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压力管道检测技术一直是人们研究的热点。该课题就是研究一种压力管道的快速检测技术——单探头的超声导波检测。导波是一种特殊的超声波,管道的导波检测比传统超声波检测(纵波和横波检测)要高效、快捷;而射线、磁粉和渗透等检测方法一般采用抽检方式,容易造成缺陷漏检,所以导波检测是优先选择的管道检测方法。
课题对国内外的导波检测现状进行了相应的分析,充分研究了导波的产生条件,导波的多模态特性和频散现象,并分析了管道中导波的传播规律。在对管材进行轴向快速导波检测时,管材作为导波介质,其壁厚方向的界面与板材上下端面的界面条件相似,所以课题借鉴兰姆波理论及相应的检测技术来研究管材的导波快速检测技术。
根据兰姆玻理论,板材中的兰姆波有着不同的模式,其中,A0模式和S0模式的兰姆波能适用于检测各种材质板材,应用范围较广,且探伤效果好,于是课题根据兰姆波的激励角曲线,在频厚积(探头频率和管材壁厚乘积)确定的状态下,选择出A0模式所对应的探头激励角。按照实际情况,设计并加工了带有人工缺陷的两种不同直径的样管,并对管道上的特征缺陷的反射波特性进行了研究。根据两种样管的不同直径参数和所选择的探头激励角,设计并制作了这两种直径管道的导波探头。在该过程中编制了导波探头斜楔的设计软件,提高了探头的制作效率。
用自行研制的导波探头对设计的两种缺陷样管实施了快速检测,在相同的检测条件下,分别用自制导波探头和进口导波探头进行了检测对比;在相同的检测条件下,分别用国内探伤仪和进口导波探伤仪进行了检测对比。对于Φ10缺陷孔,自制探头能达到1400mm的检测距离,与进口导波探头性能接近。
最后利用自制探头一发一收的方式在管道中激励导波,并进行导波数据采集,对采集到的多组数据进行二维傅立叶变换,得出实际波数-频率曲线,与理论的波数-频率曲线相比对,验证了自制探头在管道中激励的导波模式为A0模式。
压力管道的单探头导波检测方法实用性强,操作简单灵活;自行研制的导波探头性能与进口导波探头的性能相当,实现了超声导波探头技术的国产化。