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超声导波在压力管道检验中的应用

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：王雪枫

[导读] 摘要：超声导波检测技术属于先进无损检测技术之一，在现阶段的检测工作中应用相对广泛。

        （浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司 312073）
        摘要：超声导波检测技术属于先进无损检测技术之一，在现阶段的检测工作中应用相对广泛。这一技术具有检测距离更远、速度更快且成本低廉的优势，同时能够检测到常规检测无法检测的特殊位置。本文对超声导波技术进行了简要的介绍，并对应用这一技术常用的检测方法和实际应用进行了分析，希望能为超声导波检测技术的推广有所帮助。
        关键词：超声导波技术；压力管道；实践
        引言
        近些年来国家经济实力发展迅猛，不同类型不同作用不同规模的压力管道逐渐投入到使用当中，随着使用时间的增长，维修养护工作的压力也在逐渐增大。传统的检测工作使用的是超声或射线逐点检测，这样的检测方法效率低成本高。现阶段超声导波技术主要应用于长输管道的检测，普及程度还不够高。
        1 超声导波检测技术的特点
        基于实际应用情况调查可知，超声导波技术主要被应用于管道及管状设备的检测，主要用于检测无缝管和纵焊管。应用超声导波技术进行检测主要有以下几个优点：一是以一个检测点为基础，对被检测管道的两个方面几百米的范围内进行检测，传统的超声波检测一次只能覆盖一个点，检测覆盖率太低，无形的增加了技术人员的工作压力；二是能够对埋地管道等特殊管道进行有效的检测，常规检测技术面对特殊管道时无法发挥作用；三是超声导波技术的速度和效率都更高，检测覆盖面积更大能够更有效降低漏检的概率；四是相对传统检测方法能够更好的感应横截面的金属缺陷情况，检测深度能够更好的满足检测需求。与之对应的超声导波检测技术的缺点主要包括三个方面：一是定性定量的准确程度不足，发现可疑位置需要配合其他检测手段进行二次检测；二是在点状缺陷和轴向条状缺陷的检测方面相对力度不足；三是检测过程中经过管道焊接处时，会在一定程度上降低检测的长度和准确性。
        2 超声导波检测技术原理
        2.1技术原理概述
        导波的原理与平板波非常接近，相对的波频率会更低一些，能够贯穿整个管道壁，同时以管道壁为媒介传播到百米之外的位置。这一过程中如果遇到有缺陷或结构形变的管壁，脉冲波会被反射，技术人员可以通过传感器获得准确的消息。超声导波这一方面的特性是技术本身的优势之一，能够更好的应对大范围的工业检测，有效的提升检测的覆盖率。

        2.2检测方法分类
        经过多年的应用、研究及改进，现阶段通过超声导波技术检测压力管道的工作，得到了国内外大量研究机构的重视和关注。随着超声导波检测技术的提高，其在压力管道检测中逐渐占据了重要地位。以导波模式的个数为依据，超声导波技术可以划分为三大类，下文将对其详细说明。
        2.2.1单一导波模式
        通常情况下，有激励源直接生成的波，包含所有频域所有模式复杂度相对过高，难以对这些信号进行处理分析。为了能够收集有效的信息，可以利用一些特殊的激励形式，使复杂信号被转变为单一信号，有效降低信息分析的难度以及工作的强度。当前国外对这一方面进行研究时，最常用的导波是L（0，2）模式。这一导波模式的优势主要有以下几点：首先在如果频率带宽固定，那么相应的信号将保持非频散的类型。换句话说，频率的变化不会对导波的相速度及群速度产生大幅度的影响，导波传递过程的稳定性更强变形也更少；其次，这一模式有效的提升了导波的传播速度，是目前传播最快的一种导波模式，更快的速度能够将有效信息和无用信息区分开来；最后这一导波模式对于内外表面的灵敏度都足够高，能够沿径向方向对管道内外表面的损伤情况进行详细的检测。当超声导波通过管道壁进行传递时，管道壁出现结构形状等的变化都会使波生成反射。实验常用的L（0，2）模式导波具有轴对称的特性，所以一旦遇到发生变化的管道壁必然会产生不对称的波，传感器除了检测到L（0，2）信号之外还会收集到其他模式的信号。尤其是检测过程中，焊缝近乎对称，导致L（0，2）模式回波中夹杂其他信号时表明焊缝中存在裂缝。应用L（0，2）模式导波能够用更短的时间更准确的发现管道中的损伤。但是并非所有的损伤都会与焊缝重合，L（0，2）模式导波能够有效的检测非重合的管道损伤。但是对于重合的损伤产生的反馈不够清晰准确。因此，为了提高检测的精度，全面检测管道损伤情况时，使用更好阶次的导波会获得更令人满意的结果。

        2.2.2多模式导波
        单一模式的导波多数情况下只能针对某一种类型缺陷的检测，但实际待检测管道多数情况下都是多种类型缺陷混合，继续使用单一模式导波检测的效率和结果都难以令人满意。如果使用多模式导波对管道进行检测，就能够实现同时检查多种类型缺陷的目标。此外，对激励信号特殊的空间相位及幅度进行分析，能够检测出对应的机构缺陷。以低频窄带脉信号的检测为例，这种检测方法更适用于对管道径向及轴向的均匀性进行检测。
        2.2.3模态声发射
        这一技术直到近五十年才开始逐渐发展并应用，由于其本身优势明显，相对的发展速度也较快。实际检测时这一技术能够快速释放能量完成对管、带状物体的检测。主要优势在于其能够实现动态检测，覆盖面积相对更广。
        3 应用简述
        某电厂在2017年1号炉A修中对锅炉末过管排进行检验，管排材质为P91，规格60*5，总长度约一万三千米，为了能够对末过管排进行全面检验，该公司提前部署，搭设了大量的脚手架，耗费了大量人力，但由于管排间距较小，前后检验了约15天仍未完成检验目标。
        在2019年2号炉末过检验时，改为超声导波和射线检测相结合。检验中以超声导波为主进行缺陷定位，射线检测进行缺陷定量，共用时5天完成所有末过管排检测工作。超声导波技术在本次检验工作中的应用，节约了时间和人力成本，对检验工作和管道使用单位都有着很强的实际意义。
        总结
        对现有的技术水平而言，应用长距离超声波技术是最为便捷高效的。实际检测过程中，管道厚度的变化会对检测结果造成影响，超声导波技术的应用能够有效的应对这一方面的问题。应用这一技术主要目的在于分析扫描的数据，根据实际情况选择合理的检测方案，有效提高检测的效率。打破传统管道检测中，因为要逐点进行检测导致的成本居高不下、效率无法提升的问题。就实际情况而言，我国的超声导波技术发展时间不足，想要扩大应用范围还需要重点关注以下几个方面的研究和改进：首先是实验技术的改进，实验室研究时应当以单一模态导波作为研究的重点，从设计方面改进激励设备；其次是信号分析技术的加强，要提高对不完整信号的分析能力。研究过程中应当以相对成熟的信号分析技术为基础，同时学习并应用更先进的信号分析手段，提高信息分析的能力。总而言之，超声导波技术的应用对压力管道的检测工作有至关重要的作用，技术人员应当加大对其应用的研究，尽快发挥这一技术的优势。
        参考文献：
        [1]李成超，崔云龙，翟永军，胡栋.超声导波技术在大型冷库压力管道检验中的应用[J].低温与特气，2018，36（06）：47-49.
        [2]丁菊，刘书宏，王立.纵向模态超声导波在架空压力弯管中的传播研究[J].江苏科技信息，2018，35（02）：42-44.
        [3]谭畅.超声导波检测在压力管道检验中的应用与实践[J].科技创新与应用，2017（26）：154-155.