受热面管内部缺陷周向导波检测技术研究

受热面管内壁沟痕、裂纹等缺陷严重威胁着受热面管的安全运行。针对受热面管内壁缺陷检测难题,本文采用压电传感器激发的周向导波对受热面管内壁缺陷检测进行研究,得出结论如下:L模态导波适宜受热面管内壁缺陷检测。压电导波检测探头的能量与晶片尺寸呈正比,晶片尺寸越大能量越高。同时,采用理论计算的方式精确计算了导波探头与管壁的耦合情况,实现了探头与管壁的良好耦合,探头与管壁耦合地越好所接收到的缺陷回波越高,能量越大。     

管道中激励和接收扭转模态导波专用探头的研制与应用

超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。扭转模态是管道中超声导波的模态之一,可以检测各类缺陷。采用厚度切变型压电陶瓷作为敏感元件的探头,其外形尺寸为20 mm×10 mm×20 mm,在4 m长的钢管中进行了扭转模态的激励与接收试验。结果表明,该探头能够有效地激励和接收扭转模态,抑制了其它模态导波的干扰。     

不锈钢管材中弯曲模态导波试验

使用单探头激励法在管壁中激励弯曲模态的导波,以频散曲线为切入点,研究了弯曲模态导波在不锈钢管材中的传播规律以及对缺陷检测的可行性。根据频散曲线选定F(n,3)及L(0,2)模态,进而确定激励频率和入射角。得到弯曲模态导波可对φ1 mm(含φ1 mm)的通孔进行有效检测的结论。     

管道T(0,1)模态导波检测数值模拟研究

简述了管道导波检测理论基础.运用有限元分析方法,对目前现场检测中应用的T(0,1)模态导波在管中传播过程进行数值模拟研究.在模型的特定部位删除或添加部分单元来模拟缺陷和焊缝,对管子的一端切向瞬时位移载荷模拟T(0,1)模态入射波,计算管道的瞬时动力学响应,对回波信号作频谱分析.计算结果表明,缺陷位置可以根据缺陷处回波信号到达时间和波速确定.给出了缺陷回渡反射系数与缺陷横截面积各影响因素之间的关系曲线,可近似地判定缺陷的几何尺寸,并通过回波初始相位来识别缺陷.     

冷冻水管道腐蚀缺陷超声导波检测

采用超声导波检测方法,对中央空调冷冻水管道腐蚀缺陷进行了检测。对导波反射回波信号进行标定,拆除保温层对疑似缺陷进行验证,计算缺陷处管道周向腐蚀减薄率,并分析了影响缺陷回波信号的因素。结果表明,超声导波检测能够实现腐蚀缺陷的快速检测与定位;波包在支管与大小头处发生模态转换与发散,使得其后的区域成为检测盲区;导波信号在管道外壁腐蚀层的吸收作用下迅速衰减,沿长度方向的反射回波强度迅速下降。     

弯折小径管中槽型缺陷的L(0,1)模态导波检测

利用L(0,1)模态超声导波对直径为10 mm,壁厚为2 mm的不锈钢小径弯折管中的槽型缺陷进行检测。首先,建立有限元仿真模型,分析L(0,1)模态在具有不同弯折角度弯头处的模态转换和反射特性,观察到不同模态的反射回波信号能量与弯折角度间存在非单调关系;其次,利用磁致伸缩传感器在小径管中激励中心频率为90 kHz的L(0,1)模态的超声导波,对槽型缺陷进行检测,分析了弯折角度对导波缺陷检测能力的影响。结果表明:弯头处导波模态转换成F(1,1)模态后会影响导波对弯头后端槽型缺陷的检出能力,将提出的特征波形能量比值β作为表征参数,可以实现缺陷的检出,弯折角度为90°时检测效果最佳。     

超声导波在钢管中的传播特性

根据有限元理论,通过建立钢管的3D模型,模拟超声纵向导波L（0,2）在钢管中的传播模态。在弹性动力学的基础上,分析得出了超声导波在钢管中传播时存在着多模态和频散特性。根据钢管的频散曲线选取了激励L（0,2）模态的高频信号的频率,利用有限元软件ANSYS／LS--DYNA进行仿真。根据仿真结果中回波信号时间计算得出的波速结果与频散曲线的值相符;通过查看两个节点的位移时间历程曲线图,验证了导波在传播过程中存在的衰减和多模态现象。     

超声导波管道表面激励接收的仿真分析

目前已有的超声导波激励模型均是在管道端部截面处施加瞬时载荷。然而,实际检测中,导波探头一般安装在管道外表面。为此,本文使用Ansys LS-DYNA显性动力学模块建立管道3-D模型,分别在管道表面施加汉宁窗调制的位移荷载和力载荷,可以成功地激励出轴对称纵向模态导波。仿真信号的波速接近理论值,缺陷定位准确。该方法很好地从声场角度对压电导波和电磁超声导波进行仿真分析,也为非轴对称局部加载激励导波的数值模拟提供了方法。     

基于超声导波的长距离高压多芯电缆缺陷检测

针对电力系统中高压多芯电缆的损伤难以准确检测的问题,对基于超声导波的高压多芯电缆损伤缺陷检测方法进行了研究。分析了导波在电缆中的传播特性,研究了整套超声导波无损检测试验装置,利用PZT探头进行了导波的激励与接收换能,制作了用于固定电缆以及超声探头的夹具,并且在长电缆上进行了试验,采用小波去噪以及小波变换对缺陷点反射回来的信号进行了去噪及特征提取分析。结果表明,信号的信噪比显著提升,可以准确识别出微弱回波信号,实现了对导波发射端左右两端共20m范围内的缺陷检测。     

基于模态分离的圆管裂纹超声导波无损检测

针对传统的导波检测信号处理方法对微小缺陷不敏感的问题,利用轴对称导波在遇到不对称结构时会转换为弯曲模态的特性,基于不同模态其振动幅值和相位也不同的原理,通过对混合模态数据进行特征匹配实现对混合数据的分类,进而将各模态的数据分离;以某一特定参数的圆管为例,通过有限元仿真对此方法进行验证。试验结果表明,回波信号中的各弯曲模态都能够被很好的提取,利用分离出来的模态数据能够很好地判定空心圆管中缺陷的存在性和轴向位置,表明该方法能够对圆管中存在的微小缺陷进行检测和定位,为传统线性超声导波检测微小缺陷提供了新的方法。     

一种基于导波技术检测锚杆长度及缺陷的新方法

分析了自由钢杆与置于土壤中钢杆的频散曲线,并利用所建立的试验系统,采用导波技术,对上述两种锚杆的长度进行了检测。结果表明,频散曲线可以作为导波检测的理论指导,利用频散曲线选择合适的频率范围,通过激励纵向轴对称L(0,1)模态的导波可有效地检测锚杆长度;与置于空气中锚杆相比,置于土壤中锚杆的端面回波的信号幅度有所衰减,并且利用L(0,1)模态实现了对埋于土壤中锚杆缺陷的检测。     

管道超声导波模态的频散分析

超声导波检测是一种高效的管道无损检测新技术,导波模态和频率是其研究的关键技术。通过改变钢管的内径和壁厚,分析得到了内径、壁厚对导波频散区域和模态数量的不同影响。根据L(0,2)模式和F(0,3)模式在空管中的传播特性,分析了超声导波单探头检测可能存在的漏检区域。     

超声导波确定储罐底板缺陷腐蚀程度的实验研究

超声导波的大面积扫描可以快速确定储罐底板腐蚀（凹坑）特别是背面缺陷的位置，回波的高度与腐蚀缺陷的深度和表面尺寸有关，本文使用超声导波检测设备在标准缺陷板上通过对接收信号振幅的分析来评定缺陷的腐蚀程度，实验结果表明，在探头与缺陷距离一定的情况下，通过调节增益的大小，回波的振幅与腐蚀程度表现出一定的规律性，在实际检测中，可以界定腐蚀程度的范围。     

以聚焦能量为导向导波非穿透型缺陷检测研究

为了达到导波的检测能量尽可能聚焦于缺陷处的目的,结合时间反转聚焦理论,采用模拟计算与实验研究相结合的方法对含有不同尺寸的非穿透型裂纹缺陷的管道进行检测研究,得到时间反转导波反射回波系数是直接导波反射回波系数的3倍,由此证明了时间反转法的时-空聚焦的特性,即时间反转导波同时到达缺陷位置,实现了能量的汇聚,论证了时间反转聚焦理论可用于管道导波的缺陷检测、提高小缺陷的检出能力。     

基于磁致伸缩效应的超声导波管道检测实验研究

实验研究了基于磁致伸缩效应的超声导波技术在实际管道检测中的检测能力。在实验过程中传感器与管道之间采用机械干耦合方式,控制传感器单向激励低频T（0,1）模态超声导波。对一根长9．6m的管道试样进行实验,激励的T（0,1）模态超声导波在管道中传播153．6m后,管道端面回波信号仍然具有高信噪比。对两段现场蒸汽管道的检测实验,得出单向激励64kHz,T（0,1）模态超声导波能够检测到13m管道长度内的焊缝、支架、弯头等管道典型结构并且位置误差小于150mm。     

钢筋缺陷超声导波检测数值模拟及信号分析

首先进行了超声导波的理论分析,并且应用有限元分析软件建立了钢筋超声导波传播模型,进行了钢筋不同缺陷长度和深度超声导波传播数值模拟。其次,基于钢筋缺陷损伤回波信号,研究了其反射系数与回波时间,得到了钢筋在不同损伤程度下的超声导波传播规律,并给出了缺陷的位置及影响因素。最后,对模拟信号进行时频分析,验证了超声导波检测的准确性。     

超声导波模态识别方法比较

模态转化是超声导波缺陷检测的重要表征之一,因而确定超声导波的模态在超声导波检测中有重要意义。采用数值模拟方法,得到利用窄带信号激励梳状换能器,在铝管中产生轴对称纵向导波时,铝管表面的面内位移和离面位移值。对采集到的位移信号分别使用时域法、二维傅里叶变换法以及矩阵束方法进行处理,从中提取存在的导波模态。由处理结果可知,三种方法均能判断导波模态,但其又具有各自的特点和局限性。     

基于有限元分析的压力容器损伤阵列稀疏特征建模与定位方法

针对压力容器无损检测中较难检测的封头部位,提出了一种基于压电超声导波阵列的在线监测方法。首先,建立压力容器封头结构的有限元模型,利用窄带Lamb波模拟结构损伤源的散射信号;其次,将被监测区域离散成稀疏点,对每个稀疏点的回波信号提取阵列波达时间差作为导波阵列的稀疏特征信息,并计算损伤回波信号的波达时间均方根值(RMS),形成基于有限元模型的损伤稀疏特征样本库;最后,通过计算实测损伤回波信号均方根值与损伤稀疏特征样本库匹配成像,像素点最高的位置即为损伤位置。试验结果表明,模拟损伤距离定位误差为20 mm,角度定位误差为1°,与实际损伤位置较为符合,能够较准确地反映缺陷的位置。     

基于B扫描成像的油气对焊弯管缺陷的超声导波检测

为解决应用超声导波检出油气对焊弯管缺陷的难题,分析了弯头及环焊缝对L(0,2)模态、T(0,1)模态导波的传播影响,发现环焊缝会使导波产生反射,弯头及环焊缝会使导波产生衰减和模态转换,而导致油气对焊弯管缺陷难以检出;提出了基于B扫描成像的超声导波检测方法,通过B扫描图像辅助识别弯管缺陷信号;最后加工了2根带缺陷的油气对焊弯管,采用上述方法进行检测试验。试验结果表明,基于B扫描成像的超声导波检测方法能够有效检测并定位出弯头及过弯头后直管上的缺陷。     

管中导波的频散计算和缺陷检测

航空结构中不易拆卸的小口径管路和石油输油管道都需要一种高效快捷的损伤检测手段,研究了基于压电传感器的导波技术对中小口径管结构损伤的检测方法。借助Matlab软件求解频散方程,绘制频散曲线,根据频散曲线分析最佳激励频率及最佳导波模态,进一步得到检测信号的激励方法。结合数据处理及损伤定位方法,给出一套管路损伤的导波检测方法。试验结果表明:使用L(0,2)模态导波有效检测出φ25 mm不锈钢管上φ2 mm通孔,检测距离达70 m,使用T(0,1)模态导波有效检测出石油管道上的腐蚀缺陷。