超聲導(dǎo)波技術(shù)在特種設(shè)備檢測中的應(yīng)用

完衛(wèi)平

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

關(guān)鍵詞：超聲導(dǎo)波技術(shù);特種設(shè)備檢測;應(yīng)用

0、引言

特種設(shè)備是經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中十分重要的一個(gè)部分。特種設(shè)備檢測質(zhì)量在很大程度上會(huì)影響到特種設(shè)備的使用質(zhì)量以及特種設(shè)備相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展。將超聲成像系統(tǒng)應(yīng)用到特種設(shè)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(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的損傷，極大地提升了檢測效率以及準(zhǔn)確性。例如能夠在管道以及板材中，對承壓特種設(shè)備進(jìn)行無損檢測，進(jìn)一步控制了檢測設(shè)備的成本，還在一定程度上提高了設(shè)備檢測的工作效率以及準(zhǔn)確性。

1、超聲導(dǎo)波技術(shù)的概述

1.1超聲導(dǎo)波概念

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

1.2計(jì)算機(jī)控制的超聲導(dǎo)波檢測儀器系統(tǒng)

當(dāng)前全球范圍內(nèi)只有四家公司在超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)方面有所研究，分別是英國導(dǎo)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(dǎo)波設(shè)備是以壓電晶片超聲導(dǎo)波為基礎(chǔ)進(jìn)行改良的，是一種壓電晶片超聲導(dǎo)波控制系統(tǒng);而美國所研制的MSS導(dǎo)波則是以磁致伸縮導(dǎo)波為基礎(chǔ)，是一種磁致伸縮超聲導(dǎo)波控制裝置。

1.3超聲導(dǎo)波檢測靈敏度

所謂的超聲導(dǎo)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(yàn)檢測中，檢測靈敏度最高能夠達(dá)到0.7%;在就地檢查中，檢測靈敏度最高能夠達(dá)到5%。在進(jìn)行就地檢測的過程中，包括管道尺寸、防腐層等因素都會(huì)影響到檢測精度。

2、檢測對象

為有效說明超聲導(dǎo)波技術(shù)在特種設(shè)備檢測中的實(shí)際應(yīng)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(jìn)行焊接時(shí)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(dāng)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(dāng)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(jìn)行檢測時(shí)通過結(jié)合實(shí)際情況，檢測人員最終選擇使用超聲導(dǎo)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(dǎo)波成像檢測系統(tǒng)對焊接構(gòu)件進(jìn)行檢測中，可知當(dāng)檢測距離在不超過4m的聲程范圍時(shí)，可得到明顯的數(shù)組信號，此時(shí)系統(tǒng)能夠清晰現(xiàn)實(shí)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(qiáng)的數(shù)組特征，而在檢測距離在2.4m到4m之間時(shí)，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(huì)發(fā)生一定變化，進(jìn)而在一定程度上減弱信號數(shù)組雙曲線特征。基于信號數(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(dǎo)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(shí)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(dá)之后，對應(yīng)的焊縫搭接頭反射信號才到達(dá)，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(shí)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(yán)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(shí)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(zhǔn)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(dāng)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(dāng)中，焊縫3與焊縫4對應(yīng)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(qiáng)，但仍然可以進(jìn)行區(qū)分。

3.2焊接結(jié)構(gòu)超聲導(dǎo)波成像檢測圖像

在利用超聲導(dǎo)波技術(shù)對該焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測的過程中，檢測人員在直接利用其建立的超聲導(dǎo)波成像檢測系統(tǒng)下，可以直接獲得相應(yīng)的檢測成像結(jié)果。值得注意的是，由于成像檢測需實(shí)現(xiàn)的檢測距離相對較大，因此需要檢測人員結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)現(xiàn)有的超聲導(dǎo)波成像檢測換能器數(shù)量。將超聲導(dǎo)波成像檢測距離范圍設(shè)定在1.5m到3.5m之間，成像寬度設(shè)定為450mm。根據(jù)獲得的相關(guān)檢測圖像可知，當(dāng)檢測距離分別為1.6m和1.7m時(shí)，可以清晰顯示出焊縫2及其對應(yīng)的搭接接頭。當(dāng)檢測距離分別為2.1m與2.3m時(shí)，則在超聲導(dǎo)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(dāng)檢測距離為2.7m與3.1m時(shí)，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(dǎo)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(dāng)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(shí)際使用超聲導(dǎo)波對特種設(shè)備進(jìn)行檢測時(shí)，相較于傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，超聲導(dǎo)波技術(shù)的靈敏度可以達(dá)到0.7%左右，而在現(xiàn)場檢查當(dāng)中，超聲導(dǎo)波技術(shù)的檢測靈敏度最高也可以達(dá)到4.8%。尤其是在超聲導(dǎo)波成像技術(shù)的運(yùn)用下，通過在成像圖中精確顯示出搭接焊縫與其對應(yīng)的搭接接頭成像細(xì)節(jié)圖，對檢測人員準(zhǔn)確掌握焊縫具體位置并對其缺陷空間位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位具有重要的幫助作用。而根據(jù)相關(guān)研究資料可知，超聲導(dǎo)波技術(shù)在檢查特種設(shè)備內(nèi)部情況時(shí)，主要采用低頻扭曲模態(tài)導(dǎo)波以及縱向模態(tài)導(dǎo)波，其中前者可以在朝向被檢測特種設(shè)備圓周方向進(jìn)行振動(dòng)的同時(shí)，朝特種設(shè)備軸向位置進(jìn)行波形傳播，因此可以獲得良好的傳播效果。此時(shí)即便特種設(shè)備當(dāng)中存在金屬液體或設(shè)備以特殊形式存在，聲能也不會(huì)受到實(shí)質(zhì)性影響。可見超聲導(dǎo)波技術(shù)對于檢測帶有液體的特種設(shè)備也同樣具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

4、結(jié)語

在實(shí)際運(yùn)用超聲導(dǎo)波技術(shù)檢測特種設(shè)備時(shí)，檢測人員也需要充分結(jié)合特種設(shè)備實(shí)際情況及具體檢測需求，在嚴(yán)格依照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行規(guī)范操作下，以充分發(fā)揮出超聲導(dǎo)波技術(shù)的應(yīng)有效用，切實(shí)完成特種設(shè)備檢測工作。

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