摘要：为确保压力管道的安全，在新安装或在用检验时，必须对管道进行无损检测，以发现各种焊接缺陷或使用过程中产生的裂纹类缺陷，并加以消除。
关键词：超声导波检测；压力管道；检验；应用
引言
虽然一般常规无损检测器在管道检测中有着很多优点，比如技术成熟、便于操作，只要对操作人员进行简单的培训，就可以很快运用专业设备进行操作。但常规无损检测技术都存在一个致命弱点：检测过程都是逐点扫描式，所以常规无损检测技术不能有效地应用于工业管道长达上千公里的检测中去。而超声导波检测技术和模态声发射技术可以有效解决这一问题。
一、超声导波的产生以及基本原理
在应用超声波进行检测时候，被检测的对象常常会被当成是一个理想化的模型，认为是一个具有均匀的无限介质，基于这种情况，体波可以分为两种形式：纵波（或称疏密波、无旋波、拉压波、P波）和横波（或称剪切波、S波），它们以各自的速度传播而无波形耦合。在这种情况下，进行超声波的传递是没有任何形状变化的声波，而超声导波检测技术，就是通过超声波在传递的过程中，由于介质的不理想状态产生的波变，对被检测介质状态进行判断分析的检测技术。
利用超声导波进行薄壁管的检测原理是，在理想的状态下超声波的传递是与一般的超声波一样在传递的过程中具有一定的形状和连续性，而正是由于薄壁管的介质有一定的特殊性，在传递的过程中超声波会发生不同形状的变化，通过相应的设备来捕捉这些形状的波变，来实现对于薄壁管质量的检测。超声导波，又称为是制导波，它产生的原理是与薄板中的兰姆波激励机理相似，通过在有限的介质中进行往返的反射产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。但是，在一定厚度的管壁中进行适当的波形传播，与一般情况下超声波的探伤频率相比要低很多，导波的使用频率会控制在100kHz以下，因此导波对于单个的缺陷检测灵敏度与正常情况下超声波的检测具有很大的不同，导波检测距离一般是在20m～30m之间，并随着距离的远近而发生很大的变化，这种性质的导波在进行使用中的管道内外壁腐蚀以及焊缝危险性缺陷的检测具有很大的优势，它能够完成管道在役状态的快速檢测，内外壁可一次探测到，也能检出管子断面的平面状缺陷。
二、超声导波在管道中的传播特性
波动衰减与其自身频率密切相关，频率越高，衰减越严重。而无论是体波还是导波，衰减的方式完全一致，无外乎吸收和散射，而在管道中，部分声波能量可能通过管道内壁挥着外壁泄漏。尤其是在运输介质的管道或者附带有黏性包覆层的管道，超声导波的能量衰减速度非常快。
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，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。
三、超声导波在压力管道检测中的应用模式
1、单一模式导波检测
一般来说，激励源产生的波是处于其所在频域范围内所有的模式，是很复杂的，几乎是没办法直接利用这种信号直接进行分析的。但是如果利用一些特定的激励形式把复杂的信号转化成具有单一模式的信号，这样将大大减少工作强度。当前在国外研究领域，超声导波检测经常使用的单一模式导波是L（0，2）的模式。在管道中传送具有轴对称性质的L（0，2）模式导波时，如果遇到缺陷时，因为缺陷一般是非对称的，所以在回波里面不但有传回的L（0，2）模式的信号，还有其他模式的信号。特别是当管道中在近乎对称的焊缝里有非对称形式的裂纹时，L（0，2）模式的回波中会很容易发现这个焊缝的回波，从而准确发现裂缝。如果损伤和焊缝不重合的时候，这种导波也会发现损伤的；如果两者重合的话，此模式的回波中是不能很明显的显示出损伤的信号变化，但是在反射回的回波的F（1，3）模式的导波信号会对这种情况表现出非常敏感的变化。所以如果要对管道进行全方位的检测，采用更好阶次的导波将产生更好的结果。
2、多模式导波检测
因为一种模式的导波只能检测出一种缺陷类型，但是实际工程中的缺陷却是多种复杂原因结合在一起的，因此利用多模式导波检测可以同时对多种缺陷进行检测。另外，可以根据激励信号的空间相位和幅度的特殊性对一些结构中的缺陷进行检测。比如可以利用低频窄带脉冲信号的特殊性检测管道，这样的方法很适合应用在径向和轴向不均匀特点的管道缺陷。
3、模态声发射技术
声发射技术是近五十年才发展起来的，但是因为其有很大的优势所以发展很迅速。这种技术是利用其在发生作用的时候可以快速释放能量对管带物体进行检测的，它的优势在于能够形成动态检测，而且覆盖面广。
四、超声导波检测技术在压力管道检测中的应用
机械振动在相关的弹性介质之间进行的传播活动一般被称之为弹性声波。将弹性声波过程中的传播介质一般称之为波导，而我们通常在压力管道检测中所应用的超声波被我们称之为超声导波。据相关的实验研究结果显示，油田管道的检测过程中，超声波的传播速度只与管道所应用的介质材料的密度以及油田管道的弹性性质有密切联系，与超声波导本身的相关属性并没有任何关联。在超声导波检测技术对压力管道检测的过程中，我们可以通过弹性动力学的相关原理得出超声导波检测技术在压力管道检测中的方程公式。
依据超声导波检测技术在压力管道检测中的应用分析，我们根据超声波导检测的相关原理，在检测设备中增加了能够提供更大能量的，并且能够及时接收短时间内的脉冲型超声波，通过利用超声波检测设备，超声导波检测技术在压力管道检测中可以由计算机任意控制相关波形的发射器在油田管道的检测中所产生的激励信号，并进一步通过超声波导的功率放大器进行放大，促使超声导波检测技术在压力管道检测中的电压值达到驱动传感器的数值要求，在管道的检测过程中产生相应的超声波导，与此同时，传感器作为可以接收超声导波检测技术在压力管道检测中的接收器接收导波信号，经过二级管电路以及激励信号对超声波导的隔离，促使超声导波检测技术在压力管道检测中的回波信号接收放大，并通过数字示波器进行超声波导的接收，并在PC上进行相关的存储。
目前，超声导波检测技术在压力管道检测中的应用分析主要是通过超声波导检测时候所提供的有效扫描方法进行快速扫描，并采取适当的超声导波检测技术对压力管道进行逐点检测。
结语
针对不同管道采用不同的检测方法，对检测区进行有效、快速的检测。这样，不仅可以避免在整个管道检测中因逐点检测技术带来的高成本、低效率等缺点，还可以不断提高准确率，减少人工成本。
参考文献:
[1]孙立瑛.超声导波技术在管道缺陷检测及评价中的应用[J].天津城建大学学报，2011，17（3）：216-220.
[2]石小何，井然，严有琪.超声导波检测管道缺陷的试验研究[J].化工装备技术，2014，35（1）：58-60.
论文作者:丁阳,杨亮
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/24
标签：导波论文; 超声论文; 管道论文; 波导论文; 缺陷论文; 检测技术论文; 回波论文; 《防护工程》2017年第32期论文;