摘要：超声导波检测技术是一种新型的长距离、快速检测手段。在管线运行的状态下，利用导波技术可以进行长距离管壁腐蚀等缺陷的检测。本文在探讨压力管道超声导波检测基本原理的基础上，针对在役金属管道腐蚀检测中应用超声导波技术进行了分析，结合实例说明了利用超声导波检测的有效性和可行性，可供业内同行参考。
关键词：压力管道检测；超声导波；技术原理；系统设备
前言
近年来，针对金属管道腐蚀的无损检测问题，提出了应用超声导波技术，该技术能够实现管道的较长距离的非接触式检测，利用在传播路径上的低频超声导波衰减的特点，使逐点扫描在传统无损检测方法上的缺点得到有效解决，能够处理相应的埋地、充液或包覆层的管道问题，节约了检测相关的辅助工作量。
一、超声波检测技术概况
超声导波技术与常规超声检测逐点扫描方式相比，具有成本低、效率高、一次性检测距离长的巨大优势。基于脉冲—回波原理，回波会在非连续变化的管道截面中产生，在管道中可以传播换能器激励的导波，管道截面的变化，包括相关缺陷的大小和位置能够通过回波信号的幅值和时间历程等参数进行确定。在长距离工业管道的腐蚀损伤检测中，利用导波技术已经取得一定的研究成果，能够对于损伤大小及其特征识别提供较好的参考，在处理相关的各类模拟腐蚀损伤处的回波信号特征方面也取得了一定进展，能够更好地在管道检测中利用导波技术的优势。
1、超声波检测原理
导波是频率为20 kHz至100 kHz的声波，能够在穿透整个管壁基础上，沿着管壁传播，能够实现长距离检测。在其传播过程中，遇到结构形状变化、异质体或相关缺陷时，会沿管壁发生脉冲波的反射，相应的传感器可以接收到。由此可知，大范围远距离扫查和完全覆盖管壁是超声导波这一检测技术的特点。
2、导波检测设备
在超声导波检测系统中，多模态检测、扭曲波检测和纵波检测能够在系统中实现，其中，聚焦能力可以在沿圆周方向每隔45°实现。多模态检测是实际检测中常用的方式，聚焦检测则应用在异常位置。两种模式的声波的发射特点是多模态检测的优点，其中，因其能够使得缺陷的检出率明显增加，能够接受不同或者相同的声波。异常点在管道环向的长度和位置能够通过聚焦功能进行初步的确定，相应的缺陷深度能够进行估算。
不同规格的卡具在导波系统中是根据不同管径进行相应的配置，不同数量的多功能模块均可在每个卡具中进行相应的安装。一般情况下，模块数量均为8的倍数，称为八分仪卡具。其中，3~5个检测探头可以在每个模块中进行安装，一般包括2个扭曲波探头和3个纵波探头。在被测管道安装相应的卡具后，为了保证探头与被检管道的表面耦合效果，应该进行气囊增压操作。系统中发出10个频率的扫查波，默认频率为20~100 kHz，其中纵波和扭曲波是发射脉冲的主要波型。
二、超声导波技术压力管道检测应用实例
对某公司一条汽油管道进行超声导波检测。该管道位于靠近海边的码头，管道设计压力为1.6 MPa，设计温度为50℃，管道规格为Φ273 mm×8.0 mm。管道导波检测的波型见图1。
由于被检测管道位于海边，管道外表面局部保护不到位出现腐蚀坑，其深度约为1~2 mm。即使该管道内正在输送介质，外壁腐蚀坑仍能清晰地表现为孤立的脉冲波型（图1的D1、D2和D3处波型），且管道焊缝和支撑处（图1的PS为支撑位置，W为焊缝位置）的波型也能够正确显示出来。
与腐蚀坑的导波波型相比，管道均匀腐蚀的导波波型大不相同。如图1，均匀腐蚀的导波波型显示为草状杂波，波高为大致相等的幅度。经过现场检验分析，发现导波特征与实际情况较为符合，整条管道外表面存在腐（锈）蚀情况。需要注意的是，要保持探头环接触部位和管道表面的光滑和平整要求，因为柔性环形气囊内气压较低或接触不好容易造成反射特征的出现。
通过对多条管道进行超声导波检测，并进行现场验证，发现导波对局部腐蚀、冲蚀、机械损伤、成群的点蚀以及环向裂纹比较容易检出。对均匀腐蚀、个别点蚀、轴向裂纹、焊缝中的小缺陷则不够敏感。但只要轴向裂纹和焊缝中的缺陷足够大，也是可以检出的。在厚壁管道导波检测中，当焊缝存在较小的缺陷时，容易出现漏检情况。如焊缝中有明显的未焊透时，此时需要通过和正常焊缝显示的波型比较，才能发现存在的问题。通过两者对比，可以发现相关的导波的特征，这种对称波形呈现出圆滑的波形。当然对未焊透缺陷，最佳的方式是通过射线检测（RT）进行复查。在实际检测中，对管道支撑部位的缺陷判断存在一定的困难，需要考虑现场中众多的影响因素，还应当注意所采用的支撑类型，如夹具支撑、鞍座支撑和焊接支撑的影响都各不相同。
导波系统检出的缺陷尺寸一般用管道环状截面上的金属缺损面积（ECL）的百分比来描述。目前工业管道要求检出能力为3%，即当缺损面积达到总截面积的3%便可检出，但管件较多的陈旧管道常常达不到这一要求。通过屏幕上显示的ECL的数值来判断管道腐蚀情况，管道的截面积缺损ECL的数值越大，说明腐蚀越严重。但是，不能用这种方法来判断焊缝内的缺陷。
结语
运用超声导波检测系统对工业管道进行检测时，应当充分考虑不同壁厚、管径、介质以及新旧程度的管道情况下，具有特定形状的导波显示的波型，这是进行管道缺陷判断的重要依据。利用导波检测技术能够对焊缝中较大的缺陷、管道的各种腐蚀点进行检测，另外，要描述具体缺陷的大小和危害程度，则应结合其他的无损检测技术进行，比如，为了更好地满足管道安全性的相关需求，可以采用超声探伤仪或测厚仪对壁厚减薄最严重的位置进行确定，焊缝内部缺陷则利用射线检测（RT）等方法进行验证。
参考文献：
[1]超声导波在弯管中传播特性的有限元分析[J].宗侣，王悦民，朱龙翔.无损检测.2013（11）
[2]超声导波管道表面激励接收的仿真分析[J].从明，武新军，孙鹏飞，吴莲锋.无损探伤.2014（05）
[3]电磁超声导波技术在钢丝绳检测中的应用[J].于淑敏，刘雪芳.华电技术.2016（12）
[4]低频超声导波技术在管道腐蚀性检测中的实用性研究[J].苏猛.内蒙古科技与经济.2015（23）
[5]压力管道超声导波检测技术应用研究[J].郑满荣.广东科技.2013（18）
论文作者:张博宁
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/6/7
标签：导波论文; 管道论文; 超声论文; 缺陷论文; 技术论文; 检出论文; 管壁论文; 《基层建设》2018年第10期论文;