薄壁管检测过程中超声近场导波的实际运用

目前，在薄壁管道检测中具有很多方法，但是传统的检测方法存在很多弊端，比如检测效率低下、过程繁琐、仪器复杂、可操作性差，基于这种情况在薄壁管道检测过程中应用超声近场导波，能够进行长距离、全面的管道检测。本文就通过对于超声近场导波的分析，探讨超声近场导波在薄壁管检测过程中的应用。

薄壁管应用在航空、电力、天然气、石油等重要工业领域，薄壁管在生产制造的过程中由于制造工艺以及材料的原因，会使得薄壁管存在裂纹、划伤等问题，严重地影响到了薄壁管的使用性能。超声导波检测技术，作为一种新型的无损检测技术，利用超声在管材中传播的周向导波模式，来快速地提取并判断管道中存在缺点的部位，并且检测过程时间短、灵敏度高，本文就对于超声近场导波检测技术进行分析，并探讨其在薄壁管检测中的应用。

超声近场导波的概述

导波的概念

在钢管中超声导波一般有三种形态，即纵向形态波、弯曲形态波和扭转形态波[1]。当一个弹面中半空间被平行于表面的另一平面进行拦截时候，就会使具有一定厚度的方向成为有界的，并且会构成一个无限延伸的弹性平板。在这种情况下，位于板中的纵波、横波以及完全形态的波就会在两个平行的界面中进行反射，即在平行边界制导的超声波在板内进行相应的传播，上述这样一个过程被称为是平板超声波导，在这种情况下超声波传播的板波被称为是Lamb波。另外，在圆柱形、棒形以及层型中传递的超声波都是属于导波，它们的相同之处在于传播的环境都为两个或者多个平行的界面。

超声导波的产生以及基本原理

在应用超声波进行检测时候，被检测的对象常常会被当成是一个理想化的模型，认为是一个具有均匀的无限介质，基于这种情况，体波可以分为两种形式：纵波（或称疏密波、无旋波、拉压波、P波）和横波（或称剪切波、S波），它们以各自的速度传播而无波形耦合。在这种情况下，进行超声波的传递是没有任何形状变化的声波，而超声导波检测技术，就是通过超声波在传递的过程中，由于介质的不理想状态产生的波变，对被检测介质状态进行判断分析的检测技术。

利用超声导波进行薄壁管的检测原理是，在理想的状态下超声波的传递是与一般的超声波一样在传递的过程中具有一定的形状和连续性，而正是由于薄壁管的介质有一定的特殊性，在传递的过程中超声波会发生不同形状的变化，通过相应的设备来捕捉这些形状的波变，来实现对于薄壁管质量的检测。超声导波，又称为是制导波[2]，它产生的原理是与薄板中的兰姆波激励机理相似，通过在有限的介质中进行往返的反射产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。但是，在一定厚度的管壁中进行适当的波形传播，与一般情况下超声波的探伤频率相比要低很多，导波的使用频率会控制在100kHz以下，因此导波对于单个的缺陷检测灵敏度与正常情况下超声波的检测具有很大的不同，导波检测距离一般是在20m～30m之间，并随着距离的远近而发生很大的变化，这种性质的导波在进行使用中的管道内外壁腐蚀以及焊缝危险性缺陷的检测具有很大的优势，它能够完成管道在役状态的快速檢测，内外壁可一次探测到，也能检出管子断面的平面状缺陷。

超声导波检测的优点分析

在使用超声导波进行检测的过程中，具有以下优点：第一，穿透能力较强，超声波在钢制材料中的有效深度可以高达1m以上，对于平面形状的管壁缺陷，利用超声导波检测能够在很短的时间内检测出来；第二，检测的精度较高，使用超声导波进行检测可以对于被测量对象的缺陷形状、深度、大小能够清晰的进行检测分析；第三，超声导波检测使用的设备轻便，操作简单，能够满足在不同场合不同情况下的管道检测，还有利于实现自动化的检测。

超声近场导波在薄壁管检测过程中的应用

检测中的要求

薄壁管检测过程中对于管壁内部的裂纹、夹层杂质、气孔缝多种缺陷都需要有一个精确的检测，在使用超声近场导波进行检测的过程中，具有很高的要求，基于薄壁管的自身特点与航空不锈钢管损伤检测标准对比，在管壁厚度、管槽长度等多项参数指标都具有不同之处，表1为薄壁钢管与航空不锈钢管损伤检验标准对比表。

表1

薄壁管与航空不锈钢管损伤检测参数对比表

类 型 壁厚（mm） 槽长（mm） 槽深（mm） 槽深与槽厚比例

薄壁管 0.56 0.39 最小0.03 最小0.03

航空不锈钢管 1.6 5.1 最小0.06 最小0.03

由表1可以看出，在进行薄壁管检测时候，需要检测的标准要求较高，并且检测范围相对较小，对于缺陷的定位精度要求较高。

检测的过程

1）检测设备的选择。本文就超声近场导波在薄壁管检测中的应用研究，采用的检测设备为ISONIC2005仪器的导波检测功能[4]进行检测，所使用的导波探头为国内某厂家定制的，详细的参数见表2。

试验样品的选择为直径为60mm×6mm的20G钢管制作对比试样，制作的标准依据国家对于无缝钢管超声探伤检验方法来进行制作，其钢管内部周向槽尺寸示意图如图1所示，钢管外壁纵向槽尺寸如图2所示。

图2中，1#、2#、3#、4#，为在内部进行加工的纵向槽，槽深和槽宽分别为1.5×0.5、1×0.5、0.4×0.3、0.3×0.3，单位均为毫米。图2中5个纵向槽的宽度依次为0.5mm、0.5mm、0.3mm、0.3mm、0.3mm，槽与槽之间的间距为30mm。

2）纵向导波检测。

图3为纵向导波检测内部周向槽时候，检测波达到满屏时候，不同高度与检测距离之间的关系。由图3的分析，在达到20%时候为灵敏度的极限，在导波检测距离的增加过程中，波的反射能力会随之下降。其中深度大于1mm的内部周向槽，深度越深，检测距离越远；反之，检测距离会迅速的下降。

3）周向导波检测。

图4

图4为超声周向导波对纵向槽检测结果，其中在反射波达到20%时候，检测距离1#为140mm、2#为135mm、3#为116mm、4#为95mm、5#为85mm，可以分析出槽深对于导波的传播距离会有一定的影响。

4）结果分析。综上试验结果分析，在进行超声导波对于薄壁管践行检测过程中，一般导波的探头与缺陷之间的距离增加的过程中，缺陷的回波幅度会下降，另外导波在记录不断增加的过程中导波会越来越小。因此，在薄壁管检测过程中应用超声近场导波时候，要控制好探头的检测距离，并且要控制好检测的时间。

应用案例分析

在我国管道工程使用中，输气管道是作为人们生活和生产必须的管道工程，对输气管道进行检测，是保证输气运输安全、稳定、可靠的基础保障工作，但是由于输气管道一般是埋于地下，会受到水源以及雨水的腐蚀，在进行检测时候采用一般的检测方法需要先进行管道的开挖、并且需要剥离防腐层等，还要对于检测的角度进行不停的变换，检测的效率低下。在输气管道中应用超声近场导波检测技术，可以实现检测精度高、便捷，通过对于输气管道的回波信号的处理、分析，可以对管道进行100%的直接评估，检测的过程中只需要将传感器安装在地面管道部分或部分开挖就可以实现管道检测的全方位分析，不仅能够优化检测的工艺，还能够减少停油停气、管线的开挖以及管道维修的费用。

结论

综上所述，薄壁管在各个行业应用十分广泛，超声近场导波检测技术具有很大的实际意义。本文通过对于超声导波检测技术的分析，并探讨了超声近场导波检测技术在薄壁管检测中的应用，希望可以为相关研究人员提供一些参考。

参考文献

[1]邢耀淇，高佳楠，陈以方.超声近场导波在薄壁管检测中的应用[J].无损检测，2016，38（2）：5-8.

[2]赵远.超声导波对小直径薄壁无缝管周向检测的应用研究[J].焊管，2016，39（11）：52-54.

[3]丛思超，王觉.超声导波检测技术在小直径管检测中的應用[J].石化技术，2016，23（9）：71-72.

[4]吴兴昌，王吉满，赵成祥，等.超声导波在管道检测中的应用[J].科研，2016（12）：00020.

（作者简介：孔明，西安三环科技开发总公司。）