压力管道低频导波检测技术应用性分析

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1、压力管道低频导波检测技术应用性研究效。Alley和Cawle)91。7】已检测了L(0，2)模态在焊逢和管道接头的反射，证明了此模态可以在湿或干的、具有外包层的条件下，沿管道传播几十米的距离。美国的PeterCawley，D．N．Alleyne等[IS,19]实现超声导波检测技术的商业化应用，开发出检测板、管道、铁轨的专用仪器与分析软件。JosephL．Rose和XiaolingZha0【20】已经在进行管道弯头处缺陷检测的研究；国际焊接协会(TWI)率先应用低频超声检测技术提出的解决长距离管道金属损失检测这一难题的方案。在取得阶段性成果之后，于199

2、8年将研究的成果汇总，成立了PlantIntegrity公司，研制出了达到商业使用的Teletst设备。而国内对超声导波检测技术的研究起步较晚，也没有相应成型的仪器或设备，但近年来在许多学者的努力下，国内对该项技术的研究已取得了一定进展。焦敬品等【2l】对超声导波在管道中的检测进展进行了综述，对国内学者对该领域的认识和研究起到了一定的促进作用。刘镇清【22】对圆管中超声导波及其在无损检测中的应用作了介绍，并分别在不锈钢直管、铜弯管、工程塑料管进行了实验，得到了初步的结果。他得安【23】等研究了传播距离对管道中超声导波传播特性的影响。在检测技术应用方面，

3、蔡国宁介绍了液化气管道的超声导波检测方法【241，李衍、强天鹏进行了在役管道的超声导波试验性研列251。1．3课题来源和主要研究内容“压力管道超声导波检测方法的应用研究”项目为中海石油技术检测有限公司科研课题，主要内容是研究低频超声导波技术在管道检验中应用的可行性，具体包括：l、超声导波检测技术理论研究2、管道腐蚀低频超声导波检验技术应用对Teletest低频导波检测系统工作原理及工作模式进行研究，并对典型缺陷信号进行分析比较。4大连理工大学专业学位硕士2超声导波检测技术理论研究2．1导波理论在无限均匀介质中传播的波称为体波，体波有两种：一种叫做纵波(

4、或称疏密波、无旋波、拉压波、P波)；一种叫做横波(或称剪切波、S波)，它们以各自的特征速度传播。而无波形耦合。据观测，纵波的速度约为横波速度的两倍。若一个无限空间被平行于表面的另一个平面所截，从而使其厚度方向成为有界的，这就构成了一个无限延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进，即平行的边界制导超声波在板内传播。这样的一个系统称为平板超声波导。在此板状波导中传播的超声波即所谓的板波(或Lamb波)。Lamb波是超声无损检测中最常用的一种导波形式。除此之外，圆柱壳、棒及层状的弹性体都是典型的波导。其共

5、同特性是由两个或更多的平行界面存在而引入一个或多个特征尺寸(如壁厚、直径、厚度等)到问题中来。在波导中传播的超声波称为超声导波。在圆柱和圆柱壳中传播的导波称为柱面导波。导波在传播过程中如果遇到缺陷或边界就会被反射回来。利用导波进行无损检测的最大优点就是它检测的全面性和它的低耗费，对于一没有缺陷的管道，导波能在其中传播至少100米，在几秒之内就能完成基于时域信号接收的整个管道的检测。导波检测的另一优点是只需局部贴近试件，例如管道端部或是管道上的某一小区域。这可应用于只能在有限范围内贴近试件的管道检测。2．1．1导波的相速度与群速度相速度与群速度是导波理论

6、中两个最基本的概念，相速度是振动状态在介质中的传播速度，是波上相位固定的一点沿传播方向的传播速度，它代表等相位点的传播速度。而群速度则是在频散介质中，为定义多频波群体的传播速度而引入的，是指弹性波的包络上具有某种特性(如幅值最大)的点的传播速度，图2．1多模式导波接收波形Fig2．1Multi-modeguided-wavereceiverwavefonn图2．2群速度与相速度的关系Fig2．2Therelationshipbetweengroupvelocityandphasevelocity压力管道低频导波检测技术应用性研究是波群的能量传播速度。值

7、得注意的一点是，导波以其群速度向前传播，其群速度与相速度有不一致的现象。从下面的例子中亦可做一定量分析。如图2．1所示，同时发射并接收两个模态的超声导波，假定它们在超声波导中传播的距离一致，由于图中的模态l导波较模态2导波靠前，则可认为模态l的群速度比模态2的群速度快。导波的群速度快并不意味着其相速度快，反之亦然。又如图2．2中的波形a为超声波发射与接收探头在一定距离时得到的一个导波波形。当两探头的间距加大出后波形的包络明显向后移动一段时间tl，两波形的等相位点相差的时间为t2。工程上，就可借此粗略地估计这种模态导波在图2-2所示超声波频率附近的相速度

8、Cp和群速度Cg为q：等(2．1)‘2c。：型(2．2)’^故某一频率点上导波的群速度很小，却