許 波 張子健 柴軍輝 沈建民 吳家喜 張小龍

（1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院；2.寧波市勞動(dòng)安全技術(shù)服務(wù)有限公司）

超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)是無損檢測(cè)新技術(shù)中的一種，具有一次性檢測(cè)距離長(zhǎng)、檢測(cè)效率高、可不拆除管道包覆層、可檢測(cè)架空或附塔等檢測(cè)人員無法接觸到的管線等優(yōu)點(diǎn)［1，2］。目前國(guó)內(nèi)使用較為廣泛的兩種導(dǎo)波主要是壓電導(dǎo)波和磁致伸縮導(dǎo)波，主要應(yīng)用于壓力管道的定期檢驗(yàn)、化工企業(yè)的委托檢測(cè)等， 理想狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)一次性檢測(cè)200 m 直管段的能力， 該項(xiàng)技術(shù)受到眾多企業(yè)的青睞［3］，但常規(guī)的長(zhǎng)距離超聲導(dǎo)波也存在眾多局限性，主要體現(xiàn)在：回波信號(hào)解釋難度較大、無法確定缺陷周向位置、管道支吊架附近存在較大盲區(qū)。 針對(duì)以上問題，筆者采用超聲導(dǎo)波B 掃成像技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道缺陷周向位置的精準(zhǔn)定位，降低了常規(guī)導(dǎo)波信號(hào)解釋的難度，可作為常規(guī)導(dǎo)波檢測(cè)的輔助手段， 提高缺陷檢出率與識(shí)別度，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值［4，5］。

1 超聲導(dǎo)波B 掃檢測(cè)原理與檢測(cè)設(shè)備

1.1 檢測(cè)原理

MRCS 超聲導(dǎo)波B 掃檢測(cè)成像技術(shù)是國(guó)產(chǎn)UG30 超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀的擴(kuò)展功能，主要由UG30超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀、筆記本上位機(jī)和中距離周向掃查器組成。 導(dǎo)波線圈安裝在中距離周向掃查器內(nèi)， 通過編碼器記錄沿管道周向行走的距離，每次行走一段距離后，暫停短暫一段時(shí)間，進(jìn)行導(dǎo)波激發(fā)與數(shù)據(jù)采集，逐步完成管道周向360°的掃查。 可對(duì)管、板及螺旋焊管等結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)B 掃描可視化數(shù)字成像，直觀顯示有效檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的特征，可實(shí)現(xiàn)掃頻A 掃信號(hào)、DAC 分析等功能，其檢測(cè)原理如圖1 所示。

圖1 超聲導(dǎo)波B 掃成像檢測(cè)原理與系統(tǒng)組成

1.2 檢測(cè)設(shè)備

超聲導(dǎo)波B 掃檢測(cè)與常規(guī)長(zhǎng)距離導(dǎo)波檢測(cè)在設(shè)備方面最大的不同是：B 掃檢測(cè)采用型號(hào)為MRCS10 的中距離周向手動(dòng)掃查器， 配合UG30超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，MRCS10 掃查器主要由掃查器支架、掃查器聲波感應(yīng)單元和導(dǎo)磁輪組成， 其中掃查器聲波感應(yīng)單元有3 種類型（MGZS064、MGZS128、MGZS180），每種類型的掃查器聲波感應(yīng)單元相關(guān)參數(shù)和可掃頻范圍見表1。 導(dǎo)磁輪帶有磁性，可吸附在鐵磁的金屬管道上行走。 圖2 為中距離周向掃查器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 MRCS10中距離周向掃查器結(jié)構(gòu)示意圖

表1 超聲導(dǎo)波B 掃探頭類型規(guī)格列表

2 對(duì)比試管檢測(cè)驗(yàn)證

2.1 對(duì)比試管

對(duì)比試管外徑200 mm，壁厚6 mm，材料為碳鋼，無縫鋼管。 試管長(zhǎng)2.5 m，加工預(yù)制缺陷6處，包含：360°環(huán)槽一處，深度2.4 mm；通孔3 處，直徑3 mm；平底孔2 處，深度2.4 mm。

2.2 檢測(cè)工藝

檢測(cè)設(shè)備為國(guó)產(chǎn)磁致伸縮UG30 超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀與MRCS10 中距離周向掃查器， 檢測(cè)頻率180 kHz，檢測(cè)波形為T（0，1）波，波速3 250 m/s，掃查器步進(jìn)角度20°，即周向掃查器每次走過20°后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直到完成360°行走，檢測(cè)范圍為正向3 m，負(fù)向1 m。

2.3 檢測(cè)與結(jié)果分析

采用周向掃查方式， 可以將每20°步進(jìn)值內(nèi)的A 掃信號(hào)合成為B 掃圖，B 掃圖中橫坐標(biāo)代表距離，縱坐標(biāo)代表周向角度，圖中信號(hào)顏色深淺代表回波波幅大小，通過B 掃圖可以直接判斷缺陷在壓力管道軸向和周向的具體位置，通過信號(hào)顏色判斷缺陷大小，對(duì)比試管B 掃檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 對(duì)比試管超聲導(dǎo)波B 掃檢測(cè)結(jié)果

從圖3 可以看出， 對(duì)比試管的6 個(gè)缺陷在B掃圖內(nèi)均清晰顯示，周向角度定位為120°，其余周向角度范圍內(nèi)，除了環(huán)槽、始波、端部回波外，無任何缺陷顯示，軸向距離也基本對(duì)應(yīng)，其中環(huán)槽回波波幅最大，其次是通孔，最后是平底孔，這一點(diǎn)符合超聲導(dǎo)波檢測(cè)回波信號(hào)大小與橫截面積損失率相對(duì)應(yīng)這一原理。 從對(duì)比試管超聲導(dǎo)波B 掃結(jié)果可以看出，相比于長(zhǎng)距離超聲導(dǎo)波檢測(cè)，B 掃具有較高靈敏度，數(shù)據(jù)分析難度較低，缺陷定位較準(zhǔn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用

3.1 所檢管道概述

本次現(xiàn)場(chǎng)所檢管道為某化工企業(yè)PTA 裝置工藝管線，管道外徑200 mm，壁厚6 mm，介質(zhì)為醋酸，材料為304 不銹鋼，操作溫度60 ℃，在定期檢驗(yàn)過程中，通過常規(guī)超聲測(cè)厚和大面積快速長(zhǎng)距離導(dǎo)波檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)一段長(zhǎng)2 m 左右的直管段存在大面積醋酸腐蝕的傾向，隨即采用超聲導(dǎo)波B 掃成像技術(shù)對(duì)該段管線進(jìn)行精細(xì)掃查，對(duì)缺陷軸向和周向位置進(jìn)行精確定位。

3.2 檢測(cè)與分析

采用MRCS10 中距離周向掃查器對(duì)該直管段進(jìn)行精細(xì)掃查，主要檢測(cè)工藝為：頻率128 kHz，掃查步進(jìn)20°，檢測(cè)波形為T（0，1）波，由于現(xiàn)場(chǎng)壓力管道檢測(cè)結(jié)果信噪比低于對(duì)比試管， 所以需采用合成孔徑聚焦（B Scan-SAFT）對(duì)B 掃結(jié)果進(jìn)行處理， 合成孔徑聚焦是一種對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)的處理方法， 該方法可提高超聲導(dǎo)波B 掃檢測(cè)的橫向分辨力，但會(huì)造成一定的延遲時(shí)間，數(shù)據(jù)評(píng)定時(shí)需注意，檢測(cè)和處理結(jié)果如圖4 所示。

從圖4 可以看出，B Scan-SAFT 結(jié)果具有較高的信噪比，在管道周向280°處，出現(xiàn)了大面積腐蝕，且回波波幅均較高，基本呈現(xiàn)出一條直線狀；其次在靠近軸向距離2.2 m 的法蘭端面處，周向0～160°范圍內(nèi)出現(xiàn)了輕微腐蝕，采用超聲導(dǎo)波B 掃技術(shù)，大幅降低了導(dǎo)波信號(hào)分析的難度，且對(duì)于小缺陷也有較高回波，原因是當(dāng)導(dǎo)波檢測(cè)主機(jī)輸出的功率固定時(shí)，在周向一定范圍角度上加載的激勵(lì)能量比在整個(gè)周向同時(shí)激勵(lì)的能量要大。管道直徑越大時(shí)，這種優(yōu)勢(shì)就越明顯，對(duì)于缺陷的識(shí)別率就越高。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)管道超聲導(dǎo)波B 掃檢測(cè)結(jié)果

對(duì)于腐蝕原因的分析如下：該長(zhǎng)度為2 m 左右的直管段處于水平位置，平時(shí)在工藝生產(chǎn)中存在醋酸堆積在304 不銹鋼管道內(nèi)部的情況，這個(gè)堆積位置與導(dǎo)波所確定的周向位置基本吻合，長(zhǎng)期的醋酸堆積造成不銹鋼的醋酸腐蝕，故可采用更高級(jí)別的不銹鋼 （例如316L、321 等） 進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)還應(yīng)避免醋酸工藝介質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間堆積在管道內(nèi)。

4 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)長(zhǎng)距離超聲導(dǎo)波在壓力管道腐蝕檢測(cè)應(yīng)用中存在的眾多局限性，提出了基于超聲導(dǎo)波B 掃成像的腐蝕檢測(cè)技術(shù)，通過對(duì)比試管和現(xiàn)場(chǎng)壓力管道的檢測(cè)驗(yàn)證。結(jié)果表明：超聲導(dǎo)波B掃成像技術(shù)可以在一定程度上彌補(bǔ)長(zhǎng)距離超聲導(dǎo)波的不足，主要體現(xiàn)在，可對(duì)缺陷進(jìn)行周向定位，激發(fā)能量更為集中，對(duì)于小缺陷和大直徑管道更有優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)可采用長(zhǎng)距離超聲導(dǎo)波粗掃加超聲導(dǎo)波B 掃成像技術(shù)精掃組合使用來開展檢測(cè)工作。