ， 声阻 差决 定 了声波 能量 反射 值 ， 两者 成正 比关 系 。同 时 ， 如果波 的传播速度出现变化 ， 会引发折射和反射问题 。 管 道 中 的导波 在遇 到 几何 形 状变 化 或者 不连 续 时 ， 会 出现传 播速 度 的 改变 。例 如 ， 当管 道 焊接位 置存 在 缺 陷时 ， 会 导致 回波 信 号 的 理想 性 变 差 。在 经 过弯 管 后 ， 于 圆周方 向 ， 导 波会 出现 明显声 场变 化 ， 如 果管 道本 身 壁厚均匀性差 ， 会造成导波的衰减、 散射或者波形变换 ， 影响回波信号的检出灵敏度。传输在管道内的介质会吸 收部 分 声 波 能 量 ，导 致 声 波 衰减 ，影 响 实 际检 测 距 离 。 因此 ， 在 运 用超 声导 波技 术 对管 道缺 陷 进行 检测 时 ， 应 该对 所有 可 能存 在 的影 响因 素进 行全 面 分析 ， 保 证检 测 结果 真实可 靠 。
对 于 市 政 给 排 水 管 道 、 天然 气 管道 以及 长 距 离 油 气 管道 的检测 ， 从安 全性 考 虑 ， 一般 都 要求 无损 检 测技 术 ， 即在 不 造成 管道 人 为损 害 的前 提下 ， 对 管道 中存在 的缺 陷和 问题进 行检 测 和分 析 。而 当前 许 多管道 的检测 距 离 较长 ， 沿线 障碍 物 众 多 ， 想要 单纯 的依 靠 宏观 目视 检 测 基本 不 可能 ， 在 这 种情 况 下 ， 就需 要一 种 能够 实现 长距 离 大 范 围 检 测 的无 损 检 测 方 法 来 保 证 管道 检 测 的 效果 。
１ ７ 年第１ ７ 期
管道缺 陷检 测及评 价 中 超声 导波 技术的实践 探讨
翟 明
西 安三环 科 技开发 总 公司 ， 陕 西西 安
７ １ ０ ０ ０ ０
摘 要 管 道运 输是 气体 和 液体 介质 运 输 中一种 常用 方 式 ， 具 有稳 定 可 靠 ， 连 续性 强 的特 点 ， 不过 ， 管 道一 般 采 用 的 多是 地埋 敷设 的方 式 ， 一 旦 出现 问题和 缺 陷 ， 很 难及 时发 现 ， 从 而影 响其运 行 安全 超 声导 波技 术属 于 无损检 测技术 ， 检测距 离长、检测速度快 ， 成本低廉 ， 对于常规检测方法无能为力的套管或者地埋管有着 良好的检测效果。 本文 从超 声导 波技 术 的 内涵和 原理 出发 ， 对 其在 管 道缺 陷检 测及评 价 中的应 用 进行 了分析 和 讨论 。 关 键 词 管道 缺 陷 ； 检测 ； 评价 ； 超声 导 波技术 ；实践 中 图分 类号 Ｔ Ｈ ８ ７ ８ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号 ２ ０ ９ ５ — ６ ３ ６ ３（ ２ ０ ｌ ７ ）１ ７ － ０ ２ ０ ５ 一 Ｏ １
３ 管道超 声导 波检 测 实验
３ ． １ 实验 装 置
在 实验 中 ， 管道 缺 陷检 测系 统包 括 了计算 机 、 电源 、 传 感 器 、主机 以及通 讯 电缆 等 。传 感 器 需要 设置 在 管道 周边 ， 形 成并 列 等 间隔传 感 器阵 列 ， 根 据 管道直 径 和 导 波模 态确 定传 感 器 的数量 。实 际检测 环 节 ， 需 要利 用压 缩空气来驱动卡环 ， 保证传感器与管道表面的可靠接触 ； 如果 需要 采用 低 频超 声 ， 只 需要 对 管道 表面 进 行清 理而 不需 用到 耦合 剂 。无 论 是探 头卡 环 的安 置 ， 还 是后 续 的 调整 ， 都应 该将 时间控 制在 ２ ０ ｍ ｉ ｎ以内 。 ３ ． ２ 现 场 实验 选择 普通 低碳 钢 管作 为 实验 管材 ， 不 设 置 包 覆 层， 不过 表面 喷 涂有 防 腐防 锈漆 层 。实 验 管道 外直 径为 ２ ０ ３ ｍ ｍ ， 壁厚 ７ ． １ ｍ ｍ ， 全长 ２ ４ ， ６ ５ ｍ 。在距 离 管道 端部 ０ ． ４ ５ ｍ 的位 置 ， 设置 传 感器 阵 列 ， 对 安装 位置 的 管道 外表 面进 行清 理 ， 确 保 其 与管 道表 面 接触 良好 。从方 便 数据 分析 的角度 ， 将激 励 导波 原 点设 置在 传 感器 环 中心 位置 ， 管 道 上 人为 设置 弯 曲 、焊缝 和 凹槽 等 缺 陷。 以轴对 称 纵 向 Ｌ（ ０ ，２ ）模 态 及 扭 转 Ｔ（ ０ ，１ ）模 态 超 声 导 波 对 管 道 缺陷 进行 检测 ， 分析 导波 在 遇 到法 兰 、焊缝 、 凹槽 等缺 陷时 的能量 衰减 及 反射 情况 。
１ 超 声导 波 技术概 述
超 声 导波 技 术 ， 是 一 种 运 用低 频 扭 曲波 或者 纵波 进 行 缺 陷 检测 的技 术 ， 可 以实现 对 管道 的长 距离 检 测 ， 不 需要 开挖 就可 以明确 地埋 管道 的实 际状态 。超 ， 主要是在受限空间 中， 经 往 复 反射 并产 生 复 杂 叠 加 干涉 和 几 何 弥 散形 成 。 在 管 道检 测 中 ， 导波 对 于单 个缺 陷 的检 出灵 敏度 并 不算 很高 ， 不 会 其可 以在 传 输较 长 的距 离而 不会 出现 严 重衰 减 ， 配 合 固 定脉 冲 回波 阵列 ， 就 可 以实现 大 范 围检 测 ， 在 管 道 内外 壁 腐 蚀 和 焊 缝 缺 陷检 测 中有 着 良好 的适 用 性 。尤 其是 低频 导波 长 距离 超 声检 测 ， 可 以实 现管 道 内 外 壁 腐蚀 状 况 的 同步检 测 ， 也可 以及 时 发现 管道 断 面 中 存 在 的平 面状 缺 陷 。 结 合 超 声 导波 技 术 进 行 管 道 缺 陷 检 测 ，需要 先 在 管道 周边 均 匀安 装传 感 器环 ， 利 用传 感 器环 发 出超 声脉 冲 ， 使得脉冲能够遍布管道的圆周方向 ， 囊括整个管壁 厚度 ， 沿 管道 向远处 传 播 。而 当超 声脉 冲传 播 时 ， 如果 管 道 壁存 在 腐蚀 或者 其 他原 因造 成 的缺 陷 ， 就会 产 生反 射 信 号传 感器 阵 列在 接 收到 反射 信 号后 ， 会 根据 缺 陷波 形 对 信 号进 行转 换 ， 从 而识 别 出管 道 的外形 特 征和 金属
在 介质 中 ， 导波 的传播 如果 遭遇 裂纹 、 孔洞 等缺 陷 ， 就会 出现模 式转 换 或者 散射 问题 。 、 在 不 同介质 的分 界处 ， 声阻 差决 定 了声波 能量 反射 值 ， 两者 成正 比关 系 。同 时 ， 如果波 的传播速度出现变化 ， 会引发折射和反射问题 。 管 道 中 的导波 在遇 到 几何 形 状变 化 或者 不连 续 时 ， 会 出现传 播速 度 的 改变 。例 如 ， 当管 道 焊接位 置存 在 缺 陷时 ， 会 导致 回波 信 号 的 理想 性 变 差 。在 经 过弯 管 后 ， 于 圆周方 向 ， 导 波会 出现 明显声 场变 化 ， 如 果管 道本 身 壁厚均匀性差 ， 会造成导波的衰减、 散射或者波形变换 ， 影响回波信号的检出灵敏度。传输在管道内的介质会吸 收部 分 声 波 能 量 ，导 致 声 波 衰减 ，影 响 实 际检 测 距 离 。 因此 ， 在 运 用超 声导 波技 术 对管 道缺 陷 进行 检测 时 ， 应 该对 所有 可 能存 在 的影 响因 素进 行全 面 分析 ， 保 证检 测 结果 真实可 靠 。
对 于 市 政 给 排 水 管 道 、 天然 气 管道 以及 长 距 离 油 气 管道 的检测 ， 从安 全性 考 虑 ， 一般 都 要求 无损 检 测技 术 ， 即在 不 造成 管道 人 为损 害 的前 提下 ， 对 管道 中存在 的缺 陷和 问题进 行检 测 和分 析 。而 当前 许 多管道 的检测 距 离 较长 ， 沿线 障碍 物 众 多 ， 想要 单纯 的依 靠 宏观 目视 检 测 基本 不 可能 ， 在 这 种情 况 下 ， 就需 要一 种 能够 实现 长距 离 大 范 围 检 测 的无 损 检 测 方 法 来 保 证 管道 检 测 的 效果 。
１ ７ 年第１ ７ 期
管道缺 陷检 测及评 价 中 超声 导波 技术的实践 探讨
翟 明
西 安三环 科 技开发 总 公司 ， 陕 西西 安
７ １ ０ ０ ０ ０
摘 要 管 道运 输是 气体 和 液体 介质 运 输 中一种 常用 方 式 ， 具 有稳 定 可 靠 ， 连 续性 强 的特 点 ， 不过 ， 管 道一 般 采 用 的 多是 地埋 敷设 的方 式 ， 一 旦 出现 问题和 缺 陷 ， 很 难及 时发 现 ， 从 而影 响其运 行 安全 超 声导 波技 术属 于 无损检 测技术 ， 检测距 离长、检测速度快 ， 成本低廉 ， 对于常规检测方法无能为力的套管或者地埋管有着 良好的检测效果。 本文 从超 声导 波技 术 的 内涵和 原理 出发 ， 对 其在 管 道缺 陷检 测及评 价 中的应 用 进行 了分析 和 讨论 。 关 键 词 管道 缺 陷 ； 检测 ； 评价 ； 超声 导 波技术 ；实践 中 图分 类号 Ｔ Ｈ ８ ７ ８ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号 ２ ０ ９ ５ — ６ ３ ６ ３（ ２ ０ ｌ ７ ）１ ７ － ０ ２ ０ ５ 一 Ｏ １
３ 管道超 声导 波检 测 实验
３ ． １ 实验 装 置
在 实验 中 ， 管道 缺 陷检 测系 统包 括 了计算 机 、 电源 、 传 感 器 、主机 以及通 讯 电缆 等 。传 感 器 需要 设置 在 管道 周边 ， 形 成并 列 等 间隔传 感 器阵 列 ， 根 据 管道直 径 和 导 波模 态确 定传 感 器 的数量 。实 际检测 环 节 ， 需 要利 用压 缩空气来驱动卡环 ， 保证传感器与管道表面的可靠接触 ； 如果 需要 采用 低 频超 声 ， 只 需要 对 管道 表面 进 行清 理而 不需 用到 耦合 剂 。无 论 是探 头卡 环 的安 置 ， 还 是后 续 的 调整 ， 都应 该将 时间控 制在 ２ ０ ｍ ｉ ｎ以内 。 ３ ． ２ 现 场 实验 选择 普通 低碳 钢 管作 为 实验 管材 ， 不 设 置 包 覆 层， 不过 表面 喷 涂有 防 腐防 锈漆 层 。实 验 管道 外直 径为 ２ ０ ３ ｍ ｍ ， 壁厚 ７ ． １ ｍ ｍ ， 全长 ２ ４ ， ６ ５ ｍ 。在距 离 管道 端部 ０ ． ４ ５ ｍ 的位 置 ， 设置 传 感器 阵 列 ， 对 安装 位置 的 管道 外表 面进 行清 理 ， 确 保 其 与管 道表 面 接触 良好 。从方 便 数据 分析 的角度 ， 将激 励 导波 原 点设 置在 传 感器 环 中心 位置 ， 管 道 上 人为 设置 弯 曲 、焊缝 和 凹槽 等 缺 陷。 以轴对 称 纵 向 Ｌ（ ０ ，２ ）模 态 及 扭 转 Ｔ（ ０ ，１ ）模 态 超 声 导 波 对 管 道 缺陷 进行 检测 ， 分析 导波 在 遇 到法 兰 、焊缝 、 凹槽 等缺 陷时 的能量 衰减 及 反射 情况 。
１ 超 声导 波 技术概 述
超 声 导波 技 术 ， 是 一 种 运 用低 频 扭 曲波 或者 纵波 进 行 缺 陷 检测 的技 术 ， 可 以实现 对 管道 的长 距离 检 测 ， 不 需要 开挖 就可 以明确 地埋 管道 的实 际状态 。超 ， 主要是在受限空间 中， 经 往 复 反射 并产 生 复 杂 叠 加 干涉 和 几 何 弥 散形 成 。 在 管 道检 测 中 ， 导波 对 于单 个缺 陷 的检 出灵 敏度 并 不算 很高 ， 不 会 其可 以在 传 输较 长 的距 离而 不会 出现 严 重衰 减 ， 配 合 固 定脉 冲 回波 阵列 ， 就 可 以实现 大 范 围检 测 ， 在 管 道 内外 壁 腐 蚀 和 焊 缝 缺 陷检 测 中有 着 良好 的适 用 性 。尤 其是 低频 导波 长 距离 超 声检 测 ， 可 以实 现管 道 内 外 壁 腐蚀 状 况 的 同步检 测 ， 也可 以及 时 发现 管道 断 面 中 存 在 的平 面状 缺 陷 。 结 合 超 声 导波 技 术 进 行 管 道 缺 陷 检 测 ，需要 先 在 管道 周边 均 匀安 装传 感 器环 ， 利 用传 感 器环 发 出超 声脉 冲 ， 使得脉冲能够遍布管道的圆周方向 ， 囊括整个管壁 厚度 ， 沿 管道 向远处 传 播 。而 当超 声脉 冲传 播 时 ， 如果 管 道 壁存 在 腐蚀 或者 其 他原 因造 成 的缺 陷 ， 就会 产 生反 射 信 号传 感器 阵 列在 接 收到 反射 信 号后 ， 会 根据 缺 陷波 形 对 信 号进 行转 换 ， 从 而识 别 出管 道 的外形 特 征和 金属
