论文部分内容阅读
摘要：综合介绍了超声导波，声发射，漏磁技术三种新型无损检测技术，重点研究其在压力管道检测中的应用，分析总结了这些技术现有的不足及未来的研究方向。
关键词：超声导波 声发射 漏磁 压力管道
中图分类号：TH87 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0001-01
压力管道属于特种设备，广泛存在于各类工矿企业中，特别是石化及能源行业，其运行的安全性直接关系到人民群众的生命财产安全和社会的经济发展。压力管道具有运行压力高，使用介质多为有毒，可燃，或具有腐蚀性的特点，在使用过程中，容易出现裂纹、腐蚀坑等缺陷，从断裂力学的角度，微小缺陷若不及时发现，扩展后将直接导致管道不可逆的损坏，影响压力管道的安全使用。因此，有必要提高压力管道检验检测时缺陷的发现率。随着无损检测技术的发展，越来越多的新型无损检测技术应用到压力管道的检验检测中，在一定程度上提高了压力管道检测安全的时效性和可靠性。
1 新型无损检测技术简述
（1）超声导波技术。
导波属于超声波的一种，即在波导结构中传播的超声波。导波具有频散特性，一次激发的导波在不同的材料和不同的几何形状中传播时其频率和群速度具有特定的关系，可用频散曲线进行描述，当工件内出现缺陷引起结构变化时，接收到的导波回波将发生变化，通过对缺陷波形的信号分析，可对缺陷进行判断和定位。目前的导波检测主要使用的是单一的L（0，2）模态的导波，该模态导波在管线中传播时，由于衰减小，覆盖范围广，相比较于常规的脉冲时差法超声波逐点检测的方法，导波检测可实现长距离检测，除了能检测发现焊接接头的内部缺陷缺陷，还能能检测出管内表面、材料内部及外表面的缺陷，特别是管内大面积腐蚀，从而实现快速检测。在国外，导波技术已经商业化，如英国的wavemaker公司已有成熟设备出售。而国内导波检测技术研究起步较晚，现已有多家研究机构进行了实验室仿真，研究重点在于多模态导波的激励与接收，导波检测设备的成型以及缺陷波形的分析处理。
（2）声发射。
声发射即固体材料或构件因受力产生塑性变形至断裂的过程中，储存的应变能断续地释放发射出瞬态弹性波的现象，通过接收和分析材料的声发射信号可以评定材料的性能或监测构件的破坏过程从而实现设备探伤。图1表示声发射检测原理。被检工件中存在活动性缺陷，在外加应力的作用下从缺陷处释放出的弹性波被置于工件表面的传感器接收后经放大处理，通过波形分析确定缺陷的性质。声发射检测属于动力学检验，对线性缺陷尤为敏感，可获取缺陷的连续信息实现管线的实时监测。
（3）磁记忆检测。
磁记忆检测技术是在传统的磁粉检测技术上发展起来的一门针对铁磁性材料的无损检测方法，也称漏磁检测技术，是在20世纪90年代由俄罗斯科学家提出。在地磁场中，铁磁性材料的磁性能在应力集中区和形状突变区会产生永久性变化，即具有磁记忆性，使得金属构件的表面磁导率远远小于其他区域，从而形成漏磁场，通过对漏磁场的检测可确定被检设备的应力集中区和形状突变区。相较于传统的磁粉检测技术，金属磁记忆检测不需要外加磁场，设备便携性好，可实现缺陷和应力集中区的快速筛查。
2 新型无损检测技术在压力管道检验中的应用
按照TSG D0001-2009的要求，工业压力管道需要进行定期检验，常规无损检测方法主要适用于停车后的全面检验，很难做到在线监测以及寿命评估。而上述三种无损检测技术的应用，可实现早期诊断和在线检测。特别是在电力和石化行业，例如在火力发电厂中的大量汽、水管道，可利用磁记忆检测技术在不停机的情况下进行在线检测，进行早期诊断，找出应力集中部位作为重点监控点，也可以配合声发射技术查找活动性缺陷，寻找泄漏点。声发射检测技术也可应用于地下埋管的泄漏检测。而超声导波检测对长管线的缺陷筛查有很大的优势，对架空管线理论检测长度可达几百米，有利于缩小检验范围，提高缺陷的检出率。目前的研究重点在于以下几个方面：（1）对导波模态的研究，寻找不同模态导波对不同类缺陷的敏感性。（2）信号分析，寻找有效的去噪方法，对接收到的信号进行特征分析，准确的找出缺陷信号。（3）建立缺陷信号数据库，制造缺陷试块，完善相关的检测标准。
3 结论
综上所述，超声导波、声发射及磁记忆检测技术的应用，在降低检验成本的同时提高了压力管道检验的效率，同时还可作为在役管线在线诊断和寿命评估的重要手段。但是目前还存在一些问题：一方面很多技术还只存在于实验室阶段，尚未形成成熟的商业设备进行市场化；另一方面是相关配套的检验检测标准尚未制定，还需要经历一个标准制度化的过程。因此要将这些检测技术广泛应用于常规的检验还需要在以下几个方面展开重点研究。
（1）开发多模态导波检测仪，形成可探测多种缺陷的供现场探伤的成熟超声导波检验设备。
（2）提高声发射信号的分析处理能力，保证检验结果的有效性及准确性。
（3）加快相关检测标准的编制、颁布及实施。
参考文献
[1] 中国电力百科全书.中国电力百科全书·火力发电卷[M].北京：中国电力出版社，2001：649-650.
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局[M].压力管道安全技术监察规程—工业管道，北京：新华出版社，2009.
关键词：超声导波 声发射 漏磁 压力管道
中图分类号：TH87 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0001-01
压力管道属于特种设备，广泛存在于各类工矿企业中，特别是石化及能源行业，其运行的安全性直接关系到人民群众的生命财产安全和社会的经济发展。压力管道具有运行压力高，使用介质多为有毒，可燃，或具有腐蚀性的特点，在使用过程中，容易出现裂纹、腐蚀坑等缺陷，从断裂力学的角度，微小缺陷若不及时发现，扩展后将直接导致管道不可逆的损坏，影响压力管道的安全使用。因此，有必要提高压力管道检验检测时缺陷的发现率。随着无损检测技术的发展，越来越多的新型无损检测技术应用到压力管道的检验检测中，在一定程度上提高了压力管道检测安全的时效性和可靠性。
1 新型无损检测技术简述
（1）超声导波技术。
导波属于超声波的一种，即在波导结构中传播的超声波。导波具有频散特性，一次激发的导波在不同的材料和不同的几何形状中传播时其频率和群速度具有特定的关系，可用频散曲线进行描述，当工件内出现缺陷引起结构变化时，接收到的导波回波将发生变化，通过对缺陷波形的信号分析，可对缺陷进行判断和定位。目前的导波检测主要使用的是单一的L（0，2）模态的导波，该模态导波在管线中传播时，由于衰减小，覆盖范围广，相比较于常规的脉冲时差法超声波逐点检测的方法，导波检测可实现长距离检测，除了能检测发现焊接接头的内部缺陷缺陷，还能能检测出管内表面、材料内部及外表面的缺陷，特别是管内大面积腐蚀，从而实现快速检测。在国外，导波技术已经商业化，如英国的wavemaker公司已有成熟设备出售。而国内导波检测技术研究起步较晚，现已有多家研究机构进行了实验室仿真，研究重点在于多模态导波的激励与接收，导波检测设备的成型以及缺陷波形的分析处理。
（2）声发射。
声发射即固体材料或构件因受力产生塑性变形至断裂的过程中，储存的应变能断续地释放发射出瞬态弹性波的现象，通过接收和分析材料的声发射信号可以评定材料的性能或监测构件的破坏过程从而实现设备探伤。图1表示声发射检测原理。被检工件中存在活动性缺陷，在外加应力的作用下从缺陷处释放出的弹性波被置于工件表面的传感器接收后经放大处理，通过波形分析确定缺陷的性质。声发射检测属于动力学检验，对线性缺陷尤为敏感，可获取缺陷的连续信息实现管线的实时监测。
（3）磁记忆检测。
磁记忆检测技术是在传统的磁粉检测技术上发展起来的一门针对铁磁性材料的无损检测方法，也称漏磁检测技术，是在20世纪90年代由俄罗斯科学家提出。在地磁场中，铁磁性材料的磁性能在应力集中区和形状突变区会产生永久性变化，即具有磁记忆性，使得金属构件的表面磁导率远远小于其他区域，从而形成漏磁场，通过对漏磁场的检测可确定被检设备的应力集中区和形状突变区。相较于传统的磁粉检测技术，金属磁记忆检测不需要外加磁场，设备便携性好，可实现缺陷和应力集中区的快速筛查。
2 新型无损检测技术在压力管道检验中的应用
按照TSG D0001-2009的要求，工业压力管道需要进行定期检验，常规无损检测方法主要适用于停车后的全面检验，很难做到在线监测以及寿命评估。而上述三种无损检测技术的应用，可实现早期诊断和在线检测。特别是在电力和石化行业，例如在火力发电厂中的大量汽、水管道，可利用磁记忆检测技术在不停机的情况下进行在线检测，进行早期诊断，找出应力集中部位作为重点监控点，也可以配合声发射技术查找活动性缺陷，寻找泄漏点。声发射检测技术也可应用于地下埋管的泄漏检测。而超声导波检测对长管线的缺陷筛查有很大的优势，对架空管线理论检测长度可达几百米，有利于缩小检验范围，提高缺陷的检出率。目前的研究重点在于以下几个方面：（1）对导波模态的研究，寻找不同模态导波对不同类缺陷的敏感性。（2）信号分析，寻找有效的去噪方法，对接收到的信号进行特征分析，准确的找出缺陷信号。（3）建立缺陷信号数据库，制造缺陷试块，完善相关的检测标准。
3 结论
综上所述，超声导波、声发射及磁记忆检测技术的应用，在降低检验成本的同时提高了压力管道检验的效率，同时还可作为在役管线在线诊断和寿命评估的重要手段。但是目前还存在一些问题：一方面很多技术还只存在于实验室阶段，尚未形成成熟的商业设备进行市场化；另一方面是相关配套的检验检测标准尚未制定，还需要经历一个标准制度化的过程。因此要将这些检测技术广泛应用于常规的检验还需要在以下几个方面展开重点研究。
（1）开发多模态导波检测仪，形成可探测多种缺陷的供现场探伤的成熟超声导波检验设备。
（2）提高声发射信号的分析处理能力，保证检验结果的有效性及准确性。
（3）加快相关检测标准的编制、颁布及实施。
参考文献
[1] 中国电力百科全书.中国电力百科全书·火力发电卷[M].北京：中国电力出版社，2001：649-650.
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局[M].压力管道安全技术监察规程—工业管道，北京：新华出版社，2009.