超聲導波技術(shù)在特種設備檢測中的應用

完衛(wèi)平

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術(shù)水平的不斷提高，使得超聲導波技術(shù)在各行各業(yè)中都有著廣泛應用，其中在波道結(jié)構(gòu)構(gòu)件上超聲導波技術(shù)發(fā)揮了巨大優(yōu)勢。本文對超聲導波技術(shù)的發(fā)展進行分析，并與實際工作相結(jié)合，對提高其在特種設備檢測中的應用進行闡述。

關鍵詞：超聲導波技術(shù);特種設備檢測;應用

0、引言

特種設備是經(jīng)濟建設過程中十分重要的一個部分。特種設備檢測質(zhì)量在很大程度上會影響到特種設備的使用質(zhì)量以及特種設備相關產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展。將超聲成像系統(tǒng)應用到特種設備檢測過程中，有效地探測出了壓力管道以及壓力容器、常壓石油儲罐底板等特種設備在運行過程中出現(xiàn)的損傷，極大地提升了檢測效率以及準確性。例如能夠在管道以及板材中，對承壓特種設備進行無損檢測，進一步控制了檢測設備的成本，還在一定程度上提高了設備檢測的工作效率以及準確性。

1、超聲導波技術(shù)的概述

1.1超聲導波概念

超導聲波屬于激光的一種，能夠按照既定的形狀進行機械傳播，而且受到構(gòu)件邊緣的約束，所以稱之為超聲導波。在分類上，超聲導波包括變形波、扭力波、縱波等多種形式，在管道應用上，主要是扭力波與縱波兩種。扭力波只能在固體中進行傳播，所以也是檢測油氣管道的最佳模式。

1.2計算機控制的超聲導波檢測儀器系統(tǒng)

當前全球范圍內(nèi)只有四家公司在超聲導波檢測系統(tǒng)方面有所研究，分別是英國導波公司與TWI公司，以及色列SONIC公司與美國西南研究院。英國與以色列研制的導波設備是以壓電晶片超聲導波為基礎進行改良的，是一種壓電晶片超聲導波控制系統(tǒng);而美國所研制的MSS導波則是以磁致伸縮導波為基礎，是一種磁致伸縮超聲導波控制裝置。

1.3超聲導波檢測靈敏度

所謂的超聲導波檢測靈敏度，指的是受損管道面積在整體管道面積中的占比。在試驗檢測中，檢測靈敏度最高能夠達到0.7%;在就地檢查中，檢測靈敏度最高能夠達到5%。在進行就地檢測的過程中，包括管道尺寸、防腐層等因素都會影響到檢測精度。

2、檢測對象

為有效說明超聲導波技術(shù)在特種設備檢測中的實際應用，本文選擇以某大尺度焊接結(jié)構(gòu)檢測為例。該焊接結(jié)構(gòu)主要由鋼板的立板和底板等焊接而成。其中立板與立板之間的焊接采用對接焊接的方式，而立板在與底板進行焊接時則采用T形焊接的形式，鋼板相互搭接焊接最終構(gòu)成底板。在該焊接結(jié)構(gòu)當中所使用的鋼板材料為Q235A，底板與立板的厚度分別為8mm與12mm。由于該焊接結(jié)構(gòu)當中擁有眾多焊接縫，因此為有效保障焊接結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量，在進行檢測時通過結(jié)合實際情況，檢測人員最終選擇使用超聲導波技術(shù)。

3、檢測結(jié)果分析

3.1焊接結(jié)構(gòu)成像檢測數(shù)組信號

在利用該超聲導波成像檢測系統(tǒng)對焊接構(gòu)件進行檢測中，可知當檢測距離在不超過4m的聲程范圍時，可得到明顯的數(shù)組信號，此時系統(tǒng)能夠清晰現(xiàn)實出4道焊縫數(shù)組信號。在檢測距離在2.4m之內(nèi)，檢測信號具有較強的數(shù)組特征，而在檢測距離在2.4m到4m之間時，信號數(shù)組雙曲線特征相對較弱，這主要是由于經(jīng)過眾多散射體的散射作用影響，聲波的波形以及傳播路徑等均會發(fā)生一定變化，進而在一定程度上減弱信號數(shù)組雙曲線特征?；谛盘枖?shù)組特征角度下的焊縫1，其作為T形焊縫，在長期暴露在外的情況下，底板外邊緣表面出現(xiàn)眾多大小各一、形狀不同的蝕坑，其直徑基本在1mm到2mm之間，受此影響超聲導波換能器同底板間無法形成平整耦合，耦合層厚度較大，使得聲波信號出現(xiàn)約有30dB衰減。在檢測距離為1.6m時可檢測發(fā)現(xiàn)焊縫2，該焊縫屬于搭接焊縫。該搭接焊縫信號到達之后，對應的焊縫搭接頭反射信號才到達，兩者產(chǎn)生的聲程差在80mm到120mm，焊縫信號幅值比搭接頭信號幅值要小，與該焊接結(jié)構(gòu)的實際情況基本相符。另外，在該焊縫及搭接頭處檢測發(fā)現(xiàn)具有較大線性尺度，且存在較為嚴重的聲波散射情況，其雙曲線數(shù)組特征相對較弱。在檢測距離為2.3m時刻檢測發(fā)現(xiàn)焊縫3，該焊縫形式同樣也屬于搭接焊縫。但因受到聲程變化以及焊縫散射的影響，該焊縫及其搭接頭信號極為相似，幾乎無法準確區(qū)分。而在焊縫3之前則是在檢測距離為2.1m位置處，立板當中的焊縫4，焊縫4的類型屬于對接焊縫。基于聲程角度而言，焊縫3與焊縫4之間的間距在200mm左右。在該大尺度焊接結(jié)構(gòu)當中，焊縫3與焊縫4對應的部位并不相同，雖然在檢測過程中，二者的信號幅值均不強，但仍然可以進行區(qū)分。

3.2焊接結(jié)構(gòu)超聲導波成像檢測圖像

在利用超聲導波技術(shù)對該焊接結(jié)構(gòu)進行檢測的過程中，檢測人員在直接利用其建立的超聲導波成像檢測系統(tǒng)下，可以直接獲得相應的檢測成像結(jié)果。值得注意的是，由于成像檢測需實現(xiàn)的檢測距離相對較大，因此需要檢測人員結(jié)合實際情況，根據(jù)現(xiàn)有的超聲導波成像檢測換能器數(shù)量。將超聲導波成像檢測距離范圍設定在1.5m到3.5m之間，成像寬度設定為450mm。根據(jù)獲得的相關檢測圖像可知，當檢測距離分別為1.6m和1.7m時，可以清晰顯示出焊縫2及其對應的搭接接頭。當檢測距離分別為2.1m與2.3m時，則在超聲導波成像檢測圖中可以直觀看到該焊接構(gòu)件中的焊縫4與焊縫3，另外圖像中也顯示出，當檢測距離為2.7m與3.1m時，也顯示出較為微弱的焊縫圖像。

通過結(jié)合檢測人員獲得的焊接結(jié)構(gòu)超聲導波成像檢測圖像，檢測人員基本可以清晰、全面地了解在該焊接構(gòu)件當中，各焊接結(jié)構(gòu)的具體區(qū)域特征、焊縫是否存在缺陷等問題。有研究指出，在實際使用超聲導波對特種設備進行檢測時，相較于傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，超聲導波技術(shù)的靈敏度可以達到0.7%左右，而在現(xiàn)場檢查當中，超聲導波技術(shù)的檢測靈敏度最高也可以達到4.8%。尤其是在超聲導波成像技術(shù)的運用下，通過在成像圖中精確顯示出搭接焊縫與其對應的搭接接頭成像細節(jié)圖，對檢測人員準確掌握焊縫具體位置并對其缺陷空間位置進行準確定位具有重要的幫助作用。而根據(jù)相關研究資料可知，超聲導波技術(shù)在檢查特種設備內(nèi)部情況時，主要采用低頻扭曲模態(tài)導波以及縱向模態(tài)導波，其中前者可以在朝向被檢測特種設備圓周方向進行振動的同時，朝特種設備軸向位置進行波形傳播，因此可以獲得良好的傳播效果。此時即便特種設備當中存在金屬液體或設備以特殊形式存在，聲能也不會受到實質(zhì)性影響。可見超聲導波技術(shù)對于檢測帶有液體的特種設備也同樣具有一定的應用價值。

4、結(jié)語

在實際運用超聲導波技術(shù)檢測特種設備時，檢測人員也需要充分結(jié)合特種設備實際情況及具體檢測需求，在嚴格依照國家相關標準要求進行規(guī)范操作下，以充分發(fā)揮出超聲導波技術(shù)的應有效用，切實完成特種設備檢測工作。

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