厚壁管道周向导波检测技术实验研究

　　0　引言

　　在我国，83%以上的电力是火力发电厂提供的，但火力发电效率较低，利用率低。提高火力发电效率的主要途径是提高蒸汽的压力和温度，为了承受更大的蒸汽压力和温度，作为火电机组的关键部件之一的电站“四大管道”系统(锅炉给水管道、主蒸汽管道、再热器冷段和热段管道)的壁厚也在不断增加。管道壁厚的增加使其承受的热应力也随之增加，并且由于长期高温运行，材料的蠕变、蜕化及应力松弛，管道极易出现热疲劳损伤、裂纹和腐蚀，造成管壁局部减薄，在管内高压、高温蒸汽的作用下，最终导致管体轴向爆裂泄漏等严重事故[1]。因此，研究厚壁管道的无损检测新技术显得十分重要迫切。

　　目前，厚壁管道的常规无损检测方法主要有超声波法、射线照相法、磁粉检测法和渗透检测法等[2，3]，但常规无损检测方法逐点扫查式的工作过程导致工作量巨大，效率低下，可靠性低，成本高，很难实现快速、可靠、全面的厚壁管道检测[4]。因此，迫切需要一种更为有效的检测手段。近年来，超声导波无损检测技术得到了广泛的研究和应用，该方法因衰减小、模态多、传播距离长、效率高和成本低等优点，特别适用于管、板和杆等多种结构健康状况的检测[5-7]。在管道中传播的超声导波有两种类型[8]，沿管道轴向传播的柱面导波和沿管道周向传播的周向导波。随着壁厚的增加，柱面导波衰减较大，且存在一定的检测盲区，不适合厚壁管道的检测，周向导波通过模态和频率的优化选取，可实现管道周向缺陷的检测，通过轴向扫查可实现管道的长距离检测。由于周向导波检测距离即管道周长恒定，便于缺陷的识别，并且该检测距离相对较短，因此可通过提高检测频率实现较小缺陷的检测。

　　1966年，Grace等[9]首先建立了圆柱壳中的周向导波传播的数学模型，研究了浸在水中的圆柱体中的周向导波，得到了周向导波的速度和衰减系数。1967年，Viktorov等[10]建立了周向导波的数学模型，研究了周向导波的频散和多模态特性。Liu和Qu等[11]首先推出了环向时间谐波在圆环中传播的频散方程，解决了周向导波在圆环中的传播问题。Valle等[12]利用周向导波对管道中的缺陷进行了定位和尺寸评估，解决了轴-筒结构中周向导波的传播问题。何存富等[13]通过理论分析和数值计算研究了板中Lamb波和管道C-Lamb波的频散曲线，确定出影响空心圆柱体中周向导波传播和频散的几何性质因素为表征管道弯曲程度的形状系数n，其值为内、外径之比(n=r/R)。但是目前对周向导波检测技术的研究主要集中于薄壁管道，而厚壁管道的周向导波检测研究尚没有相关报道。