壓力管道的快速精準(zhǔn)檢測
——超聲異波探傷技術(shù)原理介紹

■文/王 亮 朱光藝 買買提艾力·肉孜 艾 紅

壓力管道的快速精準(zhǔn)檢測
——超聲異波探傷技術(shù)原理介紹

■文/王 亮 朱光藝 買買提艾力·肉孜 艾 紅

本文介紹了超聲波導(dǎo)波技術(shù)，并結(jié)合衍射時(shí)差法超聲檢測技術(shù)對壓力管道進(jìn)行快速精準(zhǔn)的檢測的原理。

長輸管道、民用燃?xì)狻崃艿酪约板仩t用管道常采用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管加工而成，在使用過程中常因無縫鋼管原始缺陷、磨損、腐蝕、變形、裂紋等原因而發(fā)生破壞。特別是管道中存在軸向缺陷時(shí)（如裂紋、劃傷、重皮、折疊等缺陷），對管道的安全運(yùn)行危害很大。管道檢驗(yàn)的常規(guī)方法存在嚴(yán)重的不足：逐點(diǎn)掃查式的工作過程導(dǎo)致工作量巨大，效率低下，漏檢率高。對于長達(dá)數(shù)公里的管道而言，若進(jìn)行全面檢測，任務(wù)將是非常艱巨，且可靠性差。

近年來,一種能夠進(jìn)行快速、長距離、大范圍、先進(jìn)的管道無損檢測方法，即超聲導(dǎo)波（Ultrasonic Guided Waves）技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。在固體中傳播的超聲導(dǎo)波，由于本身的特性，沿傳播路徑衰減很小，可以克服逐點(diǎn)掃描法的缺點(diǎn)進(jìn)行長距離、大范圍的全面檢測，其檢測速度快、可靠性高。在快速檢測的基礎(chǔ)上，有效利用衍射時(shí)差法超聲（TOFD）檢測技術(shù)對發(fā)現(xiàn)的有懷疑缺陷處進(jìn)行精準(zhǔn)的檢測，可以實(shí)現(xiàn)對缺陷的精確判斷和測量。

對比試樣

用鋼管與被檢驗(yàn)鋼管應(yīng)具有相同的名義尺寸并具有相似的化學(xué)成分、表面狀況、熱處理狀態(tài)和聲學(xué)性能。制作對比試樣用鋼管上不得有影響探傷設(shè)備綜合性能測試的自然缺陷。人工缺陷形狀如圖1、圖2、圖3：

圖1 V形槽口α=60°

圖2 管樣試塊形狀示意圖

圖3 矩形槽口

檢驗(yàn)縱向缺陷和橫向缺陷所用的人工缺陷應(yīng)分別為平行于管軸的縱向槽口和垂直于管軸的橫向槽口，其斷面形狀均可為矩形或V形圖。矩形槽口的兩個(gè)側(cè)面應(yīng)相互平行且垂直于槽口底面。當(dāng)采用電蝕法加工時(shí)，允許槽口底面和底面角部略呈圓形。

檢測面的準(zhǔn)備

檢測時(shí)，根據(jù)需檢測的管道缺陷走向，先將管子外表面任意環(huán)向或縱向50mm寬放置導(dǎo)波探頭區(qū)域的油漆、氧化皮除去；如圖6所示，以利于管子表面與探頭圓弧的接觸和聲耦合，耦合劑采用黏度較大的機(jī)油。在發(fā)現(xiàn)缺陷處局部打磨管道外壁，放置導(dǎo)波探頭。

圖4

圖5

圖6

掃查方式

探頭只需要在管道的一條線上移動(dòng)，可不做前后移動(dòng)。探頭移動(dòng)到達(dá)指定位置后，將探頭翻轉(zhuǎn)180°向回移動(dòng)到起始位置。即完成掃查。如圖4所示。

探頭接觸面的修磨

檢測時(shí)應(yīng)對導(dǎo)波探頭接觸面進(jìn)行修磨，使探頭接觸面的曲率半徑與被檢測管子曲率半徑之差應(yīng)小于10%。探頭接觸面修磨后，應(yīng)注意探頭入射點(diǎn)和折射角的變化，保證導(dǎo)波模態(tài)不發(fā)生變化。如圖5所示。對于直徑大于500m m的管道，檢測時(shí)可不修磨探頭接觸面。

通過導(dǎo)波和T O F D檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)、適應(yīng)性的對比研究，確定能夠?qū)崿F(xiàn)管道檢測的最優(yōu)方法。研究不同參數(shù)探頭在不同規(guī)格管道上的檢測靈敏度、信噪比以及探頭參數(shù)對檢驗(yàn)的影響，選擇滿足檢測需要的探頭。通過試驗(yàn)分析，確定本項(xiàng)目檢測技術(shù)的適用范圍，并繪制距離-波幅曲線。總結(jié)管道檢測方法，編寫相關(guān)的檢測工藝。

目前就鍋爐管道而言，在我國，83%以上的電力是由火力發(fā)電廠提供的。隨著老機(jī)組服役時(shí)間的增長，調(diào)峰機(jī)組的增多以及新裝機(jī)組參數(shù)的增高等，給熱力設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和維護(hù)帶來許多新問題。據(jù)近期統(tǒng)計(jì)，熱力設(shè)備事故中鍋爐占60%，其中四管爆破事故占鍋爐事故的65%。在美國，鍋爐管道損傷也是熱力發(fā)電設(shè)備可用率低的首要原因，近十年來，已發(fā)現(xiàn)5萬多臺(tái)鍋爐管道損傷，相當(dāng)于可用率減少60%。另外，在我國長輸管道和民用燃?xì)狻崃艿栏遣挥?jì)其數(shù)，遍布在城市的大街小巷，這些管道的安全直接關(guān)系到老百姓的生命安全，由此可見，研究壓力管道的無損檢測技術(shù)，以預(yù)知隱患，對確保管道的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。

（作者單位：新疆自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院）