摘要：近年来超声导波检测研究有了新进展，超声导波技术作为一种新式检测手段被运用于各行各业。本文主要介绍超声导波技术的基本原理及运用，以供参考和分析。
关键词：无损检测；超声；导波技术
引言
相对于传统的超声波检测技术，超声导波具有传播距离远、速度快的特点，因此，在大型构件和复合材料板壳的无损检测中具有良好的应用前景。由于导波的一些机理和特性仍然有的地方不是很清楚，导波的理论研究也成为了近年来无损检测界的焦点研究之一。随着理论研究的深入，产生了很多有关导波的新技术。
1、超声导波检测技术概念
超声导波检测技术即长距离超声遥探法，主要用于在线管道检测，包括低碳钢、奥氏体不锈钢、二重不锈钢等材料的无缝管、纵焊管、螺旋焊管。可应用于油气管网（如天燃气管道、炼油厂火焰加热器中的垂直管路、带岩棉保温介质和漆层的架空液化气管道）及石油化工厂中的管网（如无保温层的输送CO与H合成类的淤浆管道、石油化工厂的交叉管路），码头管线、管区的连接管网，海上石油管网/导管，水下管道、电厂管网，结构管系，穿路/过堤管道、复杂或抬高管网，保温层下管道（例如带有保温层的氨水管道）、带有套管的管道，以及带有保护层的管道。超声导波检测技术能检出管道内外部腐蚀或冲蚀、环向裂纹、焊缝错边、焊接缺陷、疲劳裂纹等缺陷。最新的利用磁致伸缩换能器的超声导波检测已能应用于非铁磁性材料和非金属材料，除了管道检测还能用于棒材、钢索、电缆以及板盘件的检测。
2、超声导波无损检测技术的应用-以管道检测为例
对于导波在结构中传播的研究可以追溯到20世纪20年（1920s）；主要启蒙于地震学领域。从那以后，开始致力于导波在圆柱状结构的传播方面的分析研究；在20世纪90年代（1990s）早期，导波检测被认为仅仅是应用于工程结构的无损检测方法。如今，导波检测作为完整健康监测计划应用于石油产业领域。
与传统的超声波不同；有多种导波模式用于管道几何学，通常归类为三组，分别是扭转模式、纵向模式和弯曲模式。这些波型模式的声学性能是管道几何学、材料和频率的函数。通常通过典型的图表分布曲线的数学模式来预测波型模式的性能。
管道的导波测试，低频率传感器阵列覆盖管道的整个圆周，产生的轴向均匀的波沿着管道上的传感器阵列的前后方向传播。扭转波模式是最常使用的，纵向模态的使用有所限制。设备运用传感器阵列的脉冲设置激发和探测信号。
在管道横截面变化或局部变化的地方会产生回波，基于回波到达的时间，通过特定频率下导波的传播速度，能准确地计算出该回波起源与传感器阵列位置间的距离。导波检测使用距离波幅曲线修正衰减和波幅下降来预计从某一距离反射回的横截面变化。距离波幅曲线通常通过一系列已知的反射体信号波幅例如焊缝进行校准。一旦设置好距离波幅曲线，信号振幅和缺陷横截面变化能较好地关联。导波检测不能直接地测量剩余的壁厚，但是它可以将缺陷严重程度分成几种类别。这样操作的其中一个原理是通过激发信号开启模式转换，轴对称导波模式的部分能量转换成弯曲模式。模式转换的总量可精准地预计缺陷在圆周范围的分布，再参考横截面的变化量，操作人员就可以进行严重程度分类。
导波检测的典型结果是通过A扫的方式显示反射波幅与传感器基阵位置的距离。在过去的几年里，一些先进的系统已经开始提供C扫的结果，可以很容易地解读每一个特征的走向。在检验大型管道时，这显然非常有用。
3.超声导波检测技术的局限性
超声导波检测时，若管道内存在特大面积的腐蚀和严重腐蚀会造成信号衰减而影响一次检测的有效距离，如果存在多重缺陷时还会产生叠加效应；超声导波检测技术采用的是低频超声波，无法发现总横截面损失量没有超过检测灵敏度的细小裂纹、纵向缺陷、小而孤立的腐蚀坑或腐蚀穿孔；超声导波检测需要通过实验选择最佳频率，需要采用模拟管壁减薄的对比试样管；检测中通常以法兰、焊缝回波做基准，受焊缝余高（焊缝横截面）不均匀而影响评价的准确程度；超声导波的有效检测距离除了与导波的频率、模式有关外，还与例如埋地管的沥青防腐绝缘层、埋地深度、周围土壤的压紧程度及土壤特性，或管道保温层以及管道本身的腐蚀情况与程度等相关；超声导波一次检测距离段不宜有过多弯头（一般不宜超过2~3个弯头，且适合曲率半径大于管道直径3倍的弯头）；对于有多种形貌特征的管段，例如在较短的区段有多个T字头，就不可能进行可靠的检验；超声导波的最小可检缺陷、检测范围随管子状态而异；超声导波检测数据的解释要由训练有素、特别是对复杂几何形状的管道系统有丰富经验的技术人员来进行。
由于超声导波检测不能提供壁厚的直接量值，因此最好把超声导波检测用作识别怀疑区的快速检测手段，对检出缺陷的定量只是近似的，如果需要更准确具体地确定缺陷类型、大小以及位置等，在有可能的条件下还需要借助其他更精确但速度较慢的无损检测手段进行补充评价确认。例如采用两步法：先用超声导波快速检测管子，发现腐蚀减薄区，然后在发现缺陷的位置局部开挖，用常规超声波检测方法进行定量测定，这取决于所要求的检测精度以及壁厚减薄的局部性或普遍性，已经有资料提出可以直接用导波遥控法来定量测定壁厚。
4.国内超声导波技术的研究现状
超声导波检测技术与传统超声波检测相比，优点在于传播距离远、检测效率高、检测范围广，因而在无损检测领域有着良好的商业前景。在理论研究的基础上，越来越多基于超声导波的检测系统被开发出来，超声导波也应用于更为广泛的领域。
在国内，越来越多的高校和研究机构开始从事超声导波方向的研究。在工业检测中，北京工业大学研究人员在用超声导波对钢绞线、风力叶片等的无损检测方面提出了一系列方法并建立了测试系统，还基于时间反转法和时间空间聚焦理论研发了管道的测试系统，对超声导波传感器进行了改进。北京大学励争等与南京大学杨京等主要研究超声导波在复合板材与航天材料里的传播情况；清华大学黄松岭与李松松等将电磁传感器应用于管道与钢轨的无损探伤；在信号处理与导波应用方面，暨南大学马宏伟等对超声导波的测试理论提出新的思路，将混沌振子检测系统用于超声导波检测，总结出了考虑信噪比、缺陷参数、管道参数、导波参数的超声导波有效检测距离的评估方法；北京工业大学刘增华提出了板材中导波离散椭圆定位的技术，上海大学张海燕等提出导波成像的理论，将超声导波用于板材、管道的层析成像，为导波定量评价开辟了新思路；在医学领域，复旦大学他德安团队将超声导波应用于医学长骨评价，其将长骨近似看作充液黏管道，拓宽了超声导波检测技术的应用范围。
总的来看，目前我国国内对于超声导波的研究与应用还大多停留于评价管道、柱体和复合板材的结构损伤上，且尚停留于理论与试验阶段，关于导波的理论创新不多。
结束语
未来关于超声导波的研究将更具挑战性，如复杂结构中的导波频散抑制与模态选择及其相关算法、超声导波成像技术与缺陷的定量表征、对于复杂结构检测与导波信号分析算法的优化以及复杂环境及结构下导波传播模型等。但总的来说，由于超声导波具有其独特的性质，即频散和多模态特性，今后对导波的研究与应用也将围绕这二者进行。
相信在不远的未来，超声导波技术不仅会应用于相关行业的无损检测及结构监测，也会在其他领域中有更广泛的应用。
参考文献
[1] 王宁川． 超声无损检测技术的现状和发展趋势［J］． 城市建设理论研究(电子版) ，2013
[2]王新.超声无损检测的应用及发展趋势［J］．科学与财富，2016