導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)介紹

導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)介紹肖雄

xx28@1、導(dǎo)波的發(fā)展歷史國(guó)外起步較早，通過建立導(dǎo)波理論解釋物理現(xiàn)象，再應(yīng)用到無損檢測(cè)領(lǐng)域。板波(Lamb)—管道導(dǎo)波目前導(dǎo)波激勵(lì)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(shù)(PVDF)、磁致伸縮技術(shù)和電磁(EMAT)技術(shù)2008-6-152由于研究波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波同缺陷關(guān)系問題的復(fù)雜性，因此對(duì)管道傳播特性和缺陷檢測(cè)原理，目前主要通過數(shù)值計(jì)算的方法研究理想條件下導(dǎo)波同結(jié)構(gòu)中待檢測(cè)缺陷的相關(guān)關(guān)系。目前研究導(dǎo)波問題主要通過兩種數(shù)值計(jì)算方法：有限元法和邊界元法導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)就是利用導(dǎo)波在傳播過程中如果遇到缺陷或邊界就會(huì)被反射回來的原理。導(dǎo)波檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)：全面性、低耗費(fèi)2008-6-153導(dǎo)波概念在無限均勻介質(zhì)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(gè)彈性半空間表面處，由于介質(zhì)性質(zhì)的不連續(xù)性，超聲波經(jīng)過一次反射或透射而發(fā)生波形轉(zhuǎn)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(zhì)材料密度和彈性性質(zhì)有關(guān)，不依賴于波動(dòng)本身的特性。然而當(dāng)介質(zhì)中有多于一個(gè)的界面存在時(shí)，就會(huì)形成一些具有一定厚度的“層”。位于層中的超聲波將要經(jīng)受多次來回反射，這些往返的波將會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的波形轉(zhuǎn)換，并且波與波之間會(huì)發(fā)生復(fù)雜的干涉。2008-6-154若一個(gè)彈性半空間被平行于表面的另一個(gè)平面所截，從而使其厚度方向成為有界的，這就構(gòu)成了一個(gè)無限延伸的彈性平板。位于板內(nèi)的縱波、橫波將會(huì)在兩個(gè)平行的邊界上產(chǎn)生來回的反射而沿平行板面的方向行進(jìn)，即平行的邊界制導(dǎo)超聲波在板內(nèi)傳播。這樣的一個(gè)系統(tǒng)稱為平板超聲波導(dǎo).在此板狀波導(dǎo)中傳播的超聲波即所謂的板波。板波是超聲無損檢測(cè)中最常用的一種導(dǎo)波形式，由20世紀(jì)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(dǎo)。其共同特性是由兩個(gè)或更多的平行界面存在而引入一個(gè)或多個(gè)征尺寸〔如壁厚、直徑等)到問題中來。在波導(dǎo)中傳播的超聲波稱為超聲導(dǎo)波，在圓柱和圓柱殼中傳播的導(dǎo)波稱為柱面導(dǎo)波。2008-6-155導(dǎo)波的相速度與群速度相速度：是振動(dòng)狀態(tài)在介質(zhì)中的傳播速度，是波上相位固定的一點(diǎn)沿傳播方向的傳播速度，它代表等相位點(diǎn)的傳播速度。群速度：是指彈性波的包絡(luò)上具有某種特性(如幅值最大)的點(diǎn)的傳播速度，是波群的能量傳播速度。2008-6-156導(dǎo)波的多模態(tài)與頻散現(xiàn)象導(dǎo)波和體波最大的不同就是導(dǎo)波是頻散的，即波導(dǎo)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(dǎo)波在圓柱管道中的傳播導(dǎo)波的檢測(cè)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(píng)價(jià)，目前的檢測(cè)水平可達(dá)到3%，即當(dāng)缺損面積達(dá)到總截面積的3%便可檢出。2008-6-158管道導(dǎo)波檢測(cè)示意圖：探頭架管壁導(dǎo)波導(dǎo)波缺陷2008-6-159超聲導(dǎo)波檢測(cè)常采用兩種波形，即扭曲波和縱波。采用扭曲波檢測(cè)時(shí)，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(jìn)的，可以認(rèn)為是一個(gè)剪切波；采用縱波檢測(cè)時(shí)，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(yùn)動(dòng)，可以認(rèn)為是一個(gè)壓縮波（P波）。2008-6-15102008-6-1511導(dǎo)波檢測(cè)的優(yōu)越性只要在管道上某一段部位（約0.5米長(zhǎng)）安裝探頭卡環(huán)，便可對(duì)卡環(huán)兩側(cè)各數(shù)十米長(zhǎng)度的管道進(jìn)行100%的快速檢測(cè)。可以檢測(cè)空中和水下管道而無需在空中或水下作業(yè)?？梢詸z測(cè)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(dǎo)波檢測(cè)的優(yōu)越性可以檢測(cè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)?？稍谶\(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行在線檢測(cè)。檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無需用電，無污染、不影響周圍工作，2~3人即可進(jìn)行操作，每天檢測(cè)長(zhǎng)度達(dá)5公里(視現(xiàn)場(chǎng)條件)。2008-6-1513檢測(cè)設(shè)備與檢測(cè)軟件導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)處理單元、導(dǎo)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(jì)算機(jī)處理單元導(dǎo)波收發(fā)裝置探頭組模塊便攜式PC(筆記本電腦)導(dǎo)波檢測(cè)儀卡環(huán)及探頭2008-6-1514以下為導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備導(dǎo)波檢測(cè)儀卡環(huán)2008-6-1515導(dǎo)波檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用導(dǎo)波容易檢出的缺陷包括局部腐蝕，沖蝕，機(jī)械損傷，成群的點(diǎn)蝕以及環(huán)向裂紋。對(duì)均勻腐蝕，個(gè)別點(diǎn)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(dǎo)波檢測(cè)的特點(diǎn)導(dǎo)波一次檢測(cè)的可檢測(cè)長(zhǎng)度可達(dá)卡環(huán)兩側(cè)各100米。當(dāng)管內(nèi)有介質(zhì)或外面包裹有瀝青等材料，或管壁及內(nèi)部存在較大的缺陷(如裂紋、未焊透、腐蝕坑等)，以及管道結(jié)構(gòu)特征(如焊縫余高、接管、支架、變徑處等)會(huì)使一次可檢測(cè)長(zhǎng)度減少，減少程度與管道腐蝕程度、具體接觸物質(zhì)特性、管道結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。2008-6-1517以下為揚(yáng)子石化的檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)2008-6-1518這是一張管道較好部位的導(dǎo)波檢測(cè)圖檢測(cè)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(diǎn)狀腐蝕坑的導(dǎo)波檢測(cè)圖此段范圍內(nèi)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(dǎo)波檢測(cè)掃查圖2008-6-1521在一張導(dǎo)波檢測(cè)掃查圖上涉及到的缺陷信息主要有以下幾點(diǎn)：缺陷的性質(zhì)，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(dǎo)波檢測(cè)的原理和方法均不同于常規(guī)檢測(cè)方法，導(dǎo)波檢測(cè)的應(yīng)用目的是對(duì)管道進(jìn)行100%的快速檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管道截面上的金屬缺損。但導(dǎo)波檢測(cè)不能對(duì)缺陷準(zhǔn)確定位、定量、定性，因此對(duì)于導(dǎo)波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的異常部位還需輔以常規(guī)檢測(cè)。2008-6-1522在導(dǎo)波檢測(cè)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(duì)導(dǎo)波檢測(cè)圖中各種反射波的識(shí)別，來判定管