導波檢測技術介紹

導波檢測技術介紹肖雄

xx28@1、導波的發(fā)展歷史國外起步較早，通過建立導波理論解釋物理現(xiàn)象，再應用到無損檢測領域。板波(Lamb)—管道導波目前導波激勵方法的研究更多集中在傳感器的選擇上，其中以壓電傳感器最為普遍。此外還有壓電薄膜技術(PVDF)、磁致伸縮技術和電磁(EMAT)技術2008-6-152由于研究波導結構中導波同缺陷關系問題的復雜性，因此對管道傳播特性和缺陷檢測原理，目前主要通過數值計算的方法研究理想條件下導波同結構中待檢測缺陷的相關關系。目前研究導波問題主要通過兩種數值計算方法：有限元法和邊界元法導波檢測技術就是利用導波在傳播過程中如果遇到缺陷或邊界就會被反射回來的原理。導波檢測優(yōu)點：全面性、低耗費2008-6-153導波概念在無限均勻介質中傳播的波稱為體波，體波有兩種:一種叫做縱波(或稱疏密波、無旋波、拉壓波、P波);一種叫做橫波(或稱剪切波、S波)，它們以各自的速度傳播而無波形耦合。而在一彈性半空間表面處，或兩個彈性半空間表面處，由于介質性質的不連續(xù)性，超聲波經過一次反射或透射而發(fā)生波形轉換。隨后，各種類型的反射波和透射波及界面波均以各自恒定的速度傳播，而傳播速度只與介質材料密度和彈性性質有關，不依賴于波動本身的特性。然而當介質中有多于一個的界面存在時，就會形成一些具有一定厚度的“層”。位于層中的超聲波將要經受多次來回反射，這些往返的波將會產生復雜的波形轉換，并且波與波之間會發(fā)生復雜的干涉。2008-6-154若一個彈性半空間被平行于表面的另一個平面所截，從而使其厚度方向成為有界的，這就構成了一個無限延伸的彈性平板。位于板內的縱波、橫波將會在兩個平行的邊界上產生來回的反射而沿平行板面的方向行進，即平行的邊界制導超聲波在板內傳播。這樣的一個系統(tǒng)稱為平板超聲波導.在此板狀波導中傳播的超聲波即所謂的板波。板波是超聲無損檢測中最常用的一種導波形式，由20世紀初究無限大板中正弦波問題而得名。除此之外，圓柱殼、棒及層狀的彈性體都是典型的波導。其共同特性是由兩個或更多的平行界面存在而引入一個或多個征尺寸〔如壁厚、直徑等)到問題中來。在波導中傳播的超聲波稱為超聲導波，在圓柱和圓柱殼中傳播的導波稱為柱面導波。2008-6-155導波的相速度與群速度相速度：是振動狀態(tài)在介質中的傳播速度，是波上相位固定的一點沿傳播方向的傳播速度，它代表等相位點的傳播速度。群速度：是指彈性波的包絡上具有某種特性(如幅值最大)的點的傳播速度，是波群的能量傳播速度。2008-6-156導波的多模態(tài)與頻散現(xiàn)象導波和體波最大的不同就是導波是頻散的，即波導中傳播彈性波的速度隨頻率的不同而改變，這種現(xiàn)象稱這為頻散。2008-6-157導波在圓柱管道中的傳播導波的檢測靈敏度用管道環(huán)狀截面上的金屬缺損面積與管道環(huán)狀截面的百分比評價，目前的檢測水平可達到3%，即當缺損面積達到總截面積的3%便可檢出。2008-6-158管道導波檢測示意圖：探頭架管壁導波導波缺陷2008-6-159超聲導波檢測常采用兩種波形，即扭曲波和縱波。采用扭曲波檢測時，一般需用2排探頭，探頭周向布置【探頭晶片方向與軸向垂直】，扭曲波在管子中是扭曲前進的，可以認為是一個剪切波；采用縱波檢測時，一般需用4排探頭，探頭軸向布置【探頭晶片方向與軸向平行】，縱波在管子中是壓縮延伸運動，可以認為是一個壓縮波（P波）。2008-6-15102008-6-1511導波檢測的優(yōu)越性只要在管道上某一段部位（約0.5米長）安裝探頭卡環(huán)，便可對卡環(huán)兩側各數十米長度的管道進行100%的快速檢測。可以檢測空中和水下管道而無需在空中或水下作業(yè)?？梢詸z測被保溫或絕熱材料包覆的管道，除安放探頭的位置外，無需破壞包覆層。2008-6-1512導波檢測的優(yōu)越性可以檢測難以接近區(qū)段的管道，例如有管夾，支座，套環(huán)的管段，被墻壁，容器壁，其它管子或結構件阻礙的管段，橋梁下的管道以及穿越道路，堤壩的管道，而無需破壞造成障礙的結構?？稍谶\行狀態(tài)下進行在線檢測。檢測現(xiàn)場無需用電，無污染、不影響周圍工作，2~3人即可進行操作，每天檢測長度達5公里(視現(xiàn)場條件)。2008-6-1513檢測設備與檢測軟件導波檢測設備主要由計算機處理單元、導波收發(fā)裝置、探頭組模塊三大部分及其它輔助工具組成。計算機處理單元導波收發(fā)裝置探頭組模塊便攜式PC(筆記本電腦)導波檢測儀卡環(huán)及探頭2008-6-1514以下為導波檢測設備導波檢測儀卡環(huán)2008-6-1515導波檢測的實際應用導波容易檢出的缺陷包括局部腐蝕，沖蝕，機械損傷，成群的點蝕以及環(huán)向裂紋。對均勻腐蝕，個別點蝕，軸向裂紋，焊縫中的小缺陷則不敏感。但如果軸向裂紋和焊縫中的缺陷足夠大，也是可以檢出的。2008-6-1516導波檢測的特點導波一次檢測的可檢測長度可達卡環(huán)兩側各100米。當管內有介質或外面包裹有瀝青等材料，或管壁及內部存在較大的缺陷(如裂紋、未焊透、腐蝕坑等)，以及管道結構特征(如焊縫余高、接管、支架、變徑處等)會使一次可檢測長度減少，減少程度與管道腐蝕程度、具體接觸物質特性、管道結構特征有關。2008-6-1517以下為揚子石化的檢測現(xiàn)場2008-6-1518這是一張管道較好部位的導波檢測圖檢測距離焊縫反射波焊接支撐反射波2008-6-1519這是一張管道表面有點狀腐蝕坑的導波檢測圖此段范圍內管壁表面有腐蝕坑2008-6-1520-20.0-10.00.010.020.00.00.51.01.52.0Distance(m)Amp(mV)-F

管道腐蝕與導波檢測掃查圖2008-6-1521在一張導波檢測掃查圖上涉及到的缺陷信息主要有以下幾點：缺陷的性質，掃查圖的波形特征包括焊縫、支撐、缺陷、腐蝕、端面以及其它焊接附件等缺陷的大小，在圖中以ECL來表示；缺陷的位置及集中程度等。導波檢測的原理和方法均不同于常規(guī)檢測方法，導波檢測的應用目的是對管道進行100%的快速檢測，發(fā)現(xiàn)管道截面上的金屬缺損。但導波檢測不能對缺陷準確定位、定量、定性，因此對于導波檢測發(fā)現(xiàn)的異常部位還需輔以常規(guī)檢測。2008-6-1522在導波檢測圖上，一般有以下幾種特征反射波：焊縫；法蘭；焊接件(支撐、接管等)；腐蝕坑；其它缺陷(損傷、裂紋等)。通過對導波檢測圖中各種反射波的識別，來判定管