超声波检测在煤气管线上的应用

王宗伟

[摘要]在煤气管道这种承压设备埋入地下之前，必须首先进行焊缝检测，做到有备无患或者少患，因为这些承压管线在焊接的时候，由于焊接设备和焊接技术以及焊接工艺参数的调整和变动等因素的影响，势必造成焊接质量存在这样那样的问题。如果不进行检测将把带有残缺的管线埋入地下，就会造成寿命缩短，漏气等各方面的问题。本文就以超声波检测技术在煤气管线中的应用，讲述超声波检测技术。

[关键词]超声波;煤气管线;超声波检测技术

一、超声波简介

超声波是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20千赫。超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域，比如金属探伤，工件清洗等。超声波在实际应用中又分为功率超声波及检测超声波。它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在密度较大的固体及液体中传播距离远，可用于测距、工业探伤、医用B超声、清洗、焊接、钻孔、碎石、杀菌消毒等。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz～20000Hz。当声波的振动频率小于20Hz或大于20000Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1兆赫兹～10兆赫兹。理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大.在中国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小風扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度，这就是超声波加湿器的原理。如咽喉炎、气管炎等疾病，很难利用血流使药物到达患病的部位，利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够提高疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的。超声波在医学方面应用非常广泛，像现在的彩超、B超、碎石（例如胆结石、肾结石、祛眼袋之类），还能破坏细菌结构，对物品进行杀菌消毒。

二、超声波检测

1、超声波检测原理

超声波探伤是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜射探伤时用横波。脉冲反射法有纵波探伤和横波探伤。在超声波仪器示波屏上，以横坐标代表声波的传播时间，以纵坐标表示回波信号幅度。对于同一均匀介质，脉冲波的传播时间与声程成正比。因此可由缺陷回波信号的出现判断缺陷的存在;又可由回波信号出现的位置来确定缺陷距探测面的距离，实现缺陷定位;通过回波幅度来判断缺陷的当量大小。

2、超声波检测优缺点

超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量。超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主客观因素影响，以及探伤结果不便于保存，超声波检测对工作表面要求平滑，要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验，使超声波探伤也具有其局限性。超声波探伤仪的种类繁多，但脉冲反射式超声波探伤仪应用最广。一般在均匀材料中，缺陷的存在将造成材料不连续，这种不连续往往有造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是A扫描式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个工件中存在一个缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在显示器屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷波在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。

三、埋入地下的常见煤气管道

1、镀锌管：镀锌层易出现磨损脱落，管壁锈蚀堵塞管道，以及产生水垢和滋生细菌，不仅实际使用寿命都不足10年，还给日常的生活埋下了疾病的隐患。2、复合管：复合管是取代镀锌钢管形成的第二轮热潮的管材，按金属管的位置不同，复合管有三种类型：（1）金属管在外侧，如衬塑钢管、涂塑钢管、铝合金衬塑管等;（2）金属管在内侧，如塑覆铜管、塑覆不锈钢管等;（3）金属管在中间，如铝塑复合管、钢骨架塑料复合管、内外涂塑复合管等;3、铜管：从热水管扩大应用至冷水管;从高标准建筑扩大应用至中标准建筑，但近些年来，由于人们对“蓝水“现象的重视，以及期货市场的恶意炒作，在一定程度上影响了铜管的进一步应用。而铸铁管在建筑给水管材的应用环境上有诸多限制，人们关注的焦点则集中在不锈钢管上[1]。4、不锈钢管：不锈钢是一种无污染的金属材料，物理性能优良，性价比高、一劳永逸，不锈钢不仅在食品工业包括饮料，乳品，酿造，制药工业，餐具炊具等行业，并且还广泛用于对材料安全性和清洁性要求极高的医用人体如各种支架、人工关节和体内钢钉等。

四、超声波检测钢管

1、超声波检测钢管缺陷要点。由于外圆并不是严格意义上的圆，表面比较粗燥，自动扫描波动较大，管径径小于1.0m时应埋设双管;管径在1.0～2.5m时应埋设三根管;管径2.5m以上应埋设四根管。声波检测管宜采用钢管、塑料管或钢质波纹管，其内径宜为50～60mm。钢管宜用螺纹连接，管的下端应封闭，上端应加盖，检测管可焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，检测管之间应相互平行。2、具体方法。（1）焊缝检测一般采用一种K值探头，利用一次反射法在焊缝的单面双侧对整个焊接接头进行检测。当母材厚度大于46mm时，采用双面双侧直射法检测。对于要求比较高的焊缝，根据实际需要也可将焊缝余高磨平，直接在焊缝上检测。（2）检测区域的宽度是焊缝本身，再加上焊缝两侧各相当于母材厚度的30%的一段区域，这个区域最小为5mm，最大为10mm。（3）探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其它杂质。检测表面应平整光滑，便于探头的自由扫查，其表面粗糙度Ra应小于等于6.3μm，一般应进行打磨。Ⅰ.采用一次反射法检测时，探头移动区应不小于1.25P;P=2TK。式中：P--跨距，mm;T--母材厚度，mm;K--探头K值。Ⅱ.采用直射法检测时，探头移动区应不小于0.75P。（4）去除余高的焊缝，应将余高打磨到与相邻母材平齐.保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边.较大的隆起和凹陷等也应进行适当的修磨，并作圆滑过渡，以免影响检测结果的评定。

参考文献

[1]《超声波检测》中国机械工程协会无损检测分会编写.机械工业出版社，2009年10月第一版.

[2]郭伟主编.《超声检测》.机械工业出版社，2014-09-01.第一版.