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。     

扭转模态超声导波在弯管中的检测试验

超声导波在弯管中的传播较在直管中人传播更为复杂,而在实际工程现场,弯管弯头部位的检测尤为重要。利用磁致伸缩超声导波激励出扭转模态T(0,1),研究了超声导波在弯管中典型部位的缺陷检测问题及不同检测频率对弯管缺陷识别的影响。试验结果表明:检测频率低会导致超声导波反射信号在拱背外侧缺陷和弯头焊缝处发生频散而难以分离;检测频率高,得到的弯头拱背内侧缺陷与拱背外侧缺陷的信号幅值都很小。因此选择合适的检测频率,才能更好地对弯头缺陷进行有效识别。T(0,1)模态导波经过弯头时,能量会在拱背外侧产生聚焦,在拱背内侧出现发散,拱背外侧缺陷比拱背内侧缺陷更容易检出;信号经过弯头后,能量衰减严重,衰减后的能量约为原来的一半。     

基于磁致伸缩技术的超声导波波速及最大检测长度试验

针对基于磁致伸缩超声导波技术的导波波速及检测长度进行了试验研究。试验中采用干耦合方式,分别对两种不同材质(不锈钢、合金钢)管道试样进行了超声导波检测。试验结果表明,分别单向激励64和128 kHz的T(0,1)模态超声导波在两种不同材质的管道管端位置,波速及检测长度有着明显的差异。     

干耦合式磁致伸缩导波管道检测系统

针对大管径、高温管道,提出了机械夹持与耦合剂的组合耦合方法,设计出一种适用于磁致伸缩传感器的柔性机械夹持装置。该柔性机械夹持装置可提供较强的预紧力,并保证铁钴合金带与被测管壁间的作用力沿环向均匀作用。对比测试结果表明,干耦合方式不受管道温度限制,激励的导波能量与信噪比和采用环氧树脂粘贴耦合方式相当。利用课题组研制的MsTGW磁致伸缩导波管道检测仪,将干耦合式磁致伸缩传感器应用于工程检测中,可以有效定位出大管径、高温管道中的特征结构及缺陷位置,定位误差小于5%。所设计的机械夹持装置在工程现场中安装使用方便,具有很好的工程应用前景。     

磁致伸缩导波技术检测管道缺陷

介绍了磁致伸缩T模态导波技术检测管道缺陷的原理。应用MsSR3030导波检测系统检测了管道中的人工环向切槽和钻孔,给出了数据采集和分析过程及检测数据报告。同时给出了在用管道的现场检测数据分析结果和缺陷验证情况。实验和现场检测表明,磁致伸缩T模态导波技术在管道检测上具有较高的准确性和快捷性。     

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。     

磁致伸缩导波模式控制传感器技术

超声导波在构件中传播具有多种模式的特征,给导波无损检测信号分析及其应用带来一定难度,通过导波传感器的合理设置实现导波模式的可控具有重要的实用意义。系统综述了国外基于磁致伸缩效应的导波传感器模式控制技术,详细介绍了纵向导波、扭转导波、弯曲导波三种模态传感器的设置。通过比较可得,磁致伸缩传感器中偏置磁场和交变磁场方向和大小设置决定了所激励出的导波模式。     

基于磁致伸缩效应低频导波在高温工业管道腐蚀检测的应用

低频导波检测技术在针对工业管道腐蚀检测方面有着良好的应用前景;研究中分析了3种不同类型低频导波检测技术的各自特点,介绍了导波检测的基本原理,采用美国西南研究院MsSR3030R磁致伸缩导波检测系统,对不同环境条件下的高温工业管道进行了低频超声导波检测,结果表明:与传统压电式低频超声导波检测方法不同,磁致伸缩效应导波检测技术可以有效检测出高温工业管道腐蚀缺陷,并通过观察特征信号表可实现对缺陷的准确定位;同时,磁致伸缩效应超声导波检测也存在一定范围的盲区。     

基于超声导波的舰船流体管道无损检测技术可行性研究

分析了导波在流体管道中的传播特性,计算得到了充水管道中导波频散曲线。实验研究了磁致伸缩导波在流体管道缺陷检测中应用的可行性,选择频散效应小的频率对流体管道进行了缺陷检测实验,可从检测信号中准确分析出缺陷信息。     

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。     

MsS导波技术在海洋钻井平台输油管道检测中的应用

海洋钻井平台工艺管道工况复杂,管道常规检测方法难以满足检测要求,迫切需要一种有效的在线检测技术。鉴于低频超声导波技术是管道在线检测的有效手段,本研究采用MsS导波技术对某平台的带套管的入海输油管道进行了在线检测试验,讨论了检测频率的选择要求,设计制作了试验样管,对样管进行了检测验证。样管检测和在用管道在线检测验证试验表明,MsS导波技术是解决海洋平台工艺管道在线检测技术难题的一种有效手段,可为今后同类管道的在线检测提供参考。     

MsS导波技术在油井管管体检测中的应用及对比试验

介绍了MsS导波技术及其在油井管管体检测中的应用。开展了油井管管体导波检测试验,并与电磁检测结果对比。对比表明,在相同的检测条件下,MsS导波技术能够迅速扫查整个油井管管体信息,检测横截面积损失量灵敏度高;电磁检测技术通过多探靴可实现缺陷环向精确定位。随着技术的发展,MsS导波技术在油井管管体检测中的应用前景广阔。     

超声导波在弯管中传播特性的有限元分析

通过建立弯管的ANSYS／LS-DYNA3D模型,模拟了L（0,2）模态导波在管道中的传播形态;计算了弯管中I。（0,2）和T（0,1）两种模态群速度曲线,并与相同管径和壁厚的直管做对比;研究了L（0,2）模态对管道弯头内外侧缺陷的检测能力。结果表明：导波在通过弯头时会发生模态转换,且频率越高模态转换越明显;L（0,2）和T（0,1）两种模态在弯管和直管中的频散曲线低频段时差异小而高频段时差异显著;并且,L（0,2）模态对弯头外侧缺陷检测能力要高于弯头内侧。     

基于磁致伸缩效应的超声导波技术导管架腐蚀检测试验

采用基于磁致伸缩传感器技术的超声导波技术对近浅海海洋平台导管架腐蚀状况检测进行了试验。结果表明,利用超声导波技术可以实现导管架全长度腐蚀状况快速检测。结果还表明,高频信号容易受到连接导管架的横梁影响,采用较低的激励频率更有利于分析海洋平台导管架腐蚀状况。由32kHz检测数据分析可知,导管架腐蚀缺陷主要集中在两个区域,其...     

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。     

超声导波检测技术在电力系统的应用

介绍了超声导波激发的基本原理和导波的传播模式、分类以及导波在输电铁塔锚杆和角钢类型材检测、电站压力管道和小直径管子检测方面的应用。超声导波检测技术具有检验速度快、成本低等优点,能有效地提高检测效率,可广泛应用于电力系统的无损检测工作。     

Longitudinal mode magnetostrictive patch transducer array employing a multi-splitting meander coil for pipe inspection

Recently, a magnetostrictive patch transducer (MPT) by means of the highly magnetostrictive (such as nickel or iron–cobalt alloy) patch attached on the specimen has been applied in nondestructive ultrasonic testing in waveguides. In the study, we proposed a new MPTs array employing a multi-splitting meander coil (MSMC) for generating and receiving longitudinal guided waves in pipes. In the suggested configuration, the directions of the static magnetic field produced by the permanent magnets and the dynamic magnetic field produced by the MSMC are in the axial direction of the pipe. Two finite element models were established to simulate the distribution of the static and dynamic magnetic fields in the patch, respectively. The proposed MSMC was made of flexible printed circuit (FPC), so it could be easily installed on pipe surface. The performance of the proposed MPTs array was experimentally studied. Firstly, it was experimentally verified that the axisymmetric longitudinal guided wave mode, L(0,2), could be effectively generated and received in pipes with the developed MSMC-MPTs array. Secondly, the frequency response characteristics of the developed MSMC-MPTs array were related to D (the distance between adjacent belts of the MSMC). Thirdly, we demonstrated the ability of the developed MSMC-MPTs array for the identification and location of a crack defect in pipes. Finally, we compared the performances of the MSMC-MPTs array and conventional meander coil-MPTs and proved that the signals of the longitudinal guided wave mode could be enhanced by using the developed MSMC-MPTs array.     

MsS超声导波技术在高温管道在线检测中的应用

介绍了采用超声导波技术对高温管线进行在线检测的优势。应用MsSR3030R导波检测系统对在役高温管线腐蚀情况进行了检测,并介绍了数据采集和分析对比的过程及检测数据结果。检测结果证明了导波技术在高温管道检测上具有较高的准确性和实用性,弥补了传统超声检测技术在高温在线检测上的空白。     

EMAT pipe inspection technique using higher mode torsional guided wave T(0,2)

We developed a pitch-catch system based on electromagnetic acoustic transducers (EMATs) for pipe inspection, which moves inside the pipe in the axial direction. The first higher mode, T(0,2), of the torsional guided wave is transmitted and detected, and variations of amplitude and phase are measured while moving the EMATs. Several aluminum pipes containing dish-shaped defects are inspected, and the amplitude and phase show enough detection sensitivity. It is found that the phase measurement has better potential as a tool for quantitative inspection. The applicability of the technique for steel pipe is also confirmed.