基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法技术

基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法，搭建横波直探头在管中激励周向导波的缺陷检测仪；运用数值计算软件，绘制管道周向导波频散曲线；选择适合管道缺陷无损检测的激励频率；绘制所在频率下各个周向导波模态的波结构图，确定相应周向导波模态的激励方法，确定横波直探头的布置方向与激励周向导波典型模态的关系；激励周向导波并接收其缺陷回波，通过分析接收信号中的反射回波到达接收点的时间，确定管道缺陷位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法，该方法可用于管道缺陷的无损检测，属于无损检测领域。
技术介绍
管道运输在我国的国防建设和经济建设中有着至关重要的作用。由于我国运输管线使用多年，现运输管线逐渐出现老化腐蚀的现象，甚至发生了管道泄漏、断裂乃至爆裂等管线恶性事故，给国家带来巨大的经济损失，使周边的生态环境受到破坏和污染，使人们的安全和财产受到损失与威胁。由于现阶段我国对于管道的缺陷检测方法有限，无法对管道进行全面的检测，也无法对腐蚀位置和泄漏点进行精确的定位，导致运输管线维修困难，管线盲目的被开挖报废，浪费大量人力财力。所以研发一种实用、全面、效率高的管道缺陷无损检测技术是非常必要的。现检测管道缺陷所用的导波主要分为两类，柱面纵向导波和周向导波。柱面纵向导波目前国内外研究较多，并已经应用于工程检测。但是随着运输管道壁厚的增加，柱面纵向导波衰减较大，检测能力有限，波形比较复杂，缺陷信号不易识别，并且存在一定的检测盲区。除此以外，柱面纵向导波对管道周向缺陷较为敏感，检测灵敏度较高，但其对运输管道上的轴向缺陷并不敏感，使得轴向缺陷在检测中不容易被识别。本专利技术将基于横波直探头激励周向导波检测管道典型缺陷，通过改变横波直探头的布置方向即可激励出不同的周向导波模态以用于无损检测不同类型的缺陷，克服了柱面纵向导波对于轴向缺陷不敏感的问题，有效提升检测效率。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种导波缺陷检测方法，特别是基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法。将横波直探头置于待测管道表面作为激励传感器，利用中心频率与布置方向均相同的横波直探头置于管道表面作为接收传感器来接收超声波信号。横波直探头有其固定的偏振方向，通过改变横波直探头的布置方向，激励不同周向导波模态进行管道缺陷无损检测。此方法可提高管道缺陷检测效率，克服柱面纵向导波对轴向缺陷不敏感的问题，检测信号信噪比高，极大保障管道运输安全。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所采用的基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测装置具体参见图1，包括任意函数信号发生器1、功率放大器2、数字示波器3、发射信号横波直探头4、接收信号横波直探头5、计算机6、管道7。其特征在于：任意函数信号发生器1的输出端分别与功率放大器2以及数字示波器3的输入端连接，发射信号横波直探头4置于管道7的外壁并与功率放大器2的输出端连接，接收信号横波直探头5置于管道7的外壁，与数字示波器3连接，计算机6与数字示波器3连接。其中发射信号横波直探头4与接收信号横波直探头5中心频率均为500kHz，由人工按压在管道7表面，通过专用耦合剂耦合在管道表面。发射信号横波直探头4用于激励周向导波，接收信号横波直探头5用于接收周向导波。本专利技术提出的基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法其具体实现步骤如下：步骤一：检测系统搭建，具体参见图1。步骤二：运用数值计算软件，基于管道物理参数密度ρ、纵波速度cL和横波速度cs，尺寸参数管道内径r1和管道外径r2建立管道结构波动模型和周向导波的频散方程，对频散方程进行数值求解，绘制管道周向导波群速度曲线。步骤三：根据步骤一得到的周向导波群速度曲线选择适合管道缺陷无损检测导波模态的激励频率，并提取在此频率下各个周向导波模态的群速度vg。步骤四：在步骤二中选择的频率下，绘制所在频率下各个周向导波模态的波结构图。分析各周向导波模态的轴向位移、周向位移和径向位移，确定相应周向导波模态的激励方法，确定横波直探头的偏振方向与激励周向导波典型模态的关系。步骤五：由任意函数信号发生器1产生汉宁窗调制的特定周期的正弦波激励信号，分别输入至功率放大器2与数字示波器3。经过功率放大的激励信号输入发射信号横波直探头传感器4，发射信号横波直探头4以步骤三确定的偏振方向进行布置，激励相应模态的周向导波。接收信号横波直探头5与发射信号横波直探头4布置方向相同，接收相应模态周向导波。通过分析接收信号中的反射回波到达接收点的时间，确定管道缺陷位置。本专利技术具有以下优点：本专利技术提供了一种基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法，在不对管道结构进行任何破坏的情况下，即可实现管道缺陷检测。通过改变横波直探头布置方向即可激励出不同周向导波模态进行缺陷检测，有效提高检测效率，接收信号信噪比高，缺陷检测定位准确。附图说明图1检测装置示意图。图2外径104mm壁厚2mm管道频散曲线图。图3500kHz频率下周向S0模态波结构图。图4500kHz频率下周向SH0模态波结构图。图5500kHz频率下周向A0模态波结构图。图6横波直探头管中激励周向S0模态导波示意图。图7横波直探头管中激励周向SH0模态导波示意图。图8基于横波直探头检测管道缺陷示意图。图9周向S0模态管道缺陷检测接收信号图。图10周向SH0模态管道缺陷检测接收信号图。图11为本方法的实施流程图。图1中：1、任意函数信号发生器，2、功率放大器，3、数字示波器，4、发射信号横波直探头，5、接收信号横波直探头，6、计算机，7、管道。具体实施方式下面结合图1～图11详细说明基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法的实施过程。本实验中选用的待测管道7外径104mm，壁厚2mm，长1000mm。人工缺陷长20mm，宽0.5mm，沿管道径向贯穿，布置于距离管道左端面500mm处，其人工缺陷长边与管道轴向方向一致(即轴向缺陷)。步骤一：检测系统搭建，具体参见图1。步骤二：频散曲线的绘制。以Disperse软件建立周向导波在管道结构中的波动模型。本实验中选用的待测管道7外径104mm，壁厚2mm，长1000mm，材料为20号钢。管道密度为7.850g/cm3，纵波速度5.943m/ms，横波速度3.177m/ms。管道周向频散曲线如附图2。步骤三：选取激励频率。根据步骤二得到的周向导波频散曲线，选择频散小，导波模态少，适合管道缺陷无损检测导波模态的激励频率，图2中500kHz对应的导波模态频散较小，因此本例选取500kHz为缺陷检测激励频率。和在此频率下有三个周向导波模态，分别为周向S0模态、周向SH0模态和周向A0模态。其周向导波模态对应理论群速度vg分别为5.269m/ms，3.259m/ms和3.245m/ms。步骤四：绘制周向导波模态的波结构图,确定横波直探头布置方向与激励周向导波典型模态的关系。在步骤三中选择的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测装置，其特征在于：该装置包括任意函数信号发生器(1)、功率放大器(2)、数字示波器(3)、发射信号横波直探头(4)、接收信号横波直探头(5)、计算机(6)、管道(7)；任意函数信号发生器(1)的输出端分别与功率放大器(2)以及数字示波器(3)的输入端连接，发射信号横波直探头(4)置于管道(7)的外壁并与功率放大器(2)的输出端连接，接收信号横波直探头(5)置于管道(7)的外壁，与数字示波器(3)连接，计算机(6)与数字示波器(3)连接；其中发射信号横波直探头(4)与接收信号横波直探头(5)中心频率均为500kHz，由人工按压在管道(7)表面，通过专用耦合剂耦合在管道表面；发射信号横波直探头(4)用于激励周向导波，接收信号横波直探头(5)用于接收周向导波。

【技术特征摘要】
1.基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测装置，其特征在于：该装置包括任意
函数信号发生器(1)、功率放大器(2)、数字示波器(3)、发射信号横波直探头(4)、接收信号
横波直探头(5)、计算机(6)、管道(7)；任意函数信号发生器(1)的输出端分别与功率放大器
(2)以及数字示波器(3)的输入端连接，发射信号横波直探头(4)置于管道(7)的外壁并与功
率放大器(2)的输出端连接，接收信号横波直探头(5)置于管道(7)的外壁，与数字示波器
(3)连接，计算机(6)与数字示波器(3)连接；
其中发射信号横波直探头(4)与接收信号横波直探头(5)中心频率均为500kHz，由人工
按压在管道(7)表面，通过专用耦合剂耦合在管道表面；发射信号横波直探头(4)用于激励
周向导波，接收信号横波直探头(5)用于接收周向导波。
2.依据权利要求1所述的基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测装置，基于横
波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法，其特征在于：基于横波直探头的管道缺陷周
向导波无损检测方法其具体实现步骤如下：
步骤一：检测系统搭建；
步骤二：运用数值计...

【专利技术属性】
技术研发人员：何存富，郭程，吕炎，张学聪，吴斌，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11