压力管道超声导波检测的基本原理
超声导波检测技术
超声导波的基本原理-导波概念
• 而在一弹性半空间表面处，或两个弹性半空间表面处，由 于介质性质的不连续性，超声波经过一次反射或透射而发 生波形转换。随后，各种类型的反射波和透射波及界面波 均以各自恒定的速度传播，而传播速度只与介质材料密度 和弹性性质有关，不依赖于波动本身的特性。然而当介质 中有多于一个的界面存在时，就会形成一些具有一定厚度 的“层”。位于层中的超声波将要经受多次来回反射，这 些往返的波将会产生复杂的波形转换，并且波与波之间会 发生复杂的干涉。若一个弹性半空间被平行于表面的另一 个平面所截，从而使其厚度方向成为有界的，这就构成了 一个无限延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在 两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行 进，即平行的边界制导超声波在板内传播。
导波技术的局限性
• • • • • 1、不能测量管道的真实残余壁厚或最小壁厚。 2、不能区分内外壁损伤。 3、不能确定缺陷的形状和尺寸。 4、轴向裂纹检测局限。 5、不能检测孤立的小的凹坑。（可以检测成串的凹坑） 6、不能空越法与群速度
• 导波具有自己的特性，如频散、群速度与相速度不一致等。 群 • 速度与相速度是导波理论中两个最基本的概念，所谓群速 度是指脉冲波的包络上具有某种特性(如幅值最大)的点的 传播速度，是波群的能量传播速度。而相速度是波上相位 固定的一点传播方向的传播速度。
超声导波的基本原理-导波的频散特性
导波群速度特性曲线
导波相速度特性曲线
导波的优点
• 导波技术现在已经是一种很成熟的技术，是上世纪90年代发展 起来的新的管道腐蚀检测技术，目前，世界上只有三家著名生 产厂商，英国焊接研究所，英国导波公司和美国西南研究院， 导波技术在管道检测中的优势： • 1、检测测量模式中可以测量2-5%管壁损失量，监测模式中可 以测量1%管壁损失量， • 2、位置精度，正负15cm. • 3、测试范围取决于管道状况，对于地上直管道，测试范围从探 头位置起超过150米。适用于架空，穿跨越管道，从遥远的距离 检测难以达到的区域，在管道运行期间在役管道腐蚀状态检测， 基于信号强度和特征对管道的损坏严重程度进行分类。能够区 别焊缝和缺陷。
压力钢管安全鉴定的超声波检测方法与手段
压力钢管安全鉴定的超声波检测方法与手段压力钢管在各个行业中扮演着重要的角色，但由于长期使用及外界因素的影响，压力钢管的安全问题日益凸显。
因此，对压力钢管进行安全鉴定显得尤为重要。
超声波检测作为一种常用的非破坏检测方法，被广泛应用于压力钢管的安全鉴定中。
本文将重点介绍压力钢管安全鉴定的超声波检测方法与手段。
一、超声波检测原理超声波检测原理是利用超声波在介质中传播的特性来检测物体的内部缺陷或异常。
超声波在不同物质中传播的速度、幅度和波形均不相同，通过对这些参数的检测与分析，可以获得被测物体的内部信息。
二、超声波检测设备超声波检测设备是实施超声波检测的核心工具，包括超声波发射器、接收器、传感器和数据处理系统等。
1. 超声波发射器：发射器是用来发送超声波信号的装置，通常采用压电材料制造。
当施加电压或电流时，压电材料会收到激励，产生超声波信号。
2. 接收器：接收器用于接收超声波信号，通常也采用压电材料来转换超声波信号为电信号。
3. 传感器：传感器是将超声波信号与被测物体间的相互作用转化为电信号的装备，其中常用的有接触式传感器和非接触式传感器。
4. 数据处理系统：数据处理系统用于接收和处理传感器传来的电信号，分析超声波的波形、幅度和传播速度等参数，并将检测结果输出。
三、超声波检测方法1. 接触式超声波检测：接触式超声波检测是指将传感器直接贴附在被测件的表面进行检测的方法。
它包括直接贴附法、浸水法和耦合法等。
这种方法适用于对较小的被测件进行检测，但对被测件表面的平整度要求较高，且受到液体介质的干扰。
2. 非接触式超声波检测：非接触式超声波检测是指在没有物理接触被测件的情况下进行检测的方法。
主要包括气射法、磁致伸缩法和光声法等。
该方法适用于对大型、复杂形状的被测件进行检测，具有操作方便、速度快等优点。
四、超声波检测手段1. A扫描：A扫描是超声波检测中最基本的手段，用于检测被测物体内部的缺陷、异物、腐蚀等情况。
超声导波在压力管道检验中的应用
超声导波在压力管道检验中的应用摘要：超声导波检测技术属于先进无损检测技术之一，在现阶段的检测工作中应用相对广泛。
这一技术具有检测距离更远、速度更快且成本低廉的优势，同时能够检测到常规检测无法检测的特殊位置。
本文对超声导波技术进行了简要的介绍，并对应用这一技术常用的检测方法和实际应用进行了分析，希望能为超声导波检测技术的推广有所帮助。
关键词：超声导波技术；压力管道；实践引言近些年来国家经济实力发展迅猛，不同类型不同作用不同规模的压力管道逐渐投入到使用当中，随着使用时间的增长，维修养护工作的压力也在逐渐增大。
传统的检测工作使用的是超声或射线逐点检测，这样的检测方法效率低成本高。
现阶段超声导波技术主要应用于长输管道的检测，普及程度还不够高。
1 超声导波检测技术的特点基于实际应用情况调查可知，超声导波技术主要被应用于管道及管状设备的检测，主要用于检测无缝管和纵焊管。
应用超声导波技术进行检测主要有以下几个优点：一是以一个检测点为基础，对被检测管道的两个方面几百米的范围内进行检测，传统的超声波检测一次只能覆盖一个点，检测覆盖率太低，无形的增加了技术人员的工作压力；二是能够对埋地管道等特殊管道进行有效的检测，常规检测技术面对特殊管道时无法发挥作用；三是超声导波技术的速度和效率都更高，检测覆盖面积更大能够更有效降低漏检的概率；四是相对传统检测方法能够更好的感应横截面的金属缺陷情况，检测深度能够更好的满足检测需求。
与之对应的超声导波检测技术的缺点主要包括三个方面：一是定性定量的准确程度不足，发现可疑位置需要配合其他检测手段进行二次检测；二是在点状缺陷和轴向条状缺陷的检测方面相对力度不足；三是检测过程中经过管道焊接处时，会在一定程度上降低检测的长度和准确性。
2 超声导波检测技术原理2.1技术原理概述导波的原理与平板波非常接近，相对的波频率会更低一些，能够贯穿整个管道壁，同时以管道壁为媒介传播到百米之外的位置。
这一过程中如果遇到有缺陷或结构形变的管壁，脉冲波会被反射，技术人员可以通过传感器获得准确的消息。
超声波检测技术在压力管道对接焊缝中的应用
超声波检测技术在压力管道对接焊缝中的应用【摘要】压力管道的对接通常发生于高温高压环境中，为了确保其焊接质量，后期需对其进行无损检测，但传统的焊接方法存在许多缺陷，比如检测精度低、操作繁琐、成本高昂，而且还会对人体健康造成严重的危害。
因此，为了确保压力管道对接焊缝的质量，我们必须采用一种安全、准确、高效、无损的检测技术。
超声波检测技术具有极高的灵敏度和无损性，在该工程中得到了广泛的应用。
本文将深入探讨超声波检测技术在压力管道对接焊缝检测中的原理、方法、实际应用以及存在的问题。
【关键词】超声波检测技术；对接焊缝；压力管道1.压力管道焊接中常见的内部缺陷1.1焊接裂纹裂纹是压力管道焊接中最普遍的问题，它可以分为四种：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹以及层状裂纹。
这些裂纹会对焊接结构造成严重损害，尤其是在制造高温压缩机时，更易引起严重的安全隐患。
焊缝裂缝是一种可以持续发生的缺陷，它可以随着工作环境的变化而发生变化，最终导致压力管道的损坏。
经过调查发现，其出现的原因有：①在焊接过程中，由于内部应力的作用，焊缝中的低熔点杂质可能会受到损害，特别是在外部应力较大的情况下，这些杂质可能会在结合力较弱的部位发生破坏，导致出现热裂纹。
②由于过热区和熔合区的塑性和韧性较差，焊缝金属中含有较多的氢，当结合应力较大时，这些氢会被释放出来，易产生冷裂纹，导致焊接裂纹的扩展，使焊接质量受到影响。
1.2气孔当焊接熔池处于高温状态时，其中的气体会被迅速释放出来，但是当这些气体被冷却之后，仍然可以存留在焊缝中，从而产生气孔。
这些气孔的存在会严重影响焊缝的质量，不但会削弱焊缝的有效工作截面，降低其机械性能，还会削弱其结构的紧实度，导致渗漏。
由于潮湿的焊接环境，使得焊接材料的药皮出现了裂缝、脱落、变质等问题，而且，焊丝和坡口的质量也未能达到理想的标准，这些都成为了造成此类缺陷的重要原因。
1.3夹渣由于坡口角度过小、熔渣未能完全清除、焊接电流不足、熔深不够深、未及时清除熔渣、接头处理不够完善，以及坡口处存在腐蚀或淤积物质，导致焊接后形成非金属夹杂物，即所谓的夹渣，严重影响了焊缝的塑性和韧性。
压力管道超声导波检测技术研究
压力管道超声导波检测技术研究摘要：压力管道广泛应用在石油化工、工业生产、热力传输等关键领域，担负着各种高温高压、易燃易爆以及有毒介质的生产输送。
因此，需要定期对压力管道进行检验检测，保障其运行安全，而传统的无损检测方法费时费力，鉴于此，本文就压力管道超声导波检测技术展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：压力管道；超声导波检测；技术研究1.超声波检测研究概况超声波检测中，声波分为体波和导波两种。
体波是当声波在无限大或半无限大介质中传播的声波，分为纵波和横波等，体波的传播速度取决于传播介质的特性，与频率无关。
导波是声波受到界面的影响，声波会在界面来回反射，此时声波将出现频散现象，即波速与频率相关，从而导波的特性常通过频散曲线来表示，具有群速度和相速度，如图1、图2所示。
图1铝板中相速度曲线图2铝板中群速度曲线1.1国内研究概况研究者们首先对导波的群速度、相速度以及导波传播过程中的反射、折射等现象进行了探索，并用实验进行了论证。
然后研究者们逐步对导波在波导中传播的频散特性进行了研究，分析总结了导波传播中出现的模态转换现象，并给出了合理的解释。
在20世纪早期，人们开始研究超声导波在有界的不同形状的介质中传播的相关特性，并重点研究了导波在平板中的传播特性，进而通过获得的相关结论对导波在圆柱空心管中的传播进行了预测和分析，并对超声导波在无限长圆柱管中的传播特性进行了研究。
1.2国外研究概况外国学者对超声导波技术研究较早，始于20世纪初期。
国外科学家在假设导波的传播为轴对称运动的基础上，基于板壳理论对超声导波在空心圆柱壳中的传播进行了分析及研究。
另外详细分析了轴对称和非轴对称模态导波的性质和板壳理论和轴对称假设的局限性，并提出了自己的线弹性理论；同时，运用得到的频散方程对超声导波在板中和圆柱壳中的传播进行了分析和比较。
2.压力管道特点（工业管道）我国当前对工业管道所输送工业介质的不同来划分成工艺管道、公用工程管道和其它辅助管道这几大类。
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用_1
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用发布时间：2022-03-29T01:29:10.319Z 来源：《科学与技术》2021年32期作者：刘栋[导读] 本文对超声导波检测技术在压力管道检测中的应用进行分析，以供参考。
刘栋中油抚顺石化设备技术开发有限公司送压力的影响，高压状态下的液体或气体输送考验着压力管道这个管线的安装质量，对压力管道的强度以及整体性能都要较高要求。
如果不能及时发现安全隐患并及时防治，就可能发生重大生产安全事故。
本文对超声导波检测技术在压力管道检测中的应用进行分析，以供参考。
关键词：超声导波；检测技术；压力管道；应用引言超声无损检测具有无辐射、安全检测和检测设备携带方便等优点，可以较好地解决界面脱粘、宏观缺陷和胶层厚度等检测问题，成为检测粘接界面质量的重要手段之一，也是目前解决粘接界面质量评价困难的一种有效方法。
1概述国内外学者利用不同超声检测方法研究了多层结构粘接界面质量问题。
利用超声透射方法从理论上分析透射系数与粘接界面质量的关系。
利用脉冲回波法研究了多层结构中脱粘缺陷的超声检测方法，实现了缺陷的定位和定量分析。
利用超声纵波法对粘接结构的声反射和声透射进行了研究，并利用界面弹簧模型从理论上给出了不同界面刚度系数下的反射波谱。
板状粘接结构中对称和反对称纵波与界面的相互作用，给出了纵波垂直入射和斜入射时的声波特性。
与上述超声透射或反射等检测方法相比，超声导波具有检测频率低、声衰减小和检测距离长等优点。
另外，频散特性沿薄层传播的导波可以同时激发出法向和切向应力，其传播特性不仅与材料的纵波声速、横波声速、厚度和密度等参数有关，还受界面粘接质量的影响。
利用剪切水平导波评估了不同粘接强度的剪切接头，发现接头粘接强度对水平剪切波一阶模态的频散特性影响最大，提出了采用水平剪切波一阶模态在剪切接头中传播的时间来判断粘接质量的方法。
在层状各向异性复合板中Lamb波传播特性以及界面层对层状各向异性复合结构Lamb波的影响。
管道超声导波检验
目录
• 超声导波检验技术概述 • 管道超声导波检测系统组成 • 管道超声导波检测实验方法 • 管道超声导波检测结果分析 • 管道超声导波检测技术应用案例 • 挑战与展望
01
超声导波检验技术概述
超声导波基本原理
超声导波产生
通过特定频率的超声波在管道壁内激发导波，导 波沿管道传播。
信号特征提取方法
时域分析
通过提取信号的时域特征，如峰值、均值、方差等，来描述信号的 波形变化。
频域分析
将信号转换到频域，提取频谱特征，如主频、频带宽度等，以反映 信号的频率成分。
时频分析
结合时域和频域分析方法，提取信号的时频特征，如短时傅里叶变换、 小波变换等，以全面描述信号的时变特性。
缺陷识别与定位算法
管道变形监测
通过在工业管道上安装超声导波传感器，实时监测管道的变形情况，及时发现潜在的安全 隐患。
裂纹检测与评估
利用超声导波信号处理技术，对工业管道的裂纹进行精确检测和评估，为管道的维修和更 换提供依据。
提高管道运行安全性
通过定期对工业管道进行超声导波检测，及时发现并处理管道缺陷，提高管道运行的安全 性。
磁致伸缩传感器
基于磁致伸缩效应，实现声波的发射和接收 ，具有高灵敏度和宽频带响应。
光纤传感器
利用光纤传输超声信号，具有抗电磁干扰、 耐高温高压等优点。
信号发生与接收模块
信号发生器
产生特定频率和幅度的超 声导波信号，驱动传感器 进行发射。
信号放大器
对接收到的微弱超声信号 进行放大，提高信噪比。
滤波器
超声导波检测与其他无损检测技术的融合
将超声导波检测与其他无损检测技术（如射线检测、涡流检测等）相结合，实现优势互补，提高管道检 测的全面性和准确性。
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究超声导波检测技术是一种应用于结构健康监测和无损检测的有效手段。
通过在管道表面激发超声导波，可以对管道内部及周围的缺陷进行评估和检测，实现对管道的损伤和腐蚀程度进行实时监测。
因此，超声导波检测技术在压力管道检测中得到了广泛的应用。
本文将探讨超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究。
一、超声导波技术原理超声导波检测技术是通过在压力管道表面激发超声波，并通过接收器接收并分析超声波信号，从而实现对管道状态进行诊断。
在压力管道检测中，可以通过精确控制激发超声波的波长、频率和传播方向，来检测出管道中的各种缺陷和损伤，如管道内部的裂纹、腐蚀、磨损等。
超声导波技术根据超声波在不同介质中的传播特性和面对波的特性，可以分为纵波、横波和剪切波。
其中，纵波是波速最快的一种，它沿着管道的轴向传播，可用于检测管道内部的缺陷和腐蚀；横波是波速较慢的一种，它沿着管道的周向传播，可用于检测管道弯曲处的缺陷和损伤；剪切波也是一种周向传播的波，其传播速度介于纵波和横波之间，主要用于检测管道表面附着物和松动部分。
二、超声导波技术在压力管道检测中的应用1. 检测管道内部的裂纹和腐蚀在使用超声导波技术进行内部检测时，激发的超声波会沿着管道轴向传播，并通过管道内部存在的裂纹、腐蚀等缺陷时产生的反射和散射，形成不同的信号。
总的来说，由于缺陷处所引起的超声波的反射和散射等情况与管道本身的特性如弯曲、直径大小等关联较小，因此可以使用超声波检测技术来精确检测管道内部的裂纹和腐蚀。
特别是采用多通道捕获和分析技术，可以实现对管道整个截面的检测和分析。
2. 检测管道表面的附着物和松动处超声导波技术还可以用于检测管道表面的附着物和松动处。
在横波的传播过程中，其波形可以受到管道表面的附着物和松动处的影响。
因此，通过分析横波波形的特征，可以得出附着物或松动处的存在情况，从而及时进行处理和维护。
此外，由于横波能穿过附着物，因此超声导波技术还可以用于检测附着物和管道之间的空隙。
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压力管道超声导波检测的基本原理
导波是频率为20 kHz至100 kHz的声波，能够在穿透整个管壁基础上，沿着管壁传播，距离可达上百米。
在其传播过程中，遇到结构形状变化、异质体或相关缺陷时，会沿管壁发生脉冲波的反射，相应的传感器可以接收到。
由此可知，大范围远距离扫查和完全覆盖管壁是超声导波这一检测技术的特点。
固定在管道周围的探头卡环可以发射低频导波，为了保证管道表面和探头压电晶片的良好接触，需要在探头的背面采用机械或气体施加一定的压力，此过程并不需要液体耦合。
为了使得声波能够沿轴对称传播，对于管道环向的超声波探头，应当均匀地等间隔排列。
材料的厚度、声波的频率则是影响导波传播的因素，管壁截面积发生一定的增加或减少，会按照一定的比例反射到探头。
管道周向壁厚的增加在环形焊缝中是对称的，在分析这种管道的特征部位时，应当注意反射声波的对称性。
厚度的减薄则在腐蚀区域表现出不对称性，这就使得入射声波的散射可能在一定程度上附加到反射波中。
同时，还会发生一定的模式转换，所以，模式转换组分应加到组成的反射波模式中。
不统一的声源在模式转换声波中存在，造成其能够趋于产生相应的管道弯曲波，对称波和弯曲波能够被超声导波检测系统进行相应的区分和检测，并进行相应的显示。