超聲波檢測在煤氣管線上的應用

王宗偉

徐州技師學院

超聲波檢測在煤氣管線上的應用

王宗偉

徐州技師學院

在煤氣管道這種承壓設備埋入地下之前，必須首先進行焊縫檢測，做到有備無患或者少患，因為這些承壓管線在焊接的時候，由于焊接設備和焊接技術以及焊接工藝參數的調整和變動等因素的影響，勢必造成焊接質量存在這樣那樣的問題。如果不進行檢測將把帶有殘缺的管線埋入地下，就會造成壽命縮短，漏氣等各方面的問題。本文就以超聲波檢測技術在煤氣管線中的應用，講述超聲波檢測技術。

超聲波；煤氣管線；超聲波檢測技術

一、超聲波簡介

超聲波是指任何聲波或振動，其頻率超過人類耳朵可以聽到的最高閾值20千赫。超聲波由于其高頻特性而被廣泛應用于眾多領域，比如金屬探傷，工件清洗等。超聲波在實際應用中又分為功率超聲波及檢測超聲波。它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在密度較大的固體及液體中傳播距離遠，可用于測距、工業探傷、醫用B超聲、清洗、焊接、鉆孔、碎石、殺菌消毒等。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz～20000Hz。當聲波的振動頻率小于20Hz或大于20000Hz時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫學診斷的超聲波頻率為1兆赫茲～10兆赫茲。理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質中傳播時，介質質點振動的頻率很高，因而能量很大.在中國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內，就可以增加室內空氣濕度，這就是超聲波加濕器的原理。如咽喉炎、氣管炎等疾病，很難利用血流使藥物到達患病的部位，利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠提高療效。利用超聲波巨大的能量還可以使人體內的結石做劇烈的受迫振動而破碎，從而減緩病痛，達到治愈的目的。超聲波在醫學方面應用非常廣泛，像現在的彩超、B超、碎石（例如膽結石、腎結石、祛眼袋之類），還能破壞細菌結構，對物品進行殺菌消毒。

二、超聲波檢測

1、超聲波檢測原理

超聲波探傷是利用材料及其缺陷的聲學性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透時間的能量變化來檢驗材料內部缺陷的無損檢測方法。脈沖反射法在垂直探傷時用縱波，在斜射探傷時用橫波。脈沖反射法有縱波探傷和橫波探傷。在超聲波儀器示波屏上，以橫坐標代表聲波的傳播時間，以縱坐標表示回波信號幅度。對于同一均勻介質，脈沖波的傳播時間與聲程成正比。因此可由缺陷回波信號的出現判斷缺陷的存在；又可由回波信號出現的位置來確定缺陷距探測面的距離，實現缺陷定位；通過回波幅度來判斷缺陷的當量大小。

2、超聲波檢測優缺點

超聲波探傷優點是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷進行定位和定量。超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀，探傷技術難度大，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結果不便于保存，超聲波檢測對工作表面要求平滑，要求富有經驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類、適合于厚度較大的零件檢驗，使超聲波探傷也具有其局限性。超聲波探傷儀的種類繁多，但脈沖反射式超聲波探傷儀應用最廣。一般在均勻材料中，缺陷的存在將造成材料不連續，這種不連續往往有造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質的界面上會發生反射。反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據這個原理設計的。脈沖反射式超聲波探傷儀大部分都是A掃描式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個工件中存在一個缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之間形成了一個不同介質之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發射的超聲波遇到這個界面之后就會發生反射，反射回來的能量又被探頭接收到，在顯示器屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷波在被檢測材料中的深度。這個反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質。

三、埋入地下的常見煤氣管道

1、鍍鋅管：鍍鋅層易出現磨損脫落，管壁銹蝕堵塞管道，以及產生水垢和滋生細菌，不僅實際使用壽命都不足10年，還給日常的生活埋下了疾病的隱患。2、復合管：復合管是取代鍍鋅鋼管形成的第二輪熱潮的管材，按金屬管的位置不同，復合管有三種類型：（1)金屬管在外側，如襯塑鋼管、涂塑鋼管、鋁合金襯塑管等；（2)金屬管在內側，如塑覆銅管、塑覆不銹鋼管等；（3)金屬管在中間，如鋁塑復合管、鋼骨架塑料復合管、內外涂塑復合管等；3、銅管：從熱水管擴大應用至冷水管；從高標準建筑擴大應用至中標準建筑，但近些年來，由于人們對“藍水“現象的重視，以及期貨市場的惡意炒作，在一定程度上影響了銅管的進一步應用。而鑄鐵管在建筑給水管材的應用環境上有諸多限制，人們關注的焦點則集中在不銹鋼管上[1]。4、不銹鋼管：不銹鋼是一種無污染的金屬材料，物理性能優良，性價比高、一勞永逸，不銹鋼不僅在食品工業包括飲料，乳品，釀造，制藥工業，餐具炊具等行業，并且還廣泛用于對材料安全性和清潔性要求極高的醫用人體如各種支架、人工關節和體內鋼釘等。

四、超聲波檢測鋼管

1、超聲波檢測鋼管缺陷要點。由于外圓并不是嚴格意義上的圓，表面比較粗燥，自動掃描波動較大，管徑徑小于1.0m時應埋設雙管；管徑在1.0～2.5m時應埋設三根管；管徑2.5m以上應埋設四根管。聲波檢測管宜采用鋼管、塑料管或鋼質波紋管，其內徑宜為50～60mm。鋼管宜用螺紋連接，管的下端應封閉，上端應加蓋，檢測管可焊接或綁扎在鋼筋籠的內側，檢測管之間應相互平行。2、具體方法。（1）焊縫檢測一般采用一種K值探頭，利用一次反射法在焊縫的單面雙側對整個焊接接頭進行檢測。當母材厚度大于46mm時，采用雙面雙側直射法檢測。對于要求比較高的焊縫，根據實際需要也可將焊縫余高磨平，直接在焊縫上檢測。（2）檢測區域的寬度是焊縫本身，再加上焊縫兩側各相當于母材厚度的30%的一段區域，這個區域最小為5mm，最大為10mm。（3）探頭移動區應清除焊接飛濺、鐵屑、油垢及其它雜質。檢測表面應平整光滑，便于探頭的自由掃查，其表面粗糙度Ra應小于等于6.3μm，一般應進行打磨。Ⅰ.采用一次反射法檢測時，探頭移動區應不小于1.25P；P=2TK。式中：P--跨距，mm；T--母材厚度，mm；K--探頭K值。Ⅱ.采用直射法檢測時，探頭移動區應不小于0.75P。（4）去除余高的焊縫，應將余高打磨到與相鄰母材平齊.保留余高的焊縫，如果焊縫表面有咬邊.較大的隆起和凹陷等也應進行適當的修磨，并作圓滑過渡，以免影響檢測結果的評定。

[1]《超聲波檢測》中國機械工程協會無損檢測分會編寫.機械工業出版社，2009年10月第一版.

[2]郭偉主編.《超聲檢測》.機械工業出版社，2014-09-01.第一版.