Page 122 - 无损检测2024年第十一期

左万君，等：

管道超声导波检测技术研究进展

测浅层缺陷，并研究了在约为 3 MHz/mm条件下 如图 5 所示。RAO等 [15] 采用全波形反演结合螺旋
SH1单模态导波激发的策略，提出可以使用单个永 信号分离方法和正则技术建立了包含衰减的反演
久周期性磁铁（PPM）电磁声学换能器生成由SH1 模型，并进一步分析了衰减对输液管道中螺旋导
模态主导的导波信号。 波的影响。BARRY等 [16] 统计了超声波衰减与低
1.4 超声导波的衰减 碳钢强度的相关性，发现当波衰减从0. 24 dB/mm
超声波的检测范围受到各种衰减因素的限制， 增加到 0. 36 dB/mm时，钢的强度从 460 Mpa降低
包括能量的扩散和吸收。在弹性介质中，波前频 到290 Mpa，进而发现波的衰减水平可以用于检测
散是较为普遍的现象；但在黏弹性介质中，其不仅 钢结构的强度。在无损检测中，可根据衰减与材
表现出波前频散，还伴随着能量吸收行为。导波 料缺陷程度的线性效应，使用信噪比衡量信号的
的衰减主要包括扩散衰减、散射衰减和吸收衰减， 衰减。

图 5 导波衰减示意

此外，研究还表明管道埋地环境以及埋地材料 在检测部件内散射，从而捕捉部件内的缺陷以检测
对导波衰减的影响非常显著，黏土环境中导波能量 部件损伤。导波在部件内部传播时遇到不连续的横
的衰减远高于沙土环境中的 [17] 。HUAN等 [18] 采用 截面（如裂缝和凹痕），会在边界处发生反射、透射和
阵列环作为导波激励和接收方法，研究了埋地管道 模态转换，使得接收到的回波信号发生改变；通过对
中T（0,1）导波的衰减特性，结果表明环氧涂层、煤 接收的回波信号进行处理，分析信号的延时性以及
焦油涂层和聚乙烯泡沫涂层具有优异的超声波隔离 波速，能够获得部件内缺陷的轴向位置，进而对部件
功效。曹伟烨等 [19] 研究了黏性埋地材料对矩形横截 的整体或局部健康状态进行评估。管道超声导波无
面杆件中SH导波传播的影响规律，并建立了基于 损检测技术的原理示意如图 6所示，主要过程包括：
SH波的埋地管道泄漏监测方法，该方法能够定量表 ① 脉冲发射机产生特定频率的脉冲信号，经功率放
征土壤湿度，准确判断管道泄漏情况，测量相对误差 大器送至导波换能器并转换为超声导波；② 导波在
不超过8%。 管道中传播并检测缺陷；③ 换能器将接收到的回波
1.5 超声导波检测原理和技术特点 信号转换为电信号；④ 处理与分析信号，识别异常

超声导波检测技术主要通过激发低频超声导波 波形，推断缺陷位置和大小。

图 6 管道超声导波检测技术原理示意
超声导波检测技术在各种材料的损伤检测中应 息。与其他检测技术相比，其主要有以下优势。
用广泛，其检测信号中几乎包含了结构中的所有信 （1）全面检测。可在整个构件中的任意位置进
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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测