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导波检测技术介绍

发表(biao)时间:2015/7/30 14:44:32  阅(yue)读次数:

1、导波的发展历史 
国外起步较早,通过建立导波理论解释物理现象,再应用到无损检测领域。
板波(Lamb)—管道导波
目前导波激励方法的研究更多集中在传感器的选择上,其中以压电传感器最为普遍。此外还有压电薄膜技术(PVDF)、磁致伸缩技术和电磁(EMAT)技术
由于研究波导结构中导波同缺陷关系问题的复杂性,因此对管道传播特性和缺陷检测原理,目前主要通过数值计算的方法研究理想条件下导波同结构中待检测缺陷的相关关系。
目前研究导波问题主要通过两种数值计算方法:有限元法和边界元法
导波检测技术就是利用导波在传播过程中如果遇到缺陷或边界就会被反射回来的原理。
导波检测优点:全面性、低耗费
导波概念
在无限均匀介质中传播的波称为体波,体波有两种:一种叫做纵波(或称疏密波、无旋波、拉压波、P波);一种叫做横波(或称剪切波、S波),它们以各自的速度传播而无波形耦合。
而在一弹性半空间表面处,或两个弹性半空间表面处,由于介质性质的不连续性,超声波经过一次反射或透射而发生波形转换。随后,各种类型的反射波和透射波及界面波均以各自恒定的速度传播,而传播速度只与介质材料密度和弹性性质有关,不依赖于波动本身的特性。然而当介质中有多于一个的界面存在时,就会形成一些具有一定厚度的“层”。位于层中的超声波将要经受多次来回反射,这些往返的波将会产生复杂的波形转换,并且波与波之间会发生复杂的干涉。
若一个弹性半空间被平行于表面的另一个平面所截,从而使其厚度方向成为有界的,这就构成了一个无限延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进,即平行的边界制导超声波在板内传播。这样的一个系统称为平板超声波导.在此板状波导中传播的超声波即所谓的板波。
板波是超声无损检测中最常用的一种导波形式,由20世纪初究无限大板中正弦波问题而得名。除此之外,圆柱壳、棒及层状的弹性体都是典型的波导。其共同特性是由两个或更多的平行界面存在而引入一个或多个征尺寸〔如壁厚、直径等)到问题中来。在波导中传播的超声波称为超声导波,在圆柱和圆柱壳中传播的导波称为柱面导波。 
导波的相速度与群速度
相速度:是振动状态在介质中的传播速度,是波上相位固定的一点沿传播方向的传播速度,它代表等相位点的传播速度。

群速(su)度:是指弹性(xing)波(bo)的包络上具有(you)某种(zhong)特(te)性(xing)(如(ru)幅值最大)的点的传播速(su)度,是波(bo)群的能量传播速(su)度。

导波的多模态与频散现象
导波和体波最大的不同就是导波是频散的,即波导中传播弹性波的速度随频率的不同而改变,这种现象称这为频散。

导波在圆柱管道中的传播
导波的检测灵敏度用管道环状截面上的金属缺损面积与管道环状截面的百分比评价,目前的检测水平可达到3%,即当缺损面积达到总截面积的3%便可检出。 
管道导波检测示意图:

超声(sheng)导波(bo)(bo)检测常采(cai)(cai)用两种波(bo)(bo)形,即扭曲(qu)波(bo)(bo)和纵(zong)(zong)波(bo)(bo)。采(cai)(cai)用扭曲(qu)波(bo)(bo)检测时,一(yi)(yi)般需(xu)用2排探(tan)头(tou),探(tan)头(tou)周向(xiang)布(bu)置【探(tan)头(tou)晶(jing)片(pian)方向(xiang)与轴(zhou)向(xiang)垂直】,扭曲(qu)波(bo)(bo)在管子中是(shi)扭曲(qu)前进的(de),可(ke)以认(ren)为(wei)是(shi)一(yi)(yi)个(ge)剪切(qie)波(bo)(bo);采(cai)(cai)用纵(zong)(zong)波(bo)(bo)检测时,一(yi)(yi)般需(xu)用4排探(tan)头(tou),探(tan)头(tou)轴(zhou)向(xiang)布(bu)置【探(tan)头(tou)晶(jing)片(pian)方向(xiang)与轴(zhou)向(xiang)平行(xing)】,纵(zong)(zong)波(bo)(bo)在管子中是(shi)压缩延(yan)伸(shen)运动,可(ke)以认(ren)为(wei)是(shi)一(yi)(yi)个(ge)压缩波(bo)(bo)(P波(bo)(bo))。 

导波检测的优越性
只要在管道上某一段部位(约0.5米长)安装探头卡环,便可对卡环两侧各数十米长度的管道进行100%的快速检测。
可以检测空中和水下管道而无需在空中或水下作业 。
可以检测被保温或绝热材料包覆的管道,除安放探头的位置外,无需破坏包覆层。 
导波检测的优越性
可以检测难以接近区段的管道,例如有管夹,支座,套环的管段,被墙壁,容器壁,其它管子或结构件阻碍的管段,桥梁下的管道以及穿越道路,堤坝的管道,而无需破坏造成障碍的结构。 
可在运行状态下进行在线检测。
检测现场无需用电,无污染、不影响周围工作,2~3人即可进行操作,每天检测长度达5公里(视现场条件)。 
检测设备与检测软件
导波检测设备主要由计算机处理单元、导波收发装置、探头组模块三大部分及其它辅助工具组成。

以下为导波(bo)检测(ce)设备

导波检测的实际应用
导波容易检出的缺陷包括局部腐蚀,冲蚀,机械损伤,成群的点蚀以及环向裂纹。对均匀腐蚀,个别点蚀,轴向裂纹,焊缝中的小缺陷则不敏感。但如果轴向裂纹和焊缝中的缺陷足够大,也是可以检出的。
导波检测的特点
导波一次检测的可检测长度可达卡环两侧各100米。当管内有介质或外面包裹有沥青等材料,或管壁及内部存在较大的缺陷(如裂纹、未焊透、腐蚀坑等),以及管道结构特征(如焊缝余高、接管、支架、变径处等)会使一次可检测长度减少,减少程度与管道腐蚀程度、具体接触物质特性、管道结构特征有关。
以下为扬子石化的检测现场

这是一张管道较好(hao)部(bu)位的导波检(jian)测图

这(zhei)是一张管道表面有点状腐蚀(shi)坑(keng)的导波检测图

在一张导波检测扫查图上涉及到的缺陷信息主要有以下几点: 
缺陷的性质,扫查图的波形特征包括焊缝、支撑、缺陷、腐蚀、端面以及其它焊接附件等
缺陷的大小,在图中以ECL来表示;
缺陷的位置及集中程度等。
导波检测的原理和方法均不同于常规检测方法,导波检测的应用目的是对管道进行100%的快速检测,发现管道截面上的金属缺损。但导波检测不能对缺陷准确定位、定量、定性,因此对于导波检测发现的异常部位还需辅以常规检测。
在导波检测图上,一般有以下几种特征反射波:
焊缝;
法兰;
焊接件(支撑、接管等);
腐蚀坑;
其它缺陷(损伤、裂纹等)。
通过对导波检测图中各种反射波的识别,来判定管道中是否有腐蚀、裂纹等缺陷的存在。
比较缺陷反射回波的高度可以估计缺陷在环截面上的大小比例和大概位置及严重程度。
四、导波在国内的应用
比较缺陷反射回波的高度可以估计缺陷在环截面上的大小比例和大概位置及严重程度。

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