[发明专利]基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法，该方法可用 于管道缺陷的无损检测，属于无损检测领域。

背景技术

管道运输在我国的国防建设和经济建设中有着至关重要的作用。由于我国运输管 线使用多年，现运输管线逐渐出现老化腐蚀的现象，甚至发生了管道泄漏、断裂乃至爆裂等 管线恶性事故，给国家带来巨大的经济损失，使周边的生态环境受到破坏和污染，使人们的 安全和财产受到损失与威胁。由于现阶段我国对于管道的缺陷检测方法有限，无法对管道 进行全面的检测，也无法对腐蚀位置和泄漏点进行精确的定位，导致运输管线维修困难，管 线盲目的被开挖报废，浪费大量人力财力。所以研发一种实用、全面、效率高的管道缺陷无 损检测技术是非常必要的。

现检测管道缺陷所用的导波主要分为两类，柱面纵向导波和周向导波。柱面纵向 导波目前国内外研究较多，并已经应用于工程检测。但是随着运输管道壁厚的增加，柱面纵 向导波衰减较大，检测能力有限，波形比较复杂，缺陷信号不易识别，并且存在一定的检测 盲区。除此以外，柱面纵向导波对管道周向缺陷较为敏感，检测灵敏度较高，但其对运输管 道上的轴向缺陷并不敏感，使得轴向缺陷在检测中不容易被识别。本发明将基于横波直探 头激励周向导波检测管道典型缺陷，通过改变横波直探头的布置方向即可激励出不同的周 向导波模态以用于无损检测不同类型的缺陷，克服了柱面纵向导波对于轴向缺陷不敏感的 问题，有效提升检测效率。

发明内容

本发明旨在提出一种导波缺陷检测方法，特别是基于横波直探头的管道缺陷周向 导波无损检测方法。将横波直探头置于待测管道表面作为激励传感器，利用中心频率与布 置方向均相同的横波直探头置于管道表面作为接收传感器来接收超声波信号。横波直探头 有其固定的偏振方向，通过改变横波直探头的布置方向，激励不同周向导波模态进行管道 缺陷无损检测。此方法可提高管道缺陷检测效率，克服柱面纵向导波对轴向缺陷不敏感的 问题，检测信号信噪比高，极大保障管道运输安全。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所采用的基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测装置具体参见图 1，包括任意函数信号发生器1、功率放大器2、数字示波器3、发射信号横波直探头4、接收信 号横波直探头5、计算机6、管道7。其特征在于：任意函数信号发生器1的输出端分别与功率 放大器2以及数字示波器3的输入端连接，发射信号横波直探头4置于管道7的外壁并与功率 放大器2的输出端连接，接收信号横波直探头5置于管道7的外壁，与数字示波器3连接，计算 机6与数字示波器3连接。

其中发射信号横波直探头4与接收信号横波直探头5中心频率均为500kHz，由人工 按压在管道7表面，通过专用耦合剂耦合在管道表面。发射信号横波直探头4用于激励周向 导波，接收信号横波直探头5用于接收周向导波。

本发明提出的基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法其具体实现步 骤如下：

步骤一：检测系统搭建，具体参见图1。

步骤二：运用数值计算软件，基于管道物理参数密度ρ、纵波速度c_L和横波速度c_s， 尺寸参数管道内径r₁和管道外径r₂建立管道结构波动模型和周向导波的频散方程，对频散 方程进行数值求解，绘制管道周向导波群速度曲线。

步骤三：根据步骤一得到的周向导波群速度曲线选择适合管道缺陷无损检测导波 模态的激励频率，并提取在此频率下各个周向导波模态的群速度v_g。

步骤四：在步骤二中选择的频率下，绘制所在频率下各个周向导波模态的波结构 图。分析各周向导波模态的轴向位移、周向位移和径向位移，确定相应周向导波模态的激励 方法，确定横波直探头的偏振方向与激励周向导波典型模态的关系。

步骤五：由任意函数信号发生器1产生汉宁窗调制的特定周期的正弦波激励信号， 分别输入至功率放大器2与数字示波器3。经过功率放大的激励信号输入发射信号横波直探 头传感器4，发射信号横波直探头4以步骤三确定的偏振方向进行布置，激励相应模态的周 向导波。接收信号横波直探头5与发射信号横波直探头4布置方向相同，接收相应模态周向 导波。通过分析接收信号中的反射回波到达接收点的时间，确定管道缺陷位置。

本发明具有以下优点：