Page 73 - 无损检测2021年第七期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202107009

弯折小径管中槽型缺陷的 L 0 1 模态导波检测

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韩佳琪 , 刘 尧 , 杨宁祥 , 刘秀成 , 吴 斌 1
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( 1. 北京工业大学 材料与制造学部, 北京 100124 ;

2. 广东省特种设备检测研究院 珠海检测院, 珠海 519002 )
摘 要:利用 L ( 0 , 1 ) 模态超声导波对直径为 10mm , 壁厚为 2mm 的不锈钢小径弯折管中的

槽型缺陷进行检测。首先, 建立有限元仿真模型, 分析 L ( 0 , 1 ) 模态在具有不同弯折角度弯头处的
模态转换和反射特性, 观察到不同模态的反射回波信号能量与弯折角度间存在非单调关系; 其次,
利用磁致伸缩传感器在小径管中激励中心频率为 90kHz的 L ( 0 , 1 ) 模态的超声导波, 对槽型缺陷

进行检测, 分析了弯折角度对导波缺陷检测能力的影响。结果表明: 弯头处导波模态转换成 F ( 1 , 1 )
模态后会影响导波对弯头后端槽型缺陷的检出能力, 将提出的特征波形能量比值 β 作为表征参数,
可以实现缺陷的检出, 弯折角度为 90° 时检测效果最佳。

关键词: L ( 0 , 1 ) 模态; 超声导波; 弯折角度; 小径管; 缺陷检测

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 07-0035-06

L 0 1 mode g uidedwavedetectionfornotchdefectsinsmall-diameterandbendin g tubes

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HANJia q i , LIUYao , YANGNin g xian g LIUXiuchen g , WUBin
,

( 1.De p artmentofMaterialsandManufacturin g , Bei j in gUniversit yofTechnolo gy , Bei j in g100124 , China ;

2.ZhuhaiBranch , Guan g don g InstituteofS p ecialE q ui p mentIns p ectionandResearch , Zhuhai519002 , China )

Abstract : TheL ( 0 , 1 ) modeg uidedwaveswereinvesti g atedfordetectin gnotchdefectsinsmalldiameterand

bendin g tubesofstainlesssteel.Thetestedtubehasadiameterof10 mmandawallthicknessof2 mm.Firstl y ,

finiteelementsimulationmodelswereestablishedtoanal y zethemodeconversionandreflectioncharacteristicsofL

( 0 , 1 ) modeattheelbow withdifferentbendin gan g les.Itisobservedthatthereisanon-monotonicrelationshi p

betweentheener gyofreflected wavesofdifferentmodesandthebendin gan g les.Secondl y , a ma g netostrictive

sensorisusedtoexciteL ( 0 , 1 ) modewithacentralfre q uenc yof90kHzfordetectin gnotchdefectsinthetested

smalldiametertubesundertest.Theeffectofbendin gan g leonthedefectdetectionabilit yofg uided waveis

anal y zed.TheresultsshowthattheF ( 1 , 1 ) modeg eneratedattheelbowa pp earstodisturbthep erformanceof

g uidedwaveindetectin g thedefectbehindtheelbow.Usin g the p ro p osed ener gy ratio β offeaturedwave p ackets as

thecharacterizationp arameter , theg uidedwavecaneffectivel ydetectthenotchdefectsbehindtheelbow.Amon g

thetestedcases , thedetectionabilit y isthebestwhenthebendin gan g leis90°.

Ke ywords : L ( 0 , 1 ) mode ; ultrasonicg uidedwave ; bendin gan g le ; small-diametertube ; defectdetection
小直径金属管( 简称小径管) 在船舶、 化工等领 实际应用中, 为了改变内部介质的输送方向, 常对小
域应用广泛, 主要用于介质输送或测量仪表的取样。 径管进行不同角度的弯折处理。由于内部输送介质
的腐蚀性和湿润环境所造成的电化学腐蚀, 小径管
收稿日期: 2020-07-16
的弯折部位或存在缺陷的位置容易形成腐蚀点, 长
基金项目: 广东省市场监督管理局科技项目( 2020ZT04 )
期积累会造成穿孔泄漏事故 [ 1 ] 。因此, 开发面向小
作者简介: 韩佳琪( 1999- ), 女, 本 科, 主 要 从 事 无 损 检 测 方 面
工作 径管的缺陷检测技术具有重要的工程意义。
通信作者: 吴 斌( 1962- ), 男, 教授, 主要研究方向为超声和电 超声导波可以沿小径管传播, 利用反射回波信
磁无损检测技术, wb@b j ut.edu.cn 号对小径管进行缺陷检测 [ 2 ] , 其具有快速、 长距离检
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2021 年 第 43 卷 第 7 期
无损检测