Page 80 - 无损检测2024年第十二期
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孔 超，等：
管道压电超声裂纹内检测技术进展
将超声导波技术应用到液体管道裂纹检测方面的 测精度、定位精度、数据存储和分析处理、续航能
研究工作。1963 年，FITCH等 [14] 在圆形金属管道 力、结构设计、通过性能等方面都有了很大进步。其
中激励出了几种简单的导波模态，并得到了导波模 中比较有代表性的如德国的NDT公司、ROSEN公
态下的频散曲线，为管道的裂纹检测提供了理论和 司和美国的BAKER HUGHES公司（整合了PII和
方法参考。SILK等 [15] 利用压电超声换能器在带有 Weatherford等多家公司在油气管道检测领域的技
裂纹的水蒸气管道内部激励超声波，得到了L（0，1） 术）等均可提供商业化的油气管道压电超声腐蚀检
模态的导波，并对该管道进行了简单的检测，为压 测技术服务。其研发的压电超声裂纹检测设备机械
电超声裂纹检测的工程应用提供了可行性依据。 结构均为多节串联样式，通常包含能源驱动节、检测
BROOK等 [16] 通过在管道两侧施加轴向应力载荷模 节、电子系统节等模块，根据适用口径、通过能力、
拟管道真实工况，激励出了L（0，2）模态的导波，对 功能复合等方面的要求，结构形式上略有不同。
管道进行了裂纹类缺陷的超声检测。PARK等 [17] 开 3.1 美国BAKER HUGHES公司技术进展
展了对称模式的超声导波对长输液体管道内表面缺 美国的BAKER HUGHES公司（2017 年与PII
陷的检测试验研究，同时开展了数值模拟分析，结果 公司合并）是国外最早研究压电超声腐蚀和裂纹
表明，对称模式的导波对管体的内表面裂纹类缺陷 检测技术的管道检测公司，基于多年压电超声裂
最为敏感，对称模式能量损失最小。以上研究及试 纹检测的工程应用，拥有大型内部裂纹数据库和
验均证明了超声导波应用于液体管道裂纹类缺陷检 存储库 [19] 。其最新研发的UltraScan CD/CDP/
TM
测的可行性和有效性。 CD Edge系列压电超声管道轴向裂纹检测器 （见
压电超声裂纹内检测技术的商业应用，最早可 图3），可在高流速下完成高精度检测，主要适用于
追溯到美国的 PII（Pipeline Integrity International） 管体应力腐蚀裂纹，还可检测焊缝的疲劳和收缩裂
公司，该公司于 1994 年研发出了第一套压电超声 纹 [20] 。这些系列检测器可检出管道本体和焊缝热影
管道轴向裂纹内检测器 [18] 。随着压电复合材料科 响区内的轴向裂纹和类裂纹缺陷，深度量化精度为
学、传感器技术、电子技术和机械制造水平的不断 ±0. 7 mm，长度量化精度为±7. 5 mm，其中，CD
提高，油气管道压电超声裂纹检测技术及装备在检 Edge系列检测器可检测长度为15 mm的微小裂纹。
图 3 UltraScan CD/CDP/CD Edge 系列轴向裂纹压电超声检测设备实物
TM
美国的BAKER HUGHES公司及GE PII公司
的压电超声裂纹检测技术于1998年开始成熟并大规
模投入工程应用，其在加拿大、美国等北美地区的原
油、成品油、矿浆和水等液体输送管道中得到了广泛
应用，对排查威胁管道安全的裂纹缺陷，提高北美
地区的长输油气管道运营安全起到了关键作用 [21] 。 图 4 ROCD UT-C 型轴向裂纹压电超声检测设备实物
2007年，中海油潘-禹作业区管径为325 mm的海底
环向裂纹超声检测设备ROCD UT-A（见图5），该设
原油管道采用PII公司的压电超声内检测技术开展
计采用了一种强健灵活的传感器支撑机械结构，为
了管道完整性技术评估，之后中国石油漠-大管道管
检测结果的精度和分辨率提供了技术保证 [23] ，同时
径为720 mm的陆地输油管道也采用了该项内检测 采用了基于优化的压电传感器设计和数据处理存储
技术进行了管体裂纹检测，开创了中国油气管道压 系统，来完整记录检测原始数据（如A扫描、B扫描
电超声裂纹检测技术工程应用的先河。 和C扫描）。经过认证的数据评估流程以及对A扫
3.2 德国ROSEN公司技术进展 描数据的全面解析，可获得高质量的裂纹缺陷量化
德国ROSEN公司是世界范围内为数不多的同 评估。该裂纹检测器的轴向分辨率为2 mm，周向分
时拥有基于压电超声原理的管道轴向和周向裂纹检 辨率为8 mm，裂纹深度量化精度为±1 mm，长度量
测技术和设备的管道检测公司 [22] ，其研制了系列化 化精度为±10 mm。
的轴向裂纹超声检测设备ROCD UT-C（见图4）和 ROSEN公司的压电超声裂纹检测技术在德国、
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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测
