CN104849353A - 基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法及装置。通过半解析有限元法计算螺旋焊管的导波频散特性，进而计算得到平行螺旋焊缝的扭弯导波频率及其波速；将多个磁致伸缩换能器沿圆周方向等间距布置组成环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列，各通道延时激励导波，沿轴向传播遇到缺陷反射后，由环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列各通道接收，合成后得到检测信号，进而根据缺陷波包确定缺陷位置；通过扫频根据信噪比可以确定最佳的扭弯导波检测频率以及对应的信号。本发明消除了环形一体式磁致伸缩换能器进行导波检测时螺旋焊缝信号持续出现在回波的现象，提高了导波回波的信噪比，使小缺陷信号更加容易提取。

Description

基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种焊管缺陷的无损检测方法，特别涉及一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法及装置，属于无损检测技术领域。

背景技术

螺旋焊管是一种按一定的螺旋线角度(成型角)将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带卷成管坯，然后将管缝焊接制成的钢管。螺旋焊管承压能力强，塑性好，便于焊接和加工成型，主要应用于石化工业、化学工业、电力工业等领域。螺旋焊管在服役过程中，经常会同油、气、浆液等腐蚀性介质长期接触，而且螺旋焊管通常在工作中会处于承压状态，经过一定时间后会出现腐蚀、裂纹等缺陷。这些缺陷如不及时修复，会导致管道腐蚀穿孔、爆管等严重的恶性事故，带来极大的人员和财产损失。为了避免螺旋焊管因缺陷引起事故，必须寻求有效的在役螺旋焊管无损检测方法。

目前螺旋焊管常用的无损检测方法有超声检测和射线检测等，这些检测方法属于单点检测范畴，即只能完成检测设备布置点毗邻区域的检测。工业中螺旋焊管通常采用埋地或架空方式架设，且包覆有保温层或防腐层等。采用超声检测、射线检测等传统无损检测方法时，需要开挖管道、搭建脚手架、去除包覆层等辅助工序，检测成本高昂。此外上述传统的螺旋焊管无损检测方法只能在螺旋焊管检修期间进行检测，无法实现对工作中的螺旋焊管进行在线实时检测。

导波检测技术是近年来在管道无损检测领域得到广泛应用的一种新型长距离无损检测技术，具有检测距离远、检测效率高，能实现全截面检测等优点。管道导波检测最常用的是T(0,1)、L(0,1)和L(0,2)模态，都属于轴对称模态，即波阵面与管道轴向方向垂直，沿管径轴向360度方向轴对称分布，生成的导波沿管道长度方向传播。申请号为96193606.1的发明专利提供了一种采用磁致伸缩换能器激发和感应纵向模态导波检测钢管缺陷的方法，管道中纵向模态导波主要有L(0,1)和L(0,2)模态，存在明显的频散现象，并且在带液管道中衰减较为严重，因此在实际检测中的应用并不广泛。申请号为2011205231343的实用新型专利提供了一种采用磁致伸缩换能器激发和感应扭转模态导波检测钢管缺陷的方式，采用了T(0,1)扭转模态导波，波速恒定，在带液管道中衰减较小，因此在业内得到了普遍的推广应用。

如果将上述轴对称模态导波如L(0,1)、L(0,2)或T(0,1)模态应用到螺旋焊管的导波检测，那么导波换能器产生的导波波束在螺旋焊管中构成的波阵面呈圆柱形轴对称分布。由于螺旋焊缝余高投影在管道横截面上的位置始终在变化，在圆柱形轴对称分布波阵面的超声导波通过一个螺距螺旋焊缝的任意时刻，导波波束都会在该螺距螺旋焊缝的某个位置发生反射，使得焊缝信号持续出现在回波中，导致回波信噪比大幅下降。为了提高对螺旋焊管缺陷的检测能力，必须设法克服螺旋焊缝对导波传播的影响。

发明内容

针对环形一体式磁致伸缩换能器激发的轴对称模态导波在检测螺旋焊管时，圆柱形轴对称波阵面的导波会受到螺旋焊缝持续影响的缺点，本发明提出了一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法及装置，通过对环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列各通道产生的导波波束进行延时控制，使延时控制后各通道导波波束在螺旋焊管中构成的波阵面呈螺旋形且与螺旋焊缝平行，保证了导波波束在同一时刻通过一个螺距螺旋焊缝，使一个螺距螺旋焊缝在回波中只有一个波包，消除了螺旋焊缝对导波信号信噪比的影响，提高了螺旋焊管小缺陷在回波中的可识别性。

本发明是通过如下技术方案予以实现：

一、一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法：

1)根据螺旋焊管结构几何参数和材料力学特性参数，通过半解析有限元法计算得到T(0,1)模态导波频散特性；

2)根据T(0,1)模态导波波速和螺旋焊管的螺旋角计算得到波阵面与螺旋焊缝平行时的扭弯导波频率，并再通过半解析有限元法计算得到扭弯导波在频率点f的波速；

3)将多个磁致伸缩换能器沿螺旋焊管的圆周方向等间距布置一周，组成环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列；

4)环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列通过各通道延时激励出与螺旋焊缝平行的螺旋形导波波阵面，

5)螺旋形波阵面扭弯导波的回波由环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列延时接收，将接收到的各通道信号进行叠加作为螺旋焊管的导波检测信号，根据导波检测信号中缺陷波包的位置计算得到缺陷所在的螺旋线与环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列之间的距离；

6)以步骤2)计算获得的扭弯导波频率为中心，在相邻频率区间进行扫频，并在各个频率点重复步骤4)和步骤5)，由所有频率下具有最高信噪比的缺陷波包及其扭弯导波频率作为缺陷所对应的缺陷波包以及最佳的扭弯导波频率，由此得到缺陷的位置。

所述步骤2)的扭弯导波是与T(0,1)扭转模态同族的高周向阶次导波，其频率计算采用如下公式：

$f=\frac{{\mathrm{nc}}_p^T}{2\mathrm{\π}{r}_m\sin \mathrm{\θ}}$

其中，n为导波阶数，为T(0,1)模态导波相速度，r_m为螺旋焊管中径，θ为螺旋焊管螺旋角。

所述环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列中，第一个磁致伸缩换能器布置在环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列与螺旋焊缝的交点，然后按照磁致伸缩换能器与螺旋焊缝的距离由近到远依次标记序号为S₁、S₂、…、S_m、…、S_M，M为环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列中磁致伸缩换能器的数量；第m个磁致伸缩换能器激发的导波波束的延时Δt_m采用以下公式计算：

$\mathrm{\Δ}{t}_m=\frac{(m-1)L}{M{C}_g}$

其中，L为螺旋焊缝的螺距，C_g为扭弯导波的群速度。

所述的步骤5)中缺陷所在的螺旋线与环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列之间的距离L_d，具体采用以下公式计算：

$L_d=\frac{c_g\×t_d}{2}$

其中，t_d为缺陷波包位置，c_g为扭弯导波群速度。

二、一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测装置：

包括环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列、扭弯导波激励单元和扭弯导波接收单元；扭弯导波激励单元包括功率放大模块、信号发生器和延时模块；在螺旋焊管圆周上包覆有一圈环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列，环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列为沿同一圆周间隔均布的多个磁致伸缩换能器；每个磁致伸缩换能器激发出超声导波将超声导波的弹性应变耦合到螺旋焊管，计算机依次经延时模块、信号发生器、功率放大模块后连接环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列；计算机通过延时模块控制各通道导波波束之间的延时，在信号发生器各个通道产生正弦脉冲信号，经功率放大模块放大成功率信号后施加到环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列，由Wiedemann效应产生导波波束激励扭弯导波，延时后的各通道导波波束在螺旋焊管中形成螺旋形导波波阵面；扭弯导波接收单元包括前置放大模块、数据采集模块和数据采集延时模块，环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列依次经前置放大模块、数据采集模块、数据采集延时模块后连接计算机；计算机通过数据采集延时模块控制数据采集模块各通道之间的采集延时，螺旋形导波波阵面的回波接收信号经过前置放大模块放大的各通道回波延时叠加得到导波检测信号，实现对螺旋形波阵面扭弯导波的接收。

所述的数据采集模块采集信号的延时量与信号发生器发出信号的延时量一致。

所述的环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列激发的超声导波通过耦合剂或通过干耦合装置将超声导波的弹性应变耦合到螺旋焊管。

所述的耦合剂为环氧树脂胶，所述的干耦合装置为气囊夹具。

本发明的主要有益效果有：

本发明通过对环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列各通道的导波波束进行延时，使扭弯导波在螺旋焊管中的波阵面与螺旋焊缝平行，保证了一个螺距螺旋焊缝在回波中呈现单个波包，克服了环形一体式磁致伸缩换能器检测螺旋焊管时螺旋焊缝信号持续出现在回波的缺点，提高了螺旋焊管回波的信噪比，为提取螺旋焊管小缺陷的信息奠定了基础。

附图说明

图1是本发明方法的检测流程图。

图2是螺旋形波阵面扭弯导波通过螺旋焊缝的示意图。

图3是本发明螺旋形波阵面扭弯导波的结构示意图。

图4是螺旋形波阵面扭弯导波激发的装置示意图。

图5是螺旋形波阵面扭弯导波接收的装置示意图。

图6是磁致伸缩导波换能器的结构示意图。

图7是采用本发明环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列检测得到的导波信号。

图8是采用传统的环形一体式磁致伸缩换能器检测得到的导波信号。

图中：1、螺旋焊管，2、螺旋焊缝，3、导波波束，4、螺旋形导波波阵面，5、缺陷，6、环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列，7、功率放大模块，8、信号发生器，9、延时模块，10、计算机，11、前置放大模块，12、数据采集模块，13、数据采集延时模块，14、磁致伸缩换能器，15、回折线圈，16、磁致伸缩带材。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明方法具体包括：

1)根据螺旋焊管1外径、壁厚等结构几何参数和杨氏模量、泊松比、密度等材料力学特性参数，通过半解析有限元法计算得到T(0,1)模态导波频散特性。

2)利用扭弯导波与T(0,1)模态导波同族的特点，根据T(0,1)模态导波波速和螺旋焊管1螺旋角计算得到波阵面与螺旋焊缝2平行时的扭弯导波频率，具体公式为：

$f=\frac{{\mathrm{nc}}_p^T}{2\mathrm{\π}{r}_m\sin \mathrm{\θ}}$

其中，n为导波阶数，为T(0,1)模态导波相速度，r_m为螺旋焊管1中径，θ为螺旋焊管1螺旋角。

在此基础上再通过半解析有限元法计算得到扭弯导波在频率点f的波速。

3)将多个磁致伸缩换能器14沿螺旋焊管1的圆周方向等间距布置一周，组成环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6。环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6激发的导波通过耦合剂如环氧树脂胶或通过气囊夹具等干耦合装置将弹性应变耦合到螺旋焊管1。

环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6安装到螺旋焊管1时，必须保持磁致伸缩换能器14偏置磁场方向与螺旋焊管1圆周方向一致，使磁致伸缩换能器14产生扭弯导波。

4)如图2所示，环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6通过各通道延时激励出一定频率的与螺旋焊缝2平行的螺旋形导波波阵面4。控制各个磁致伸缩换能器14激发出具有延时的导波波束，将弹性应变耦合到螺旋焊管，延时后的导波波束在螺旋焊管中构成与螺旋焊缝平行的螺旋形波阵面扭弯复合模态超声导波，即是与螺旋焊缝2平行的螺旋形导波波阵面4；

由于组成螺旋形导波波阵面4的各通道导波波束3在同一时刻通过一个螺距螺旋焊缝2，导波波束3在一个螺距螺旋焊缝2处的反射发生在同一时刻，一个螺距螺旋焊缝2在导波回波中呈现单个波包。

所述通过各通道延时激励与螺旋焊缝2平行的螺旋形导波波阵面4的方法，其实质是通过对各通道导波波束3的延时来补偿螺旋形导波波阵面4各点在轴向位置上的距离，即保持各通道导波波束3的相位在任意时刻任意轴向位置都相同。导波波束的相位通过下式定义：

其中，ω为角频率，k为波数，t为时间，x为轴向位置。

5)如图3所示，螺旋形波阵面扭弯复合模态超声导波沿螺旋焊管轴向传播的回波由原环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6接收，其接收到的导波波束的延时量与产生超声导波时的延时量相同，若遇到缺陷后发生反射其接受的回波信号中会存在缺陷波包，缺陷波包为具有异常幅度的信号。将接收到的各通道信号进行叠加作为螺旋焊管1的导波检测信号，根据信号中缺陷波包的位置可以计算得到缺陷5所在的螺旋线与环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6之间的距离L_d，具体采用以下公式计算：

$L_d=\frac{c_g\×t_d}{2}$

其中，t_d为缺陷波包位置，c_g为扭弯导波群速度。

6)为修正理论计算结果与实际结果的误差，以步骤2)计算获得的扭弯导波频率为中心，在相邻±10％频率区间进行扫频以选取检测效果最佳的频率，对扫频选取的各个频率点重复步骤4)和步骤5)，得到各个频率下的缺陷波包，由所有频率下具有最高信噪比的缺陷波包及其扭弯导波频率作为缺陷5所对应的缺陷波包以及最佳的扭弯导波频率，由此得到缺陷5的位置。

本发明的装置包括扭弯导波激励单元和扭弯导波接收单元。

如图4所示，螺旋形波阵面扭弯导波采用环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6延时激励产生。扭弯导波激励单元包括功率放大模块7、信号发生器8和延时模块9。激励扭弯导波时，计算机10通过延时模块9控制各通道导波波束3之间的延时，在信号发生器8各个通道产生正弦脉冲信号，经功率放大模块7放大成功率信号后施加到环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6，由Wiedemann效应产生导波波束3。延时后的各通道导波波束3在螺旋焊管1中形成螺旋形导波波阵面4。

所述环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6中，第1个磁致伸缩换能器14布置在环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6与螺旋焊缝2的交点，然后按照磁致伸缩换能器14与螺旋焊缝2的距离由近到远依次标记序号为S₁、S₂、…、S_M，M为环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6中磁致伸缩换能器14的数量。

所述功率放大模块7是一种大功率门控RF放大器，其频段范围为4-250kHz，最大功率达到5kW，适用于驱动磁致伸缩换能器。

所述信号发生器8基于DDS技术产生正弦脉冲信号，其频率在4-250kHz区间选取。正弦脉冲数量通常不超过8个，以避免波包宽度过大降低超声导波信号的分辨率。

所述延时模块9采用软件延时方式实现。为了使环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6能够激励出平行于螺旋焊缝2的螺旋形波阵面扭弯导波，可以通过对各通道导波波束3的延时来补偿螺旋形导波波阵面4各点在轴向位置上的距离。环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6的第m个换能器S_m与螺旋焊缝2之间的距离l_m为

$l_m=\frac{m-1}{M}L$

其中，L为螺旋焊缝2的螺距。

则第m个磁致伸缩换能器14激发的导波波束3的延时Δt_m可以表示成：

$\mathrm{\Δ}{t}_m=\frac{(m-1)L}{{\mathrm{MC}}_g}$

其中，C_g为扭弯导波的群速度。

如图5所示，螺旋焊管1的回波由环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6通过延时接收获得。扭弯导波接收单元包括环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6，前置放大模块11，数据采集模块12，数据采集延时模块13和计算机10。接收回波时，计算机10通过数据采集延时模块12控制数据采集模块各通道之间的采集延时，将经过前置放大模块11放大的各通道回波延时叠加，实现对螺旋形波阵面扭弯导波的接收。

所述前置放大模块11是一个宽带微弱信号放大器，其最大增益达到100dB，可以满足超声导波检测对前置放大器增益的要求。

所述数据采集模块12是一个多通道的数据采集模块，可以采用集成在DSP芯片的ADC单元实现模数转换。此外数据采集模块11的采集时序受到数据采集延时模块12控制。为了保证超声导波信号的完整性，其采样频率为正弦脉冲信号频率的10倍。

所述数据采集延时模块13采用软件延时方式实现，其各通道延时Δt_m与前述环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6激发超声导波时的延时一致。

如图6所示，换能器阵列的磁致伸缩换能器14由磁致伸缩带材16和覆盖在磁致伸缩带材16上的回折线圈15组成，回折线圈15通过脉冲电流提供激励磁场，磁致伸缩带材16的剩磁场提供偏置磁场。磁致伸缩换能器14的激励磁场与偏置磁场正交，可以通过Wiedemann效应及其逆效应实现导波的激励和接收。多个磁致伸缩换能器14沿同一圆周间隔均匀包覆在螺旋焊管1圆周上，构成环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6。环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6安装到螺旋焊管1时，每个磁致伸缩换能器14偏置磁场方向都与螺旋焊管1的圆周方向保持一致。

所述磁致伸缩换能器14通过耦合剂或通过干耦合装置将导波的弹性应变耦合到螺旋焊管1，优选的耦合剂可以为环氧树脂胶，优选的干耦合装置可以为气囊夹具。

本发明的实施例如下：

1)选取外径为520mm，壁厚为7mm，螺旋角为20度的螺旋焊管1作为导波检测样管，其杨氏模量为210GPa，泊松比为0.28，密度为7800kg/m³。通过半解析有限元法可以计算得到T(0,1)模态导波相速度为3243m/s。

2)根据螺旋焊管1的T(0,1)模态导波波速和螺旋角可以确定波阵面与螺旋焊缝2平行的F_T(11,1)模态扭弯导波频率为64kHz，由半解析有限元法可以计算得到F_T(11,1)模态扭弯导波在64kHz频率点的波速为3105m/s。

3)将12个磁致伸缩换能器14沿螺旋焊管1的圆周方向等间距布置一周，组成环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6。环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6采用环氧树脂胶将弹性应变耦合到螺旋焊管1。

4)如图2所示，环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6通过各通道延时激励出一定频率的与螺旋焊缝2平行的螺旋形导波波阵面4。各通道延时量为

Δt_m＝0.0158×(m-1)

5)如图3所示，螺旋形波阵面扭弯导波沿螺旋焊管1轴向传播遇到缺陷5后发生反射，其回波由环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6接收，接收时导波波束3的延时量与产生导波波束3时的延时量相同。将接收到的各通道信号进行叠加作为螺旋焊管1的导波检测信号。

6)在64kHz±6kHz区间以0.5kHz扫频，重复步骤4和步骤5，可以在64.5kHz频率点获得检测效果最佳的信号，如图7所示。根据信号中缺陷波包的位置可以计算得到缺陷5所在的螺旋线与环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6之间的距离约为1.2m。

为了体现本发明方法及装置对螺旋焊管1导波检测信号信噪比的改善效果，采用传统的环形一体式磁致伸缩换能器对前述外径为520mm，壁厚为7mm的螺旋焊管1进行导波检测，获得信号如图8所示。对比图7和图8，可以看到传统的环形一体式磁致伸缩换能器获得的信号中，螺旋焊缝2信号持续出现在回波，导致回波的信噪比很差，无法从中辨识出有效的缺陷信号，本发明的环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列6获得的信号中，一个螺距的螺旋焊缝2在回波中只有单个波包，回波的信噪比大大改善，从中可以很容易地提取出缺陷信号。

由此可见，本发明通过对换能器阵列各通道的导波延时，保证了回波中呈现单个波包，消除了环形一体式磁致伸缩换能器进行导波检测时螺旋焊缝信号持续出现在回波的现象，提高了螺旋焊管回波的信噪比，使小缺陷信号更加容易提取，具有突出显著的技术效果。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法，包括：

1)根据螺旋焊管(1)结构几何参数和材料力学特性参数，通过半解析有限元法计算得到T(0,1)模态导波频散特性；

2)根据T(0,1)模态导波波速和螺旋焊管(1)的螺旋角计算得到波阵面与螺旋焊缝平行时的扭弯导波频率，并再通过半解析有限元法计算得到扭弯导波在频率点f的波速；

3)将多个磁致伸缩换能器(14)沿螺旋焊管(1)的圆周方向等间距布置一周，组成环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)；

4)环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)通过各通道延时激励出与螺旋焊缝(2)平行的螺旋形导波波阵面(4)；

5)螺旋形波阵面扭弯导波的回波由环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)延时接收，将接收到的各通道信号进行叠加作为螺旋焊管(1)的导波检测信号，根据导波检测信号中缺陷波包的位置计算得到缺陷(5)所在的螺旋线与环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)之间的距离；

6)以步骤2)计算获得的扭弯导波频率为中心，在相邻频率区间进行扫频，并在各个频率点重复步骤4)和步骤5)，由所有频率下具有最高信噪比的缺陷波包及其扭弯导波频率作为缺陷(5)所对应的缺陷波包以及最佳的扭弯导波频率，由此得到缺陷(5)的位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法，其特征在于：所述步骤2)的扭弯导波是与T(0,1)扭转模态同族的高周向阶次导波，其频率计算采用如下公式：

$f=\frac{{\mathrm{nc}}_p^T}{{2\mathrm{\πr}}_m\sin \mathrm{\θ}}$

其中，n为导波阶数，为T(0,1)模态导波相速度，r_m为螺旋焊管(1)中径，θ为螺旋焊管(1)螺旋角。

3.根据权利要求1所述的一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法，其特征在于：所述环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)中，第一个磁致伸缩换能器(14)布置在环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)与螺旋焊缝(2)的交点，然后按照磁致伸缩换能器(14)与螺旋焊缝(2)的距离由近到远依次标记序号为S₁、S₂、…、S_m、…、S_M，M为环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)中磁致伸缩换能器(14)的数量；第m个磁致伸缩换能器(14)激发的导波波束(3)的延时Δt_m采用以下公式计算：

${\mathrm{\Δt}}_m=\frac{(m-1)L}{{\mathrm{MC}}_g}$

其中，L为螺旋焊缝(2)的螺距，C_g为扭弯导波的群速度。

4.根据权利要求1所述的一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测方法，其特征在于：所述的步骤5)中缺陷(5)所在的螺旋线与环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)之间的距离L_d，具体采用以下公式计算：

$L_d=\frac{c_g\×t_d}{2}$

其中，t_d为缺陷波包位置，c_g为扭弯导波群速度。

5.用于实施权利要求1～4所述方法的一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测装置，其特征在于：包括环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)、扭弯导波激励单元和扭弯导波接收单元；

扭弯导波激励单元包括功率放大模块(7)、信号发生器(8)和延时模块(9)；在螺旋焊管(1)圆周上包覆有一圈环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)，环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)为沿同一圆周间隔均布的多个磁致伸缩换能器(14)；每个磁致伸缩换能器(14)激发出超声导波将超声导波的弹性应变耦合到螺旋焊管，计算机(10)依次经延时模块(9)、信号发生器(8)、功率放大模块(7)后连接环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)；计算机(10)通过延时模块(9)控制各通道导波波束(3)之间的延时，在信号发生器(8)各个通道产生正弦脉冲信号，经功率放大模块(7)放大成功率信号后施加到环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)，由Wiedemann效应产生导波波束(3)激励扭弯导波，延时后的各通道导波波束(3)在螺旋焊管(1)中形成螺旋形导波波阵面(4)；

扭弯导波接收单元包括前置放大模块(11)、数据采集模块(12)和数据采集延时模块(13)，环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)依次经前置放大模块(11)、数据采集模块(12)、数据采集延时模块(13)后连接计算机(10)；计算机(10)通过数据采集延时模块(12)控制数据采集模块各通道之间的采集延时，螺旋形导波波阵面(4)的回波接收信号经过前置放大模块(11)放大的各通道回波延时叠加得到导波检测信号，实现对螺旋形波阵面扭弯导波的接收。

6.根据权利要求5所述的一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯导波检测装置，其特征在于：所述的数据采集模块(12)采集信号的延时量与信号发生器(8)发出信号的延时量一致。

7.根据权利要求5所述的一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯模态超声导波检测装置，其特征在于：所述的环形磁致伸缩扭弯导波换能器阵列(6)激发的超声导波通过耦合剂或通过干耦合装置将超声导波的弹性应变耦合到螺旋焊管。

8.根据权利要求7所述的一种基于波束延时控制的螺旋焊管扭弯模态超声导波检测装置，其特征在于：所述的耦合剂为环氧树脂胶，所述的干耦合装置为气囊夹具。