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压力管道超声导波检测技术应用研究 郑满荣 (福建省锅炉压力容器检验研究院，福建福州 3 5 0 0 0 8 )

摘

要：介绍了超声导波检测技术的工作原理，通过比较实验室模拟管道和现场压力管道的检测结果，提出实际检测中需重点解决的

技术问题。

关键词：压力管道；超声导波检测；应用

0引言 管道广泛应用与石油、化工、冶金、制药、能源和环保等行

波检测和多模态检测，并具备沿圆周方向每隔 4 5￣分别进行聚

焦的能力。实际检测中，一般采用多模态检测，对异常位置进行聚焦检测。多模态检测的优点是既可以发射两种模式的声波， 又可以接受相同或不同的声波，极大地增加了缺陷的检出率。

业，担负着高温、高压、易燃、易爆和有毒等介质的输送任务。由 于管道在长期使用中受冲刷和腐蚀导致管壁减薄，泄漏事故时 有发生，不仅造成经济上的巨大损失，且会污染环境影响生态

而聚焦功能则可以初步确定异常点在管道环向的位置和环向 长度，也可以估计出缺陷的深度。

平衡。尽管常规无损检测方法如超声波检测、磁粉检测等对管道检测技术比较成熟，但常规无损检测都存在一个严重的不 足，就是检测过程为逐点扫描式，因此常规无损检测方法无法

满足目前成千上万公里的管道检测，而超声导波检测技术是解 决这一问题的潜在可行的方法 _ 1]。

超声导波技术是近年来发展起来的一种专门针对管道金属腐蚀的无损检测方法。根据低频超声导波沿传播路径衰减小 的特性，该技术可以对管道进行较长距离的非接触式检测，可

在充液、埋地或包覆层的管道中传播，克服了传统无损检测方 法需要逐点扫描的缺点，从而使得检测此类压力管道的费用大大降低。

1超声导波检测技术介绍 1 . 1压力管道超声导波检测的基本原理 超声导波激发的声波频率只有数十千赫兹，可穿透整个管壁，并延管壁传播数十甚至上百米。当它在传播过程中碰到缺 陷、异质体或者结构形状变化的地方时，脉冲波发生发射并延管壁返回传感器而被接收[。这样一种工作方式决定了超声导 图 1超声导波检测系统及实验室模拟管道

检测系统可根据不同管径配置不同规

格的卡具，每个卡具可安装不同数量的多功能模块，一般模块的数量为 8的倍数， 故卡具也称为八分仪；每个模块可以装 3￣ 5个检测探头，一般装 3个纵波探头和 2个扭曲波探头。卡具安装上被测管道后， 需要对气囊增压，保证探头与被检管道表面耦合效果。系统默

波这种检测技术的特点，即完全覆盖管壁，实现大范围远距离 扫查。

低频导波从固定在管道周围的探头环发射，不需要液体进行耦合，采用机械或气体施加到探头的背面以保证探头压电晶

认通过 2 0~ 9 1 k H z共 1 0个频率进行扫查，且自动从检测结果中分别选取一个纵波和扭曲波作为推荐频谱。

片与管道表面接触良好。管道环向的超声波探头均匀的间隔排列，使得声波以管道轴芯为对称传播。影响导波传播的因素主 要有声波的频率和材料的厚度，在遇到管壁截面积发生变化的

1 . 3 D A C曲线的定义 上述超声导波检测系统定义了 4条 D A C曲线，——黑色

位置，无论增加或减少，一定比例能量被反射回到探头，为检测 不连续性提供了可能。管道的特征部位如环形焊缝，壁厚的增加在管道周向是对称的，因此反射的声波也是对称的；而在有腐蚀的区域，厚度的减少将是不对称的，导致入射声波的散射附加到反射波中并发生模式转换，因此组成的反射波模式加上模式转换组份。模式转换声波由于不统一的声源趋于产生管道弯曲波。超声导波检测系统能够检测和区分对称波和弯曲波， 且能分别显示[]。

曲线表示 1 0 0%反射 (法兰，管端，……);——蓝色曲线表示一 1 4 d B( 2 0%的截面变化)反射 (直段环焊缝);——红色曲线表 示一 2 0 d B的反射；——绿色曲线表示一 2 6 d B的反射 ( 9%截面变

化);——由黑色点标记的曲线代表一 3 2 d B( 3%截面变化)的反 射(噪声线)。

2实验室及现场检测应用 2 . 1实验室模拟管道 根据超声导波检测技术特点，在实验室内制作一段长约 1 0 m的管道，其中，下方水平管段由 2个 1 . 5 m和 1个 3 m的管子对接焊接，两个弯头中问由 1个 1 . 2 m的垂直管段对接焊接，

1 . 2导波检测设备 图 1为超声导波检测系统。该系统可进

行纵波检测、扭曲 1 6 4广东科技2 0 1 3 9第1 8期