CN102636569B - 一种压力容器筒体整体超声导波检测方法 - Google Patents
一种压力容器筒体整体超声导波检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102636569B CN102636569B CN201210011624.4A CN201210011624A CN102636569B CN 102636569 B CN102636569 B CN 102636569B CN 201210011624 A CN201210011624 A CN 201210011624A CN 102636569 B CN102636569 B CN 102636569B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- guided wave
- frequency
- probe
- detecting
- barrel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- -1 electric power Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
本发明涉及一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其步骤如下：1.计算出纵向或周向导波的相速度及群速度频散图；2.并确定检测用导波激励频率的范围；3.确定最佳的检测用导波频率和导波入射角度；4.采用普通超声波探伤仪，设定超声波探伤仪声速选项；5.将探头和仪器正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向或周向扫查，采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度，直到检测完毕。本发明能够实现高效、全面地检测压力容器筒体缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力容器筒体的整体超声导波检测的方法。
技术背景
作为一类重要的特种设备，压力容器广泛应用于石油、电力、化工等行业，并且随着社会经济的发展的需要，其运行参数也不断提高，对安全生产影响越来越大。在其制造、安装、运行和维护等各个环节中都可能产生诸如裂纹、腐蚀等缺陷，缺陷不管来源于哪个环节，都将影响压力容器的安全使用。因此，加强压力容器的检验、发现并消除缺陷，对保证其安全运行，具有非常重要的意义。
然而，由于压力容器筒体面积较大，实际检测中采用传统的超声波检测、测厚等检测方法，均为局部检测，同时由于容器内件以及结构的影响，无法做到容器筒体的全面检测，容易造成缺陷漏检。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种压力容器筒体整体超声导波检测方法，其能够实现高效、全面地检测压力容器筒体缺陷。
本发明的技术方案为：
本发明一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其步骤如下：
1.根据待检压力容器的规格、材质计算出纵向或周向导波的相速度及群速度频散图；
2.根据相速度、群速度频散曲线图确定用于检测待检压力容器的检测用导波模态，并确定检测用导波激励频率的范围；
3.采用有限元技术进行仿真计算，对频率和导波入射角度进行试验，不断改变探头角度及频率，确定最佳的检测用导波频率和导波入射角度；
4.根据频率及角度确定出合适的导波探头，采用普通超声波探伤仪，将超声波探伤仪声速选项设置为由有限元试验确定的频率在群速度频散图上对应的相应模态导波的群速度值，将检测范围选项设置到略大于被检工件长度的范围；
5. 将探头和仪器正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向或周向扫查，采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度， 当进行纵波导波轴向检测时，探头轴线和容器筒体轴线平行，使超声波传播方向沿筒体轴向传播，圆周方向移动探头绕筒体一圈，完成筒体轴向扫查，如图1所示；当进行周向导波周向检测时，探头轴线和筒体轴线垂直，使超声波的传播方向沿筒体周向传播一圈，探头沿筒体轴线方向移动，从筒体一端移动到另一端，扫查结束，检测完毕。
本发明在实际应用时限于目前探头制造技术，且压力容器筒体壁厚从几毫米到几十毫米，范围较大，因此，选用相速度频散图中最下方曲线所对应的导波模态进行导波检测，该导波模态对应的频率范围较宽，即可采用现有的工艺制作出合适频率的导波探头，同时满足压力容器筒体检测要求。
本发明的原理是：
当超声波入射进板状工件内后，工件内的纵波、横波将会在平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进，即平行的边界制导超声波在板内传播，导波的声场遍及整个壁厚，如图3所示。
导波通常在一个有限体中可以存在多种不同的导波模态，并且导波具有频散现象，因此如何激励出可用于无损检测的单模态导波，并能够对反射回波信号进行分辨、分析就成为研究的重要课题。本发明根据不同规格、材质的压力容器筒体中导波相速度与群速度的频散曲线（图4、图5），大致确定用于检测的导波频率范围以及声速范围，再利用有限元软件ansys进行模拟分析（图6），确定最佳的检测参数（频率、入射角），从而确定应采用的导波探头类型，并利用常规脉冲回波超声波探伤仪激励并接收可识别、分析的导波回波信号，通过对回波信号（图7）波形、幅度的分析判读，确定容器筒体中是否存在缺陷，和对缺陷进行定量。
本发明的有益效果为：本发明利用超声导波声场特性，根据被检对象选择合适频率及入射角的超声导波探头、激励并接受超声导波信号，实现压力容器筒体整体的全面、高效、快速检测，解决了传统的取点检测可能导致漏检的问题，是压力容器无损检测领域的一种新方法。以火力发电厂一台600MW机组为例，如发生高压加热器因母材吹损而导至泄漏，从泄漏停运到抢修投运，一般至少需要72小时，损失电量达4200万千瓦时，每度电按0.2元的上网电价计算，造成的直接经济损失840万元。此外，机组启动时燃油的消耗所需费用约为15万元，机组起停对设备寿命的损耗估价约80万元。由以上分析可以看出，减少容器泄漏一次至少可带来900万元左右的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例轴向扫查示意图；
图2为本发明实施例周向扫查示意图；
图3为本发明实施例采用超声导波检测压力容器筒体方法的示意图；
图4为本发明实施例Φ400×10mm碳素钢筒体中的纵向导波相速度频散曲线；
图5为本发明实施例Φ400×10mm碳素钢筒体中的纵向导波群速度频散曲线；
图6为为本发明实施例Φ400×10mm碳素钢筒体中缺陷高2mm宽0.1mm时的超声导波检测信号波形图；
图7为本发明实施例一定频率下两种不同模态的导波在筒体中传播的ansys仿真计算图；
本发明在附图中：1超声波探伤仪、2导波探头、3 容器筒体。
具体实施方式
下面结合以附图结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例：本发明实施例是对规格为Φ400×10mm材质为20R的压力容器筒体进行纵向超声导波检测，先计算出的纵向导波相速度、群速度频散图分别为图4、图5。由图5可以看出当超声导波频率超过70KHz时，A曲线所对应的模态的导波群速度变化较小，便于对回波进行定位。当频率超过200KHz时，会有其他模态的导波产生，一方面引起杂波，另一方面也会降低A曲线对应的模态的导波的能量，导致检测时的信噪比下降。因此将导波频率确定为70KHz～200KHz。不同的导波入射角度会产生不同的检测效果。为确定最佳的检测效果，需要制作多种不同入射角度的探头进行试验。为降低费用和缩短开发周期，采用有限元技术（图6）进行试验确定合适的超声导波入射角度。结果显示对规格为Φ400×10mm材质为20R的压力容器，当超声导波入射角度为60°时检测效果较好。并用有限元方法对70KHz～200KHz范围内的导波激励频率进行试验，结果显示在该范围内频率对导波检测影响不明显。因此采用了中心频率为100KHz、导波入射角度为70°的楔形压电晶体换能器探头和常规脉冲回波数字超声波探伤仪对容器筒体进行纵向导波检测。根据群速度频散曲线图查相应曲线在100KHz时的群速度为3072m/s，设置仪器的声速为3072m/s，将超声波检测范围设置为稍大于容器筒体长度的数值。将探头与超声波探伤仪3连接，探头置于容器筒体外壁，采用甘油做耦合剂，使探头与筒体外壁良好耦合，便可以激励和接收到超声导波信号。根据回波信号的波形（图7）确定容器筒体内壁是否有缺陷并结合导波模态以及回波信号的传播时间对筒体内壁缺陷进行定量、定位分析。分别采用上述方法，对筒体进行轴向与周向检测，便可实现对容器筒体的全方位检测。根据上述技术方案对现场压力容器进行检验，检验效果较好。
该实施例的步骤主要有以下几步：
1：计算导波在容器筒体中传播的纵向超声导波相速度、群速度频散图如图（4），图（5）
2：根据相速度群速度频散曲线确定导波模态，并确定激励频率在70KHz～200KHz范围内。
3：用有限元技术进行仿真计算，不断改变探头角度及频率，确定最佳的检测频率100KHz和导波入射角度70°。
4：根据频散曲线上查到的100KHz对应的群速度3072m/s，使用普通超声波探伤仪。开机，设置探头类型为直探头，将超声波探伤仪声速选项设置为3072m/s，将检测范围选项设置到略大于被检工件长度的范围。
5：将探头和仪器正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向扫查；采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度。扫查时，探头轴线和筒体轴线平行，探头沿圆周方向移动一整圈。
6：检测完毕。
在对筒体进行周向导波检测时，按照同样的步骤进行即可完成周向导波检测。
Claims (2)
1.一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
(1).根据待检压力容器的规格、材质计算出纵向或周向导波的群速度及相速度频散图；
(2).根据相速度群速度频散曲线图确定用于检测待检压力容器的检测用导波模态，并确定检测用导波激励频率的范围；
(3).采用有限元技术进行仿真计算，对频率和导波入射角度进行试验，不断改变探头角度及频率，确定最佳的检测用导波频率和导波入射角度；
(4).根据上述参数：导波频率和导波入射角度确定出导波探头，采用普通超声波探伤仪，将超声波探伤仪声速选项设置为和最佳的检测用导波频率对应的群速度值，将检测范围选项设置到略大于被检工件长度的范围；
将探头和超声波探伤仪正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向或径向扫查，采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度， 当进行纵波导波轴向检测时，探头轴线和容器筒体轴线平行，使超声波传播方向沿筒体轴向传播，圆周方向移动探头绕筒体一圈，完成筒体轴向扫查；当进行周向导波周向检测时，探头轴线和筒体轴线垂直，使超声波的传播方向沿筒体周向传播一圈，探头沿筒体轴线方向移动，从筒体一端移动到另一端，扫查结束，检测完毕。
2.根据权利要求1所述的一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其特征在于：选用相速度频散图中最下方曲线所对应的导波模态进行导波检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210011624.4A CN102636569B (zh) | 2012-06-04 | 2012-06-04 | 一种压力容器筒体整体超声导波检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210011624.4A CN102636569B (zh) | 2012-06-04 | 2012-06-04 | 一种压力容器筒体整体超声导波检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102636569A CN102636569A (zh) | 2012-08-15 |
| CN102636569B true CN102636569B (zh) | 2014-09-03 |
Family
ID=46621040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210011624.4A Active CN102636569B (zh) | 2012-06-04 | 2012-06-04 | 一种压力容器筒体整体超声导波检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102636569B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102928507B (zh) * | 2012-10-17 | 2014-12-10 | 浙江省电力公司电力科学研究院 | 气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置及其监测方法 |
| CN103063859B (zh) * | 2012-12-25 | 2015-11-25 | 河北省电力公司电力科学研究院 | 一种超声波检测扫查速度测量方法 |
| CN104535648B (zh) * | 2014-12-03 | 2017-04-05 | 国网河南省电力公司电力科学研究院 | 一种汽轮机叶片超声导波检测方法 |
| CN105698012A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-22 | 北京工业大学 | 基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法 |
| JP6329188B2 (ja) * | 2016-02-29 | 2018-05-23 | 株式会社Ｓｕｂａｒｕ | 超音波検査システム、超音波検査方法及び航空機構造体 |
| CN110231129A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-09-13 | 南京工业大学 | 一种压力容器密封检验装置及检测方法 |
| CN110554088A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-10 | 中国科学院声学研究所 | 一种对于缺陷的空气耦合超声检测方法 |
| CN111307940B (zh) * | 2020-04-01 | 2023-04-07 | 东北电力大学 | 一种金属管道周向导波激励频率区间的确定方法 |
| CN111458408A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-28 | 国电锅炉压力容器检验有限公司 | 一种小径管超声导波检测纵向缺陷评判方法 |
| CN112464524B (zh) * | 2020-11-07 | 2023-04-07 | 西南交通大学 | 一种道岔变截面钢轨导波传播特性确定方法 |
| CN113109160B (zh) * | 2021-04-07 | 2022-10-04 | 南京金创有色金属科技发展有限公司 | 一种超设计使用年限压力容器安全评估技术方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101093170A (zh) * | 2007-06-19 | 2007-12-26 | 浙江大学 | 圆柱形压力容器表面温度和压力的无损测量方法及装置 |
| CN201096547Y (zh) * | 2007-06-19 | 2008-08-06 | 浙江大学 | 圆柱形压力容器表面温度和压力的无损测量装置 |
-
2012
- 2012-06-04 CN CN201210011624.4A patent/CN102636569B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101093170A (zh) * | 2007-06-19 | 2007-12-26 | 浙江大学 | 圆柱形压力容器表面温度和压力的无损测量方法及装置 |
| CN201096547Y (zh) * | 2007-06-19 | 2008-08-06 | 浙江大学 | 圆柱形压力容器表面温度和压力的无损测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102636569A (zh) | 2012-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102636569B (zh) | 一种压力容器筒体整体超声导波检测方法 | |
| CN102537669B (zh) | 一种基于超声导波聚焦的管道缺陷检测方法和系统 | |
| US5767410A (en) | Lamb wave ultrasonic probe for crack detection and measurement in thin-walled tubing | |
| CN104515807A (zh) | 一种压力管道超声内检测自动化装置 | |
| CN105698012A (zh) | 基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法 | |
| Liu et al. | Guided waves based diagnostic imaging of circumferential cracks in small-diameter pipe | |
| CN105043312A (zh) | 一种压力管道内检测用球形密布式探头超声测厚装置 | |
| US20040091076A1 (en) | Method and system for nondestructive inspection of components | |
| CN204214815U (zh) | 一种压力管道超声内检测自动化装置 | |
| CN202502074U (zh) | 多模态超声导波管道检测传感器固定装置 | |
| Vinogradov et al. | Evaluation of magnetostrictive transducers for guided wave monitoring of pressurized pipe at 200 C | |
| CN202661446U (zh) | 厚壁联箱及管道超声波探伤装置 | |
| He et al. | Research on pipeline damage imaging technology based on ultrasonic guided waves | |
| CN202152923U (zh) | 一种基于超声导波聚焦的管道缺陷检测系统 | |
| CN102520063B (zh) | 连续管在役检测评价方法及其系统 | |
| CN204115684U (zh) | 一种弯头剩余壁厚检测装置 | |
| CN102706962A (zh) | 厚壁联箱及管道超声波探伤装置及探伤方法 | |
| Chandrasekaran et al. | AXIAL HIGHER ORDER MODES CLUSTER (A‐HOMC) GUIDED WAVE FOR PIPE INSPECTION | |
| CN112881511A (zh) | 一种管道环焊缝识别及缺陷检测的方法 | |
| CN102520064B (zh) | 基于时间反转聚焦方法的管道缺陷大小判定方法 | |
| CN204902794U (zh) | 一种压力管道内检测用球形密布式探头超声测厚装置 | |
| Swaminathan et al. | Higher order mode cluster (HOMC) guided wave testing of corrosion under pipe supports (CUPS) | |
| Luo et al. | Defects detection in typical positions of bend pipes using low-frequency ultrasonic guided wave | |
| Liu et al. | An Enhanced Long-range Guided-wave Pipe Inspection Method Based on Local Axial 2D Signal Acquisition and Processing | |
| Suresh et al. | Fuel tube spacer-pad spot-weld quality estimation using guided ultrasonic waves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA HEBEI ELECTRIC POW Effective date: 20121219 Owner name: HEBEI ELECTRIC POWER CORPORATION ELECTRIC POWER RE Free format text: FORMER OWNER: HEBEI ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Effective date: 20121219 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20121219 Address after: 050021 No. 238 South Sports street, Yuhua Road, Hebei, Shijiazhuang Applicant after: Electric Power Research Institute of Hebei Electric Power Corporation Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: Hebei Electric Power Construction & Adjustment Research Institute Address before: 050021 Hebei city of Shijiazhuang Province Sports Street No. 238 Applicant before: Hebei Electric Power Research Institute |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |