超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)原理

1、方向b）縱波方向方向觀廳區(qū)域管道腐詫的常規(guī)趙聲檢測(cè)已謚觀測(cè)區(qū)域管道的長(zhǎng)距藹超聲導(dǎo)瀕檢惻原理示意制超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)超聲導(dǎo)波（Ultrasonic Guided Wav®檢測(cè)技術(shù)利用低頻扭曲波（Torsinal Wave或縱波（LongitudinalWave）可對(duì)管路、管道進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)，包括對(duì)于地下埋管不開挖狀態(tài)下的長(zhǎng)距離檢測(cè)。超聲導(dǎo)波（也稱為制導(dǎo)波）的產(chǎn)生機(jī)理與薄板中的蘭姆波激勵(lì)機(jī)理相類似，也是由于在空間有限的 介質(zhì)內(nèi)多次往復(fù)反射并進(jìn)一步產(chǎn)生復(fù)雜的疊加干涉以及幾何彌散形成的。但是對(duì)于管道檢測(cè)，在一 般管壁厚度下要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牟ㄐ?，則需要使用比通常超聲波探傷低得多的頻率，導(dǎo)波通常使用的

2、頻 率f v 100KHz,因此導(dǎo)波對(duì)單個(gè)缺陷的檢岀靈敏度與通常使用頻率在MHz級(jí)別的超聲檢測(cè)相比是比較低的，但是導(dǎo)波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是能傳播2030米長(zhǎng)距離而衰減很小，因此可在一個(gè)位置固定脈沖回波陣列就可做大范圍的檢測(cè)，特別適合于檢測(cè)在役管道的內(nèi)外壁腐蝕以及焊縫的危險(xiǎn)性缺陷。低頻導(dǎo) 波長(zhǎng)距離超聲檢測(cè)法用于管道在役狀態(tài)的快速檢測(cè)，內(nèi)外壁腐蝕可一次探測(cè)到，也能檢岀管子斷面 的平面狀缺陷。超聲導(dǎo)波應(yīng)用的主要波型包括-扭曲波（Tors in al Wav®也簡(jiǎn)稱為扭波）和縱波（Lon gitud in alWav®扭曲波的特點(diǎn)是能夠一邊沿管子周向振動(dòng)，一邊沿管子軸向傳播，聲能受管道內(nèi)部

3、液體影響較小（在導(dǎo)波檢測(cè)時(shí)，液體在管道中流動(dòng)是允許的），回波信號(hào)能包含管軸方向的缺陷信息，通常能得到清晰的回波信號(hào)，信號(hào)識(shí)別較容 易，在應(yīng)用中需要換能器數(shù)量少，重量輕、費(fèi)用省、因管內(nèi)液體介質(zhì)而產(chǎn)生的擴(kuò)散效應(yīng)較小，波型轉(zhuǎn)換較少，檢測(cè)距離較長(zhǎng)，對(duì)軸向缺陷靈敏度高?？v波特點(diǎn)是一邊沿管子軸向振動(dòng)，一邊沿管子軸向傳播，回波幅度與缺陷性狀關(guān)系不大，回波信號(hào)不如扭波清晰， 因?yàn)槭芄軆?nèi)流體流動(dòng)的影響，也受探頭接觸面的表面狀態(tài) 影響較大（油漆、凹凸等）受被測(cè)管內(nèi)液體介質(zhì)流動(dòng)的影 響很大。超聲導(dǎo)波檢測(cè)裝置主要由固定在管子上的探傷套環(huán)（探頭矩陣）、檢測(cè)裝置本體（低頻超聲探傷儀） 和用于控制和數(shù)據(jù)采樣的計(jì)算機(jī)三部分組

4、成。探頭套環(huán)由一組并列的等間隔的環(huán)能器陣列組成，組成陣列的換能器數(shù)量取決于管徑大小和使用波 型，換能器陣列繞管子周向布置。探傷套環(huán)的結(jié)構(gòu)按管道尺寸采用不同節(jié)環(huán)-可以是一分為二，用螺絲固定以便于裝拆（多用于直徑較小的管道），或者充氣式環(huán)（柔性探頭套環(huán)），靠空氣壓力緊套在管子上（多用于直徑較大的管道）接觸探頭套環(huán)的管子表面需要進(jìn)行清理但無須耦合劑，亦即除安放探頭環(huán)的位置外，無需在清除和 復(fù)原大面積包覆層或涂層上花費(fèi)功夫，這也是超聲導(dǎo)波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)之一。超聲導(dǎo)波探頭套環(huán)上的探頭矩陣架在一個(gè)探測(cè)位置，就可向套環(huán)兩側(cè)遠(yuǎn)距離發(fā)射和接收100KHz 以下的回波信號(hào)，從而可對(duì)探頭環(huán)兩側(cè)各 2030 米的長(zhǎng)距離進(jìn)

5、行全面檢測(cè)，可對(duì)整個(gè)管壁作100%檢測(cè)，可檢測(cè)難以接近的區(qū)域，如有管夾、支座、套環(huán)的管段，也可檢測(cè)埋藏在地下的暗管，以及交叉路面下或橋梁下的管道等， 因而減少因接近管道進(jìn)行檢測(cè)所需要的各項(xiàng)費(fèi)用常規(guī)做法是在經(jīng)過表面清理的管道外表面逐點(diǎn)逐點(diǎn)地進(jìn)行超聲測(cè)厚、抽檢，而超聲導(dǎo)波檢測(cè)（又稱 長(zhǎng)距離超聲遙探法）讓聲波從一個(gè)探頭環(huán)位置發(fā)射，沿管壁內(nèi)外向遠(yuǎn)處傳播，就能覆蓋長(zhǎng)距離的管 壁，在一定范圍內(nèi)100%檢測(cè)管壁，從而對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)具有重大價(jià)值，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于直徑501200mm的管道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。超聲導(dǎo)波檢測(cè)的工作原理：探頭陣列發(fā)出一束超聲能量脈沖，此脈沖充斥整個(gè)圓周方向和整個(gè)管壁 厚度，向遠(yuǎn)處傳播，導(dǎo)波傳輸

6、過程中遇到缺陷時(shí) , 缺陷在徑向截面上有一定的面積 , 導(dǎo)波會(huì)在缺陷處 返回一定比例的反射波 , 因此可由同一探頭陣列檢出返回信號(hào) -反射波來發(fā)現(xiàn)和判斷缺陷的大小。管 壁厚度中的任何變化，無論內(nèi)壁或外壁，都會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，被探頭陣列接收到，因此可以檢出管 子內(nèi)外壁由腐蝕或侵蝕引起的金屬缺損（缺陷），根據(jù)缺陷產(chǎn)生的附加波型轉(zhuǎn)換信號(hào)，可以把金屬 缺損與管子外形特征（如焊縫輪廓等）識(shí)別開來。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的百分比評(píng)價(jià)（測(cè)得的量值為管子斷面積的百 分比），導(dǎo)波設(shè)備和計(jì)算機(jī)結(jié)合生成的圖像可供專業(yè)人員分析和判斷超聲導(dǎo)波檢測(cè)得到的回波信號(hào)基本上是脈沖回波型，有軸對(duì)稱和非軸對(duì)稱

7、信號(hào)兩種，檢測(cè)中以法蘭、 焊縫回波做基準(zhǔn)，根據(jù)回波幅度、距離、識(shí)別是法蘭或管壁橫截面缺損率的缺陷評(píng)價(jià)門限等以及軸 對(duì)稱和非軸對(duì)稱信號(hào)幅度之比可以評(píng)價(jià)管壁減薄程度，能提供有關(guān)反射體位置和近似尺寸的信息， 確定管道腐蝕的周向和軸向位置，目前超聲導(dǎo)波檢測(cè)靈敏度可達(dá)到截面缺損率3%以上，即一般能檢出占管壁截面 39%以上的缺陷區(qū)以及內(nèi)外壁缺陷。缺陷的檢出和定位借助計(jì)算機(jī)軟件程序顯示和記錄，減少操作判斷的依賴性（避免了操作者技能對(duì) 檢測(cè)結(jié)果的影響），能提供重復(fù)性高、可靠的檢測(cè)結(jié)果。應(yīng)當(dāng)注意超聲導(dǎo)波檢測(cè)不提供壁厚的直接量值，但對(duì)任何管壁深度和環(huán)向?qū)挾确秶鷥?nèi)的金屬缺損都 較敏感，在一定程度上能測(cè)知缺陷的軸向

8、長(zhǎng)度，這是因?yàn)檠毓鼙趥鞑サ膱A周導(dǎo)波會(huì)在每一點(diǎn)與環(huán)狀 截面相互作用，對(duì)截面的減小比較靈敏。超聲導(dǎo)波檢測(cè)的局限性：需要通過實(shí)驗(yàn)選擇最佳頻率，需要采用模擬管壁減薄的對(duì)比試樣管；（據(jù)目前最新技術(shù)資料介紹， 采用掃頻技術(shù)，即在設(shè)定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行全頻掃查，通過比較后確定最合適的實(shí)驗(yàn)頻率，可以大大 提高缺陷的檢出率）；因?yàn)樵跈z測(cè)中是以法蘭、焊縫回波做基準(zhǔn)，因此受焊縫余高（焊縫橫截面）不均勻而影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn) 確程度；多重缺陷會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)；對(duì)于外壁帶有涂防銹油的防腐包覆帶或澆有瀝青層等的管道，超聲導(dǎo)波可檢范圍將明顯縮短，這是 因?yàn)榉栏瘞В▽樱┠芤饘?dǎo)波有較大的衰減；導(dǎo)波通過彎頭后使回波信號(hào)的檢出靈敏度和分辨力受

9、到影響，因?yàn)閷?dǎo)波在圓周方向聲程發(fā)生變化或 者由于壁厚有變化而發(fā)生散射、波型轉(zhuǎn)換和衰減，因此在一次檢測(cè)距離段不宜有過多彎頭；對(duì)于有多種形貌特征的管段，例如在較短的區(qū)段有多個(gè)T 字頭，就不可能進(jìn)行可靠的檢驗(yàn)；最小可檢缺陷、檢測(cè)范圍隨管子狀態(tài)而異，對(duì)于有嚴(yán)重腐蝕的管道，檢測(cè)的長(zhǎng)度范圍有限；導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)的解釋要由訓(xùn)練有素、特別是對(duì)復(fù)雜幾何形狀的管道系統(tǒng)有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員來進(jìn) 行。因此，最好把超聲導(dǎo)波檢測(cè)用作識(shí)別懷疑區(qū)的快速檢測(cè)手段，對(duì)檢岀缺陷的定量只是近似的，因此 在有可能的條件下還應(yīng)采用更精確但速度較慢的NDT方法進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)價(jià)確認(rèn)。亦即采用兩步法：先用導(dǎo)波快速檢測(cè)管子，發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄區(qū)，然后用普通直

10、探頭縱波法進(jìn)行定量測(cè)定，取決于需要的精 度以及壁厚減薄的局部性或普遍性，也可直接用導(dǎo)波遙控法定量測(cè)定壁厚。對(duì)管道進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)的缺陷圓周方向位置定位是以象限劃分的，過去以四象限，目前最新采用的聚焦技術(shù)能夠選擇性地對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)，已能達(dá)到816象限，從而更明確缺陷在管道環(huán)向上的分布，采用聚焦技術(shù)更有利于確定缺陷的尺寸和形狀。不同的超聲波模式（導(dǎo)波技術(shù)中使用的三種主要波型為縱向波、扭轉(zhuǎn)波和彎曲波）對(duì)管道的腐蝕缺 陷特征有不同的靈敏度，因此新發(fā)展的超聲導(dǎo)波技術(shù)采用多模式（多探頭模塊）檢測(cè)，即同時(shí)進(jìn)行 例如縱向波和扭轉(zhuǎn)波操作，可以收集到被檢測(cè)管道更全面的信息而不致發(fā)生漏檢。對(duì)于長(zhǎng)距離管道超

11、聲導(dǎo)波檢測(cè)，每次可以檢測(cè)多長(zhǎng)的管線，這要考慮超聲導(dǎo)波在管道中傳輸?shù)木嚯x， 它取決于管道的表面狀況（例如是否為裸管、保溫層、防腐層以及埋地情況等）、管道的幾何形狀（分支、彎管、支撐和法蘭的情況）、管道中流通的介質(zhì)（氣體、液體或固體），還有管道本身的 腐蝕情況等，這些都會(huì)造成超聲波傳播的能量損失，減少其傳播距離。據(jù)目前最新技術(shù)資料介紹， 在理想狀態(tài)下的單點(diǎn)雙向可以檢測(cè)到360米，典型情況下單點(diǎn)雙向可檢測(cè)60米。長(zhǎng)距離管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度一般是指管道橫截面積的損失量，包括可達(dá)到精度（也稱檢測(cè)精度，但是是指可以部分檢岀，不能達(dá)到100%僉岀）和可靠精度（100%可以檢岀），兩者是有重要區(qū)別的

12、。目前已見報(bào)道的關(guān)于超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)例包括：帶有保溫層的氨水管道、埋地水管、無保 溫層的輸送 CO與H合成烴類的淤漿管道、石油化工廠的交叉管路、儲(chǔ)槽壩壁的管道、道路交叉口地 下管道、天然氣管道、煉油廠火焰加熱器中的垂直管路、帶巖棉保溫介質(zhì)和漆層的架空液化氣管道整焊鍵焊讎1探肯波托SEX超聲導(dǎo)波檢測(cè)的回波信號(hào)顯示示意圖埋設(shè)部應(yīng)計(jì)M機(jī)腐蝕 焊縫匸”怎射按收裝員支架'漏性!超聲遠(yuǎn)程趙測(cè)裝置應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)示言因黔腐鵠/儲(chǔ)料壩里悍耀丘捍望吐檢測(cè)通過請(qǐng)噌規(guī)璧背道的現(xiàn)壻示意圖b J道豁交滅口腐蝕焊縫陽蝕 1 -道路交叉口地下管道檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)示意圖夭蛭宅営it曙穗霜霜霧薩現(xiàn)場(chǎng)英國超聲導(dǎo)波儀 Wavema

13、ker SE16及柔性探頭套環(huán)目前制造超聲導(dǎo)波檢測(cè)裝置的廠家例如英國超聲導(dǎo)波應(yīng)用公司（GULCo.）的管道專用超聲導(dǎo)波檢測(cè)裝置（檢測(cè)頻率自動(dòng)設(shè)定，電池工作），另外還有韓國MKCCHINA公司采用磁致伸縮傳感器 （MsS）技術(shù)的MsSR-2020 AD制導(dǎo)波檢驗(yàn)系統(tǒng)（多用途）。MsSR-2020 AD制導(dǎo)波檢驗(yàn)系統(tǒng)利用磁致伸縮換能器與相應(yīng)儀器在鋼管中產(chǎn)生與探測(cè)用的低頻制導(dǎo)波（5250 kHz）:*高靈敏度（比正常狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)缺陷提高23%）*用于檢驗(yàn)碳鋼和合金鋼管材可達(dá)40英寸直徑，壁厚可達(dá) 1.5英寸*可在高溫下工作（居里溫度在鋼中 770C,鎳中354C,在管道系統(tǒng)檢驗(yàn)中應(yīng)用帶式線圈可達(dá)105

14、C）*傳感器與被檢驗(yàn)材料表面距離2英寸*該技術(shù)是把一個(gè)帶式線圈傳感器圍繞在大的圓柱結(jié)構(gòu)上，或者是用棒型探頭放置在平板構(gòu)件上，通 過線圈的電流脈沖使被檢驗(yàn)構(gòu)件中感應(yīng)產(chǎn)生超聲波傳播，當(dāng)超聲波遇到裂紋或缺陷時(shí)，部分信號(hào)反 射并由傳感器拾取*最適于長(zhǎng)射程的球形構(gòu)件檢驗(yàn)和監(jiān)視大型結(jié)構(gòu)，儀器可容易地檢驗(yàn)位于包括含水或彎曲的，或者埋入混凝土或地下的構(gòu)件中的缺陷，例如輸氣管線，可從一個(gè)暴露端起檢驗(yàn)100米。檢驗(yàn)范圍取決于構(gòu)件的形狀與埋入狀態(tài)，當(dāng)用于檢驗(yàn)熱交換器管時(shí)，可檢驗(yàn)整個(gè)管長(zhǎng)度，包括U形部分。平板金屬或埋藏在混凝土或地下的工字梁和H梁也可以使用棒型探頭進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于鋼纜，可檢驗(yàn)100mm的鋼纜達(dá)100米*也可以監(jiān)視運(yùn)送有毒或酸性介質(zhì)的危險(xiǎn)管道的腐蝕，它們常常是隱藏在絕緣材料下而難以接近，帶式傳感器或板型傳感器可以固定安裝在管道周圍并通過多路器