■文/王 亮 朱光藝 買買提艾力·肉孜 艾 紅

壓力管道的快速精準檢測
——超聲異波探傷技術原理介紹

■文/王 亮 朱光藝 買買提艾力·肉孜 艾 紅

本文介紹了超聲波導波技術，并結合衍射時差法超聲檢測技術對壓力管道進行快速精準的檢測的原理。

長輸管道、民用燃氣、熱力管道以及鍋爐用管道常采用優(yōu)質無縫鋼管加工而成，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（如裂紋、劃傷、重皮、折疊等缺陷），對管道的安全運行危害很大。管道檢驗的常規(guī)方法存在嚴重的不足：逐點掃查式的工作過程導致工作量巨大，效率低下，漏檢率高。對于長達數(shù)公里的管道而言，若進行全面檢測，任務將是非常艱巨，且可靠性差。

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

對比試樣

用鋼管與被檢驗鋼管應具有相同的名義尺寸并具有相似的化學成分、表面狀況、熱處理狀態(tài)和聲學性能。制作對比試樣用鋼管上不得有影響探傷設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

檢驗縱向缺陷和橫向缺陷所用的人工缺陷應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。矩形槽口的兩個側面應相互平行且垂直于槽口底面。當采用電蝕法加工時，允許槽口底面和底面角部略呈圓形。

檢測面的準備

檢測時，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油。在發(fā)現(xiàn)缺陷處局部打磨管道外壁，放置導波探頭。

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，可不做前后移動。探頭移動到達指定位置后，將探頭翻轉180°向回移動到起始位置。即完成掃查。如圖4所示。

探頭接觸面的修磨

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

通過導波和T O F D檢測方法優(yōu)缺點、適應性的對比研究，確定能夠實現(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)對檢驗的影響，選擇滿足檢測需要的探頭。通過試驗分析，確定本項目檢測技術的適用范圍，并繪制距離-波幅曲線?？偨Y管道檢測方法，編寫相關的檢測工藝。

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。隨著老機組服役時間的增長，調峰機組的增多以及新裝機組參數(shù)的增高等，給熱力設備的安全經(jīng)濟運行和維護帶來許多新問題。據(jù)近期統(tǒng)計，熱力設備事故中鍋爐占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)電設備可用率低的首要原因，近十年來，已發(fā)現(xiàn)5萬多臺鍋爐管道損傷，相當于可用率減少60%。另外，在我國長輸管道和民用燃氣、熱力管道更是不計其數(shù)，遍布在城市的大街小巷，這些管道的安全直接關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，以預知隱患，對確保管道的經(jīng)濟、可靠運行具有十分重要的意義。

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