CN105548356A - 基于t模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法 - Google Patents

基于t模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法，包括以下步骤：A.计算待检测弯管中T(0,1)模态导波群速度频散曲线，得到T(0,1)模态导波的传播速度V；B.将传感器布置在待检测弯管的直管部位，且传感器距离弯头的起始部位至少1.5米；C.调节T(0,1)模态导波的检测频率和信号周期；D.通过计算机控制传感器激发调节好的T(0,1)模态导波，并对T(0,1)模态导波的反射回波信号进行采集；E.得到反射回波信号的波形图，根据反射回波信号的波形图确定缺陷的具体位置。本发明很好地将超声导波检测技术应用于带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷检测，确定了T(0,1)模态导波最佳的检测频率和信号周期数范围，检测快速，检测结果准确度和精确度高。

Description

基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法
技术领域
本发明属于承压特种设备无损检测领域，涉及一种弯管超声导波检测方法，具体涉及一种基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法。
背景技术
目前压力管道无损检测方法主要是漏磁法、超声法、涡流法、射线法、磁粉检测法等。常规的检测技术，缺点在于采用的均为逐点检测的方法，即只能对传感器对应的部位进行检测。
与传统的超声检测相比，超声导波检测技术有两个主要特点：1)导波可以沿管壁传播较远的距离，根据导波反射回波信号找出缺陷以及具体位置。由于导波自身的能量衰减很小，因此可以一次性检测较长距离；2)超声导波在管壁的内外表面和中部都有质点的振动，声场遍及整个壁厚，因此可以对管壁进行100%检测。
在工程实际中，常会遇到带有弯头的管道（即弯管），并且在很多情况下，直管与弯头的衔接部位往往带有环焊缝，这样无疑会给检测带来一定的困难。目前，对超声导波检测在直管中传播特性的研究相对较多，但是对其在弯管中传播特性的研究很少。目前，已有一些学者对弯管导波展开了研究，如北京工业大学何存富结合数值模拟和实验对弯管缺陷进行了检测，华东理工大学周邵萍对弯管上不同位置的裂纹缺陷进行了检测，但是以上研究都是基于L模态导波检测，而且没有考虑环焊缝对弯头缺陷检测的影响，因此在实际检测中难以辨别出弯头缺陷。而且现有的超声导波检测方法主要采用L(0,2)模态导波检测，这种方法常伴随着F模态的产生，从而影响缺陷的识别，检测的准度和精度低。
除此之外，导波信号的检测频率以及信号周期的选取对于导波检测技术在管道中的应用十分重要，直接影响检测结果的好坏，尤其是针对弯管构件，检测频率以及信号周期数的适用范围更窄，而国内外没有关于这方面的研究，没有给出具体的参数选取范围。
发明内容
使用现有的基于L模态导波检测方法对带环焊缝小弯曲半径弯管进行缺陷检测时，没有考虑环焊缝对弯头缺陷检测的影响，难以辨别出弯头缺陷，检测的准度和精度低；没有给出合适的导波信号的检测频率以及信号周期，检测结果不理想。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法，包括以下步骤：
A.计算待检测弯管中T(0,1)模态导波群速度频散曲线，得到T(0,1)模态导波的传播速度V；
B.将传感器布置在待检测弯管的直管部位，且传感器距离弯头的起始部位至少1.5米；
C.调节T(0,1)模态导波的检测频率和信号周期；
D.通过计算机控制传感器激发调节好的T(0,1)模态导波，并对T(0,1)模态导波的反射回波信号进行采集；
E.以步骤D中采集到的反射回波信号的电压幅值作为纵坐标，以T(0,1)模态导波的传播速度V与其传播时间的乘积作为横坐标，得到反射回波信号的波形图，根据反射回波信号的波形图确定缺陷的具体位置。
由于T(0,1)模态导波在整个频率范围内几乎不发生频散，因此没有转换模态的干扰，能准确检出缺陷位置，检测效果好。T(0,1)模态导波的群速度频散曲线根据弯管的壁厚、外径、密度以及泊松比求出，现有技术中已有群速度频散曲线计算方法。
T(0,1)模态导波传播至缺陷时产生反射回波，通过计算机中软件的计算，可对缺陷进行定位。若弯管上没有缺陷，传感器会接收到两个环焊缝反射回波，一个是在前环焊缝处形成的，该环焊缝位于传感器的近端，另一个是在后环焊缝处形成的，该环焊缝位于传感器远端；若弯管上存在缺陷，当缺陷位于直管部位时，在两个环焊缝反射回波之前（或之后）会出现缺陷反射回波；当缺陷位于弯头部位时，在两个环焊缝反射回波之间会出现缺陷反射回波，因此，可根据缺陷反射回波以及两个环焊缝反射回波的位置判断缺陷是位于直管上，或位于弯头上。如果缺陷位于直管上，可以直接定位缺陷；如果缺陷位于弯头上，根据弯头的弯曲半径和弯曲角度进行计算，确定缺陷的具体位置。
作为一种优选方式，所述步骤C中，调节T(0,1)模态导波的检测频率至30kHz～50kHz，信号周期选取范围为3～7周。
检测采用自发自收的方式，经过大量的实验，对于1～5倍弯曲半径弯管，T(0,1)模态导波的检测频率在30kHz～50kHz之间，信号周期选取在3～7周之间，缺陷的检测效果最好。
本发明很好地将超声导波检测技术应用于带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷检测，同时确定了T(0,1)模态导波最佳的检测频率和信号周期数范围，检测快速，检测结果准确度和精确度高。
附图说明
图1为本发明方法所用检测装置的结构示意图。
图2为本发明的实施例中待检测弯管的结构示意图。
图3为本发明的实施例中待检测弯管的群速度频散曲线图。
图4为本发明的实施例中的检测结果。
其中，1为弯管，2为传感器，3为前环焊缝，4为后环焊缝，5为弯头，6为前置放大器，7为数据采集单元，8为计算机，9为信号发生器，10为功率放大器，11为缺陷。
具体实施方式
如图1所示，本发明方法所用检测装置包括计算机8、信号发生器9、功率放大器10、数据采集单元7、前置放大器6。所述计算机8的输出端依次通过信号发生器9、功率放大器10与传感器2的输入端相连，传感器2的输出端依次通过前置放大器6、数据采集单元7与计算机8的输入端相连。所述计算机8用于控制信号发生器9激发出所需的T(0,1)模态导波，功率放大器10用于对信号发生器9发出的信号进行放大。前置放大器6用于对传感器2输出的反射回波信号进行放大，并输出至数据采集单元7进行采集，数据采集单元7将采集到的反射回波信号送至计算机8进行处理，以得到反射回波信号波形图并确定缺陷11的具体位置。
针对本发明方法，制作了一个试验用的弯管1，该弯管1的外径为159mm，壁厚为4.5mm，弯曲半径为238.5mm（即1.5倍弯曲半径），弯曲角度为90°，密度为7900kg/m3，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3，在弯头5上加工了一个人工切槽作为缺陷11，如图2所示。
本发明一种基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法，包括以下步骤：
A.根据弯管1的壁厚、外径、密度和泊松比计算待检测弯管1中T(0,1)模态导波的群速度频散曲线，由图3可知，相对于其它模态导波的信号，T(0,1)模态导波群速度稳定，在整个频率范围内几乎不发生频散，因而导波本身不会影响缺陷11的检测。T(0,1)模态导波在40KHz处的传播速度V为3260m/s，将V输入计算机8；
B.将传感器2布置在待检测弯管1的直管部位，且传感器2距离弯头5的起始部位至少1.5米；
C.调节T(0,1)模态导波的检测频率和信号周期；所检测的弯管1的弯曲半径是管道外径的1.5倍，实验采用的检测频率为40KHz，信号周期数取5周；
D.检测采用自发自收的方式，通过计算机8控制传感器2激发调节好的T(0,1)模态导波，并对T(0,1)模态导波的反射回波信号进行采集，得到检测信号，如图4所示；
E.以步骤D中采集到的反射回波信号的电压幅值作为纵坐标，以T(0,1)模态导波的传播速度V和与其传播时间的乘积作为横坐标，得到反射回波信号的波形图，根据反射回波信号的波形图确定缺陷11的具体位置。由图4可知，与传感器2距离2.3m处出现一个反射回波，该回波由前环焊缝3产生，缺陷11反射回波位于前环焊缝3反射回波与后环焊缝4反射回波之间，说明弯头5部位有缺陷11存在，再根据图4所示的检测结果和弯管1的外径、弯曲半径和弯曲角度即可确定缺陷11的具体位置。

Claims (2)

1.一种基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.计算待检测弯管（1）中T(0,1)模态导波群速度频散曲线，得到T(0,1)模态导波的传播速度V；
B.将传感器（2）布置在待检测弯管（1）的直管部位，且传感器（2）距离弯头（5）的起始部位至少1.5米；
C.调节T(0,1)模态导波的检测频率和信号周期；
D.通过计算机（8）控制传感器（2）激发调节好的T(0,1)模态导波，并对T(0,1)模态导波的反射回波信号进行采集；
E.以步骤D中采集到的反射回波信号的电压幅值作为纵坐标，以T(0,1)模态导波的传播速度V与其传播时间的乘积作为横坐标，得到反射回波信号的波形图，根据反射回波信号的波形图确定缺陷（11）的具体位置。
2.如权利要求1所述的基于T模态导波检测带环焊缝小弯曲半径弯管缺陷的方法，其特征在于，所述步骤C中，调节T(0,1)模态导波的检测频率至30kHz～50kHz，信号周期选取范围为3～7周。
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