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1、2006年管道技术与设备2006第6期PipelineTechniqueandEquipmentNo16管道超声导波检测技术董为荣,帅建(中国石油大学(北京),北京102249)摘要:介绍了管道超声导波检测技术的理论基础,指出了这一检测方法的技术关键;同时对现有已用于工程应用的导波检测设备与导波检测实验系统作了描述和对比;总结了目前成熟的缺陷识别定位方法,在此基础上,对管道超声导波检测技术的广泛应用提出几点展望。关键词:超声导波;管道;检测;缺陷识别中图分类号:TE97316文献标识码:A文章编号:1004-9614(2006)06-0021-03UltrasonicGui
2、dedWaveDetectionTechnologyinPipesDONGWei2rong,SHUAIJian(ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)Abstract:Inthispaper,anoverviewofthebasictheoryoftheultrasonicguidedwavedetectiontechnologywaspresentedandthekeypointofthistechnologywaspointedout.Thecurrentultrasonicguidedwavedetectione
3、quipmentsinengineeringandtheexperimentweredescribedandcompared.Thedefectidentificationandpositioningmethodswerediscussed.Basedonthis,Webringforwardsomepointsconcerningtheprospectforthistechnology.Keywords:ultrasonicguidedwave;pipeline;detection;defectidentification0引言象,分析纵波管道检测的灵敏度。在油气管道完整
4、性检测中,超声导波检测技术(Ultrasonic2管道中导波理论基础GuidedWave)与传统检测方法相比具有突出的优点。一方面,2.1导波的传播由于超声导波沿传播路径衰减小,可沿管道传播几十m远的距机械振动在弹性介质中的传播称为弹性波(声波)。将弹离,且回波信号包含管道整体性信息。因此,相对于超声检测、性介质定义为波导,在波导中传播的超声波称为超声导波。传漏磁检测等常规无损检测技术,导波检测技术实际上是检测了播速度只与介质材料密度和弹性性质有关,不依赖于波动本身一条线,而非一点;另一方面,由于超声导波在管的内、外表面的特性。在传播过程中,一定频率相近的一族波叠加形成波和
5、中部都有质点的振动,声场遍及整个壁厚,因此,整个壁厚都包,此波包的速度称为群速度,而其中每一相波的速度称为相可以被检测到,这就意味着既可以检测管道的内部缺陷也可以速度。检测管道的表面缺陷。因此研究超声导波在管道中的激励、接由弹性动力学可知,各向同性均匀的线弹性体的运动由纳收、应用与缺陷定位等问题,将对导波技术在工程中成熟应用维方程决定,假定方程解具有谐波形式,则质点位移分量为具有重要的意义。ur=Ur(r)cosnθcos(ωt+kz)1国内外研究概况uθ=Uθ(r)sinnθcos(ωt+kz)(1)国外的导波理论研究经历了弹性波在板状有界波导中的uz=Uz(r)cosn
6、θsin(ωt+kz)传播特性理论推导到将导波技术应用于管道缺陷检测研究的式中:n为环向阶数,n=0,1,2,3⋯;Ur,Uθ,Uz为由Bessel函过程。目前,国外导波检测技术在工程中的应用已相对成熟,数(或者为修正的Bessel函数,取决于幅角)构成的相应的位移试验研究的热点也集中在利用“弯曲模态调节技术”对管道弯幅度,详见文献[1]。头处检测及进行充液管道导波检测的研究。管道中沿Z轴方向传播3种导波模式:纵向模态和扭转模国内的超声导波检测技术方面的研究较国外起步晚,但在态是轴对称模态,弯曲模态是非轴对称模态。沿用Meitzler相关各领域也展开了广泛研究。理论方面,根
7、据弹性纵波理(1961),Zemanek(1972)与Silk和Bainton(1979)采用的符号表示论,通过计算分析管中导波的频散曲线,讨论了L(0,2)模式导如下[1]:纵向模态为L(0,m)(轴对称);扭转模态为T(0,m)(轴波在裂纹处的反射和透射规律,从而根据导波反射时间和强度对称);弯曲模态为F(n,m)(非轴对称)。图1为3种模态导波确定出裂纹的位置和尺寸;实验方面,采用合理的传感器设计的示意图。方案,在管道中抑制其他模态导波,激励理想的L(0,2)模式导在位移分量表达式中,环向阶次n反映该模态绕管
