目前国内外对导波在高压锅炉管中的传达散射特性 还缺乏足够的认识 随着理论研究的逐步深入和实 际检验中大范围应用 以及信号处置 模式识别 人工智能和专家系统等技术的不时幼稚 导波技术将会成为电力工程非常便利有效的检测手段 无缝高压锅炉管和具有覆盖物的线管件进行检测 具有效率高 代价低的优势 因此成为目前管件 无损检测的热门课题 但由于导波的多模和色散特性。>

高压锅炉管超声导波检测技术

套管、岩心管使用过程中常因无缝钢管原始制造缺陷、磨 损、腐蚀、变形、裂纹 等而发生损坏。保守的无缝高压锅炉管检验方法是利用涡流检测仪对管件进行探 伤。由于涡流检验原理的本征局限，电力工程勘探用套管 岩心管通常用优质无缝高压锅炉管加工而成。管子端部总存在200mm左右的检 验盲区，而这些盲区往往又是加工、制造、使用的单薄环节，容易呈现多种缺陷；另外，涡流检测时探头需螺旋式前进，不只设备复杂，而且需逐点探 测，检验时间长，效率低，不能满足现场对工期的要求

以快速提取管子缺陷的超声信号，本文利用超声在高压锅炉管子中传播的导波模式。克服涡流检测管端盲区，实现对管子的长距离快速检测。所研制的超声导波探头可以极大地缩短检测时间，检测出高压锅炉管质量隐患

1超声导波的基本原理

扰动源的激发下发生，超声波的实质是机械振动。并通过介质传达，因而它既携带扰动源的信息，同时又包括介质自身的特征，对超声波传播的数学描述是

作为超声波传播介质的工 件往往有很多声学性质不连续的交界面存在当介质中有一个以上的交界面存在时，式中 Ck=∞(kk∞ k群速度 若圆频率是波数k线性实函数 则相 速度 C与 k无 关 此波为非弥散 波 如果 ∞ k≠0则 为弥散波 导 致超声波弥散的原因有物理弥散和几何弥散。物理弥散是由于介质的特性而引起的而几何弥散由于介质的几何效应引起 超声导波技术则利用传达介质几何上某些特征尺寸而导致的几何弥 散效应 实际检测中。超声波就会在这些界面 间发生多次往 复反射，并进 一步产生复杂干涉作用 由于受 这些界面几何尺寸 影 响，超声波的传达速度将依赖于波的频 率 从而导致波几何弥散 由于超声波在交界面上的复杂 为 如果工件的交界面复杂无规则 则导波信号很难识别，所以导波技术 一般用于特殊的规则的工件(板 管 棒等 检测 无缝高压锅炉管中的超声导波技术则是利用管子的几何效应 管子中激发导波 导波可沿轴向传达数米至数十米 因此利用高压锅炉管壁中沿管子轴向传播的导波可对管子进行长距离快速无损检测

2导波的频散特性和谐振模式

质点振动最大振幅的传达 速 度群 速度 不 同于各单个 传达 速度 相速度 导波能量 以群 速度 向前传达 相速度则 随频率的不 同而有所改变 导波相速度不 仅取决于探头频 率 还与高压锅炉管特性 包括材质的声学性质和规格尺寸)有关 即使同类资料的管子 如果其壁厚和直径不同 其频散曲线也不同。这给导波技术的实际检测应用带来很大的方便 实验中可通过对探头频率 调节和探头结构的设计 选择适当的导波模式 并辅以信号处置和模式识 别等工具，2．1导波的频散特性当把被测物件视为无限均匀弹性介质时 各种类型的反射波 透射波以及界 面等以恒定的速度传播 传达速度只与传达介质本 身材质有关 而当超声波倾斜人射到各向同性的高压锅炉管边境上 波源处的机 械振动在高压锅炉管中传播时 由于管子自由表 面的反射 波运动变 为轴 向运动 和径 向运动 合成 使得超声 波被拘束在管状 边境 内而形成导波 频散是导波 特征之一 即超声波 相 速度随频率不同而有所 变化 由于导波脉冲 由多个不 同频率 谐波成分叠 加而成 介质质点振动是各个波作用下振动的合成。来 解决实际工程高压锅炉管探伤问题

2．2导 谐振模式

另一类是非轴对称模式 轴对称模式导波激发比拟容易，高压锅炉管中导波的激发有多种方法 不同结构探头激励下 管子中可激 发出不同谐振模式的导波 管中常见的导波谐振模式主要有两大类 一类是轴对称模式。可将探头以环状阵列放置 管子外侧 得到轴对称扭 转模 导波，此模式下 管子的每个横截面都保持原来的平面不变 并围绕其中心旋转，其轴线未被扰 动而坚持原状 将探头 放于管子中 从高压锅炉管内激发出管壁 中的轴对称纵 向模式导波 还可用梳状探 头等 间隔 振 动单元发生周 期性 振动 激发出波长与梳状结构间隔相 同的导波 兰姆波 另外 利用其它产 生兰姆波 方 法也可实现轴 对称纵 向模式 导波 激发 对于这种模式 管子 各个单元作 展和收缩运动 但不会出现轴线 横 向位 移 而非轴对称模式 导波 可 由超声 波斜 探 头置 于高压锅炉管上激发 所激发的非轴对称模式导波可以理解为双螺旋形式，从探头处 开始 向管 子两侧散开，高压锅炉管另一侧聚拢再散开 超声波以此方式沿管子轴向传播

3导波探头设计

实际应用中 导波探头的设计取决于以下几个方面

a 高压锅炉管中导波的频散曲线

b待检验管件的规格 包括外径 壁厚等)与声学特性

c检测灵敏度

d高压锅炉管管件中缺陷的性质 原始制造缺陷还是服役期间可能发生的缺 陷

e检测环境 包括温 度 外表状态 等)

选择的研究对象规格为 ,根据电力勘探的实际需要。I,60mm4mm材质为20钢的薄壁小径高压锅炉管 根据小径管的特点和检测现场实 际情况 决定 采用轴对称 纵向模式导波。探头 具体 参数可根据被测件的频 散 曲线和楔块 而定 实验中采用复合 料压电晶片 所设计的DB．1型导 波探 头。由于本文所 检测的为薄壁小径锅炉管这种探头在高压锅炉管中所激发 导 波可视为板中的兰姆波 此模式下，导 波在传达 过程中频散较 小 波形散开水平小 时域 管段检测 b良好 现场可操 作性，灵敏度不 受上该模式导波最先到达，较易识别。管子附上沙土和其它覆 盖物 影响 能发现涡流检

4检测应用测所不能发现的大面积腐蚀、凹坑等缺陷。

4．1试块设计

设计参考试块，根据无缝高压锅炉管容易呈现的主要缺陷类型。试块上用机加工方法制成模拟管子内外壁缺陷的人工反射体 如不同尺寸的通孑L和内外壁刻槽 ．是其中的试块之一 从待检的工件上截取而得，主要作为评价缺陷当量大小的依据，并用于调节探伤灵敏度。

以利于管子表 面与探头 圆弧 接触 和声 耦合 耦合剂 采用黏度较 大的机油 对于无缝薄壁管 导波在小口径高压锅炉管内外壁的振动位移形态相仿，4．2检测方法检测时 先将高压锅炉管外表面放置导波探头处 油漆 氧化皮除去。对 同一管子内外壁上同等缺陷有 着相 近的检 出能力 当导波入射 裂纹等危险性缺 陷时 反射波信号强烈 波形尖锐 而 当内外壁上 腐蚀 坑 等缺 陷 其反射声压低 动态变化反应迟缓 因此容易 区分

4．3实 际测试情况

导波检测技术有两个主要特点 无缝锅炉管30根 利用研制的导波探头 和所设计的参考试块调节仪器和探伤灵敏度 并 重新 进行 测试 缺 陷评定时仍然参照 GBT5777--1996中的有关规定进行 测试中发现30根高压锅炉管中有4根存在缺陷信号 判为不合格 此结果为实际的解剖所证实 与涡流检测相比。>

每次只需接触一次即可完成长距离的高压锅炉管段检测 a检验速度快。

b良好的现场可操作性 灵敏度不受高压锅炉管附上沙土和其它覆盖物的影 响 能发现涡流检测所不能发现的大面积腐蚀 凹坑等缺陷。

5结束语

聊城久煜商贸有限公司钢管长度可5.8米定尺,6米定尺,以及长达16米定尺,还可根据用户需要定尺. 主营材质:10#、20#、45#、20G、40Cr、20Gr、16Mn-45Mn、27SiMn、Cr5Mo、12CrMo(T12)、12Cr1MoV、12Cr1MoVG、10CrMo910、 15CrMo、35CrMo、40CrMo等.
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