导波检测技术在小径管检测中的应用

齐向前

（天津诚信达金属检测技术有限公司，天津 300384）

针对小径管腐蚀缺陷的检测方法通常有漏磁法、远场涡流检测法、超声检测法等。漏磁检测对传感器与检测表面的间隙非常敏感，间隙变化会引起较大的检测误差［1］。远场涡流法克服了传统涡流检测方法仅适用于检测近表面缺陷的缺点，在电力、化工等行业的管道在役腐蚀检测中得到了广泛应用，对均匀减薄、渐变减薄和偏磨减薄的检测，都有较高的检测灵敏度；但对于小体积缺陷，如腐蚀凹坑等，其检测灵敏度的高低易受被测管道的材质、壁厚、磁导率、检测频率和探头的速度等因素的影响，且检测过程中的振动噪声也易湮没缺陷信号［2］。

近年来，在电力、石化行业中，超声导波检测技术在小径管的制造缺陷、磨损、腐蚀、变形等方面的检测应用越来越普遍，但其需按管子规格进行专门计算设计、定制专用导波探头。目前，国内已有探头制造商提供定制的导波探头，笔者通过制作φ60mm×6mm 规格的小径管对比试样，确定了国产导波探头对缺陷检出的有效性，并将其应用于工程现场，对导波检测技术的推广及现场应用指导，具有积极的意义。

1 试样制作

选用规格为φ60mm×6mm 的20G 钢管制作对比试样，参照GB／T 5777—2008《无缝钢管超声波探伤检验方法》制作，分别在钢管轴向及周向机加工出矩形槽，如图1所示。分别加工4根对比试样，各内壁上加工4个周向槽：1＃，2＃，3＃，4＃槽，其槽深× 槽宽分别为1.5mm×0.5mm，1mm×0.5mm，0.4mm×0.3mm，0.3 mm×0.3mm；钢管外壁纵向槽尺寸示意如图2，其1＃，2＃，3＃，4＃，5＃纵向槽 的宽度 分别为0.5，0.5，0.3，0.3，0.3mm，各槽间距30mm。

图1 钢管内壁周向槽尺寸示意

图2 钢管外壁纵向槽尺寸示意

2 试验设备与试验结果

2.1 试验设备

采用ISONIC 2005仪器的导波检测功能进行检测，从国内某厂家定制相应的导波探头。探头的参数见表1，探头底面修磨至与管材的曲率相匹配，分别对图1和图2所示试样进行纵向导波和周向导波检测。

表1 试验用导波探头参数

2.2 纵向导波检测

图3为纵向导波检测内壁周向槽时，检测波高达满屏幕的不同高度与检测距离的关系。如果以达到20%满屏幕（20%FSH）的波高作为灵敏度极限，可见，随着导波检测距离增加，波的反射能量降低。1＃，2＃，3＃，4＃周向槽检测波高达满屏20%时的实际检测距离分别为250，206，70，45mm。深度大于1 mm 的内壁周向槽，深度越深，检测距离越远；槽深小于1mm 时，检测距离急剧下降，3＃，4＃槽反射波高仅能达到满屏高的20%。

图3 纵向导波检测周向槽时反射波高与检测距离的关系

2.3 周向导波检测

图4为超声周向导波对纵向槽的检测结果，同样，对同一槽的检测，随着导波传播距离增加，波的反射能量降低，随着槽深的降低，其最大检测距离整体降低。

1＃，2＃，3＃，4＃，5＃纵向槽的反射波高降低到20%满屏幕（20%FSH）时，其检测距离分别为140，134，115，100，85mm，可见槽深对导波的传播距离影响较大。

图4 周向导波检测纵向槽时反射波高与检测距离的关系

由图4可见，对于深度超过0.4mm 的纵向槽，波高为20%FSH 时的导波检测距离超过100mm，可以对φ60mm×6mm 管材进行半圈检测。DL／T 438—2009《火力发电厂金属技术监督规程》规定，工厂化配管前钢管表面的裂纹、机械划痕、擦伤和凹陷及深度大于1.6mm 的缺陷应完全清除，对于钢管内外表面不允许有大于以下尺寸的直道缺陷：热轧（挤）管，大于壁厚的5%，且最大深度大于0.4mm。依据上述标准规定，从试验结果可以看出，若利用周向导波探头对φ60mm×6mm 管材的纵向划痕、擦伤等缺陷进行检测，能够检出深度大于0.4mm的缺陷，满足标准要求，但检测前需要制定检测工艺，以保证导波能覆盖到整个管壁。

2.4 试验结果分析

随着导波探头与缺陷间距离的增加，缺陷的回波幅度降低，缺陷回波的包络线不断拉长，信噪比变差，如图5所示。这种现象主要由导波的频散引起：导波的声速分为相速度和群速度，相速度是振动相位传播的速度，是对单一频率连续谐振波定义的传播速度；群速度是指多个相差不多的频率的波在同一介质中互相合成后的包络线的传播速度。对某一个固定的频厚积，存在着多个不同的相速度，又由于探头激发频率具有一定的频带宽度，因此，会产生更多不同的相速度，而随着波传播时间的延长，相速度差别较大的模态波在时间轴上的距离也越大，因此引起了导波的频散现象［3］。

图5 同一缺陷在不同的检测距离下的反射波形

3 现场应用

依据上述试验，采用周向导波对某电厂规格为φ51mm×4mm 的低温再热器入口联箱出口管道进行了内壁腐蚀坑检测。检测时，保持探头与管壁耦合良好，探头沿管壁轴向运动完成管道的半周检测；然后将探头转动180°，在原来探头移动路径上完成管道的剩余半周检验；将探头接近1mm 深线切割槽，找到最高回波，调节为满屏的100%作为检测灵敏度。发现缺陷后，移动探头找到最高回波，若此时反射波高大于100%，说明其当量深度大于1mm；通过现场检验并解剖，有效地发现了管道的内壁腐蚀缺陷。图6为现场缺陷的实物解剖照片。

图6 腐蚀坑导波检测现场解剖照片

4 结语

通过制作φ60mm×6mm 小径管的对比试样，对定制国产导波探头的缺陷检测距离进行了试验，结果表明，其检测距离与理论检测距离还存在一定的差距，纵向导波纵向检测距离最大约250mm，周向导波的检测距离超出管道的半个周长（仅针对φ60mm×6mm试验管材），且缺陷深度对检测效果影响较大，当缺陷深度超过1mm 时，检测效果较好。

依据试验结果，针对某电厂规格为φ51 mm×4mm的低温再热器入口联箱出口管道，制定了导波检测工艺，并进行了现场检测，通过实物解剖表明，现有定制导波探头基本能保证对腐蚀缺陷的有效检出，满足使用要求。

［1］李光海，沈功田.工业管道无损检测技术［J］.无损检测，2006，28（2）：89－90.

［2］金南辉，成德芳，牟彦春.电站锅炉水冷壁管远场涡流检测［J］.无损检测，2008，30（7）：404－405.

［3］牛晓光，李树军，张彦新，等.小径管超声导波探伤的应用研究［J］.河北电力技术，2001，21（5）：10－11.