完卫平

摘 要：随着我国经济的发展，科学技术水平的不断提高，使得超声导波技术在各行各业中都有着广泛应用，其中在波道结构构件上超声导波技术发挥了巨大优势。本文对超声导波技术的发展进行分析，并与实际工作相结合，对提高其在特种设备检测中的应用进行阐述。

关键词：超声导波技术;特种设备检测;应用

0、引言

特种设备是经济建设过程中十分重要的一个部分。特种设备检测质量在很大程度上会影响到特种设备的使用质量以及特种设备相关产业链条的发展。将超声成像系统应用到特种设备检测过程中，有效地探测出了压力管道以及压力容器、常压石油储罐底板等特种设备在运行过程中出现的损伤，极大地提升了检测效率以及准确性。例如能够在管道以及板材中，对承压特种设备进行无损检测，进一步控制了检测设备的成本，还在一定程度上提高了设备检测的工作效率以及准确性。

1、超声导波技术的概述

1.1超声导波概念

超导声波属于激光的一种，能够按照既定的形状进行机械传播，而且受到构件边缘的约束，所以称之为超声导波。在分类上，超声导波包括变形波、扭力波、纵波等多种形式，在管道应用上，主要是扭力波与纵波两种。扭力波只能在固体中进行传播，所以也是检测油气管道的最佳模式。

1.2计算机控制的超声导波检测仪器系统

当前全球范围内只有四家公司在超声导波检测系统方面有所研究，分别是英国导波公司与TWI公司，以及色列SONIC公司与美国西南研究院。英国与以色列研制的导波设备是以压电晶片超声导波为基础进行改良的，是一种压电晶片超声导波控制系统;而美国所研制的MSS导波则是以磁致伸缩导波为基础，是一种磁致伸缩超声导波控制装置。

1.3超声导波检测灵敏度

所谓的超声导波检测灵敏度，指的是受损管道面积在整体管道面积中的占比。在试验检测中，检测灵敏度最高能够达到0.7%;在就地检查中，检测灵敏度最高能够达到5%。在进行就地检测的过程中，包括管道尺寸、防腐层等因素都会影响到检测精度。

2、检测对象

为有效说明超声导波技术在特种设备检测中的实际应用，本文选择以某大尺度焊接结构检测为例。该焊接结构主要由钢板的立板和底板等焊接而成。其中立板与立板之间的焊接采用对接焊接的方式，而立板在与底板进行焊接时则采用T形焊接的形式，钢板相互搭接焊接最终构成底板。在该焊接结构当中所使用的钢板材料为Q235A，底板与立板的厚度分别为8mm与12mm。由于该焊接结构当中拥有众多焊接缝，因此为有效保障焊接结构整体质量，在进行检测时通过结合实际情况，检测人员最终选择使用超声导波技术。

3、检测结果分析

3.1焊接结构成像检测数组信号

在利用该超声导波成像检测系统对焊接构件进行检测中，可知当检测距离在不超过4m的声程范围时，可得到明显的数组信号，此时系统能够清晰现实出4道焊缝数组信号。在检测距离在2.4m之内，检测信号具有较强的数组特征，而在检测距离在2.4m到4m之间时，信号数组双曲线特征相对较弱，这主要是由于经过众多散射体的散射作用影响，声波的波形以及传播路径等均会发生一定变化，进而在一定程度上减弱信号数组双曲线特征。基于信号数组特征角度下的焊缝1，其作为T形焊缝，在长期暴露在外的情况下，底板外边缘表面出现众多大小各一、形状不同的蚀坑，其直径基本在1mm到2mm之间，受此影响超声导波换能器同底板间无法形成平整耦合，耦合层厚度较大，使得声波信号出现约有30dB衰减。在检测距离为1.6m时可检测发现焊缝2，该焊缝属于搭接焊缝。该搭接焊缝信号到达之后，对应的焊缝搭接头反射信号才到达，两者产生的声程差在80mm到120mm，焊缝信号幅值比搭接头信号幅值要小，与该焊接结构的实际情况基本相符。另外，在该焊缝及搭接头处检测发现具有较大线性尺度，且存在较为严重的声波散射情况，其双曲线数组特征相对较弱。在检测距离为2.3m时刻检测发现焊缝3，该焊缝形式同样也属于搭接焊缝。但因受到声程变化以及焊缝散射的影响，该焊缝及其搭接头信号极为相似，几乎无法准确区分。而在焊缝3之前则是在检测距离为2.1m位置处，立板当中的焊缝4，焊缝4的类型属于对接焊缝。基于声程角度而言，焊缝3与焊缝4之间的间距在200mm左右。在该大尺度焊接结构当中，焊缝3与焊缝4对应的部位并不相同，虽然在检测过程中，二者的信号幅值均不强，但仍然可以进行区分。

3.2焊接结构超声导波成像检测图像

在利用超声导波技术对该焊接结构进行检测的过程中，检测人员在直接利用其建立的超声导波成像检测系统下，可以直接获得相应的检测成像结果。值得注意的是，由于成像检测需实现的检测距离相对较大，因此需要检测人员结合实际情况，根据现有的超声导波成像检测换能器数量。将超声导波成像检测距离范围设定在1.5m到3.5m之间，成像宽度设定为450mm。根据获得的相关检测图像可知，当检测距离分别为1.6m和1.7m时，可以清晰显示出焊缝2及其对应的搭接接头。当检测距离分别为2.1m与2.3m时，则在超声导波成像检测图中可以直观看到該焊接构件中的焊缝4与焊缝3，另外图像中也显示出，当检测距离为2.7m与3.1m时，也显示出较为微弱的焊缝图像。

通过结合检测人员获得的焊接结构超声导波成像检测图像，检测人员基本可以清晰、全面地了解在该焊接构件当中，各焊接结构的具体区域特征、焊缝是否存在缺陷等问题。有研究指出，在实际使用超声导波对特种设备进行检测时，相较于传统的检测技术，超声导波技术的灵敏度可以达到0.7%左右，而在现场检查当中，超声导波技术的检测灵敏度最高也可以达到4.8%。尤其是在超声导波成像技术的运用下，通过在成像图中精确显示出搭接焊缝与其对应的搭接接头成像细节图，对检测人员准确掌握焊缝具体位置并对其缺陷空间位置进行准确定位具有重要的帮助作用。而根据相关研究资料可知，超声导波技术在检查特种设备内部情况时，主要采用低频扭曲模态导波以及纵向模态导波，其中前者可以在朝向被检测特种设备圆周方向进行振动的同时，朝特种设备轴向位置进行波形传播，因此可以获得良好的传播效果。此时即便特种设备当中存在金属液体或设备以特殊形式存在，声能也不会受到实质性影响。可见超声导波技术对于检测带有液体的特种设备也同样具有一定的应用价值。

4、结语

在实际运用超声导波技术检测特种设备时，检测人员也需要充分结合特种设备实际情况及具体检测需求，在严格依照国家相关标准要求进行规范操作下，以充分发挥出超声导波技术的应有效用，切实完成特种设备检测工作。

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