地脚螺栓相控阵柱面超声导波换能器的设计及应用

岳贤强，姜海波，高超，马君鹏，李羽可

(1. 江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京 211102； 2. 国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 210008； 3.武汉中科创新技术股份有限公司, 湖北 武汉 430000)

0 引言

地脚螺栓是电力输电线路铁塔的重要基础部分，埋藏在混凝土基础中。在长期服役过程中，地脚螺栓在各种腐蚀介质作用下发生电化学腐蚀，造成受力截面减小，承载力下降，对输电线路铁塔安全稳定性造成威胁，易发生倒塔事故[1-2]。

对于地脚螺栓等细长杆体，可以采用柱面超声导波技术(cylindrically guided wave technique, CGWT)进行缺陷检测和腐蚀量测量[3-5]。超声波在细长螺栓中传播时声束与侧壁干涉发生波型转换，其反射回波信号包含了杆件的整体信息，从而实现对缺陷及腐蚀缺失的检测评估。CGWT技术最早用于螺栓、阀杆、泵轴等具有较大长径比构件的缺陷检测和评估[6]。由于技术限制，此种方法存在一些不足，如螺纹反射回波的干扰、信噪比低、机械扫查困难、检测效率低等。

相控阵作为无损检测的热门技术，可用于原材料、焊接接头、连杆、螺栓等工件的快速检测[7-8]。本文结合超声柱导波和相控阵延时技术，设计一种适合地脚螺栓等大尺寸杆件无损检测的相控阵超声柱导波换能器，并制作换能器用于实际检测，验证其可靠性，有效解决了地脚螺栓腐蚀缺陷检测难题。

1 用于螺栓检测的柱导波原理

波导原理可有效地应用于细长圆柱体(如螺栓、双头螺杆、阀杆或泵轴)的超声检测。当超声束沿圆柱体轴向……