导波检测技术应用案例

江苏中宇检测有限公司

 4.1高频导波检测技术

n近年来，越来越多的压力管道或压力容器在定期检验中，无法做到开罐全面检验，以致于不能得到管道或母材的质量信息，针对承压设备在不开罐或在役的情况下检验检测，在新的需要下越显重要。

n另外，一些化工企业随着新生产工艺的改进，越来越多的用到一些新材料来制造关键的化工装备，比如钛、锆、钯等，使用这些材料的换热器、压力容器或复合材料，比普通钢材具有更好的耐腐蚀性，但是价格也比较昂贵，新材料的应用提高了企业的产品质量的设备使用寿命，也为材料质量检测带来了新的课题。

 

n由于生产工艺的不成熟，一些新材料在设备制造过程中，可能会存在一些质量安全隐患。

n在一些压力容器封头成型过程中，如果工艺控制不当，变形较大的弧形部位经常容易产生裂纹。

 

 

 

常规无损检测局限性

n对一些贵重合金材料封头母材裂纹的检测一般可以采用渗透、超声波、射线检测等方法。

n渗透检测效率较高，但是只能检测出表面开口的裂纹缺陷，无法检出母材内部的裂纹。

n超声波检测采用斜探头扫查可以检测母材表面及内部裂纹，但是需要多个方向进行扫查，且手动扫查检测效率很低。

n射线检测成本较高，且受裂纹角度的影响，较小的裂纹容易漏检。

 

高频导波检测技术原理

n高步导波属于超声波范围，导波是由多个不同波群组成，换能器以临界角的角度在工件上时会在其表面产生爬波，但是爬波不能在在个无应力表面很好地单独产生，伴随爬波在大多数物体内部会产生一种一般称之为头波的剪切波(横波)。在板壁或板材的两个表面上头波将会在相反的表面上产生另一个爬波(次级爬波)，以至于爬波再沿各个表面不断衍生新的头波，头波用一个明确的角度以平行的波阵面传播，这个角度就是横波在材料在的临界角。

 

 

探头在临界角时所产生的爬波和头波示意图，由限定尺寸的探头所产生。

(C)为爬波，(H)为头波，(P)为纵波，(S)为横波，

 

n           高频导波检测技术应用在贵重合金材料封头母材检测上的工艺路线：

n           试块的设计及加工。试块材料与厚度应与被检工件一致，并设计加工一些人工缺陷。

n           高频导波检测工艺的研究

n           现场试验及应用。

n           性能指标：

n           能检出0.5×10mm(深×长)的线性缺陷。

 

高频导波检测技术优越性

n使用高频导波技术时，需使用专用探头，探头发出超声组波，其波宽和基本波长与被测板壁厚有关，组波在被测表面之间发生干扰，在传播过程中，充满整个被检工件，如果有裂纹、凹坑及腐蚀缺陷，将产生相应回波，并传给探头。

n对于平板状工件的导波检测，一般检测区域为1~2m扇形或长方形区域，工件厚度一般为6~40mm，灵敏度最高可以检测1%T的线状缺陷。

n检测速度快，最高可达0.5m²/s，远高于普通超声波对封头的检测。

 

对比试块检测结果

n分别在T=14mm的对比试块的两端用导波探头进行平行扫查，分别如图7和图8。

n在对比试块的导波检测中，由于对比试块两端面的影响，会有一个强烈的信号图像，在实际工件中则不会有类似边界的干扰信号。

图3 ①#缺陷导波图像(1000mm距离)

 

图4 ②#缺陷导波图像(1000mm距离)

在试板中不同距离40%T深度φ5孔的导波检测效果

 

 

应用案例

n2008年6月在无锡一家企业对其锆材加工的封头检测中，发现10多处裂纹。

 

 

高频导波检测封头时所发现的裂纹及扫查图像

 

 

 

 

南京某企业一台覆沙罐，内表面导波检测所发现的外表面焊接垫板。

 

4.2 低频导波检测原理

n导波检测是国际上目前新兴起的一种无损检测方法，它在许多行业都开始进行试用，特别是在用管道的检验上，英国等西方国家已经进行了多年的研究，取得了许多实际检测的经验，为导波检测的标准化做出了积极的贡献。

n导波属于超声波范围，当传播超声波介质的断面尺寸小于波长数倍时,纵波和横波不能独立存在,此时会产生一种与介质断面尺寸有关的特殊波动,称为导波(Guided Wave)。

低频导波检测原理

n管道检测中所应用的导波频率范围大致为20KHz~100KHz，不同频率的导波对各种特征反射体其反射回波比例不同。

n导波主要沿管道轴向传输，平均分布于管壁内部，当导波传输过程中遇到缺陷时(缺陷在环状截面有一定的面积)，导波会在缺陷处返回一定比例的反射波，因此可根据反射波来发现缺陷和判断缺陷的大小。

导波检测原理

n导波的检测灵敏度用管道环状截面上的金属缺损面积与管道环状截面的百分比评价，目前的检测水平可达到3%，即当缺损面积达到总截面积的3%便可检出。

导波检测原理

n管道导波检测示意图：

 

 

 

导波检测的优越性

n            只要在管道上某一段部位（约0.5米长）安装探头卡环，便可对卡环两侧各数十米长度的管道进行100%的快速检测。

n            可以检测空中和水下管道而无需在空中或水下作业 。

n            可以检测被保温或绝热材料包覆的管道，除安放探头的位置外，无需破坏包覆层。

 

导波检测的优越性

n           可以检测难以接近区段的管道，例如有管夹，支座，套环的管段，被墙壁，容器壁，其它管子或结构件阻碍的管段，桥梁下的管道以及穿越道路，堤坝的管道，而无需破坏造成障碍的结构。

n           可在运行状态下进行在线检测。

n           检测现场无需用电，无污染、不影响周围工作，2~3人即可进行操作，每天检测长度达5公里(视现场条件)。

 

导波检测的特点

n导波容易检出的缺陷包括局部腐蚀，冲蚀，机械损伤，成群的点蚀以及环向裂纹。对均匀腐蚀，个别点蚀，轴向裂纹，焊缝中的小缺陷则不敏感。但如果轴向裂纹和焊缝中的缺陷足够大，也是可以检出的。

n导波一次检测的可检测长度可达卡环两侧各80米。当管内有介质或外面包裹有沥青等材料，或管壁及内部存在较大的缺陷(如裂纹、未焊透、腐蚀坑等)，以及管道结构特征(如焊缝余高、接管、支架、变径处等)会使一次可检测长度减少，减少程度与管道腐蚀程度、具体接触物质特性、管道结构特征有关。

 

导波检测的特点

n        在导波检测前应做的准备工作：

n        查阅管道的原始资料；

n        绘制管道的单线图；

n        检查管道周围的附着物，包括介质、防腐层、接管、安全阀、法兰、焊接支撑等；

n        编制检测方案。

导波在国内的应用

n江苏省特检院是国内第一家引进导波检测技术与设备的单位。

n该设备为英国帝国学院导波公司(GUL)所生产的Wavemaker SE16 Pipe Screening Instrument 系统，该系统可以设置多组探头对检测位置两侧方向同时进行工作。

n2004年1月我所有6名技术人员接受了该公司的技术培训，并全部考核合格。

以下为导波检测设备

 

 

导波在国内的应用

nWavemaker SE16导波检测系统包括：导波检测仪、检测软件、笔记本电脑、探头架、探头以及其它辅助工具等。

n检测适用范围：2~40英寸规格的管道。检测环境包括：空管道、有介质管道、有防腐层管道、有运行振动的管道、有锈蚀的管道等。

n在导波检测应用前，我所针对在用管道的缺陷特征，模拟了大量的缺陷进行导波检测研究。

n目前，导波检测已经在扬子石化公司、南通热电厂等单位进行了试验应用，取得了良好的检测效果。

管道低频导波检测现场

 

这是一张管道较好部位的导波检测图

 

这是一张管道表面有点状腐蚀坑的导波检测图

 

 

 

导波在国内的应用

n在导波检测图上，一般有以下几种特征反射波：

Ø焊缝；

Ø法兰；

Ø焊接件(支撑、接管等)；

Ø腐蚀坑；

Ø其它缺陷(损伤、裂纹等)。

n通过对导波检测图中各种反射波的识别，来判定管道中是否有腐蚀、裂纹等缺陷的存在。

n比较缺陷反射回波的高度可以估计缺陷在环截面上的大小比例和大概位置及严重程度。