基于磁致伸缩技术的超声导波波速及最大检测长度试验

超声导波技术与传统的检测技术相比,具有检测架空和水下管道、被保温或绝热材料包覆的管道、难以接近区段的管道和运行状态下在线检测等优点,是一种高效率、低成本的检验手段,并且可以对管道管体的腐蚀状况进行初步的评价,这是其它检验手段所无法替代的。

国际上主要的导波系统有两种:一种是以压电晶片为基础的导波系统;另一种是以磁性材料的磁致伸缩效应(MsS)为基础的导波系统。笔者主要对利用磁致伸缩效应的MsSR3030系统的波速及检测长度进行试验研究。

1　磁致伸缩超声导波管道检测系统MsSR3030

MsSR3030系统是美国西南研究院开发的用于低频(5~250 kHz)导波研究和工业应用的MsS超声导波检测系统。其具有高灵敏度,可检测碳钢和合金钢,以及进行高温检测等特性。笔者利用MsSR3030系统,由磁致伸缩传感器激励出低频T(0,1)模态超声导波,对两种不同材质(不锈钢、合金钢)管道进行检测试验,研究MsSR3030系统在不同材质理想管道中的波速及检测长度的能力,并提出针对不同材质的管道必须合理选择确定波速参数及传感器安装位置,减少由于参数或安装位置选择不当而带来的对检测结果的影响,提高检测数据的可靠性及准确度。

2　磁致伸缩超声导波技术的缺陷检测

利用超声导波技术进行管道缺陷检测时,通常选择激励L (0,2)或者T(0,1)模态超声导波。导波在管道传播过程中遇到缺陷、焊缝或端部位置等产生的反射回波被传感器接收,根据反射回波可以获取管端位置等信息。

吴斌和刘增华等[1-2]利用压电晶片基于压电效应分别激励L模态和T模态超声导波,用于对充水管道的缺陷检测;宋志东[3]将L(0,2)模态和T(0,1)模态分别用于管道缺陷检测并对检测结果进行了对比分析。

Kwun等[4-5]利用铁钴合金带基于磁致伸缩效应激励L(0,2)模态和T(0,1)模态超声导波并应用于管道缺陷检测。徐书根等[6]介绍了磁致伸缩T模态导波技术检测管道缺陷的原理并利用MsSR3030系统进行了管道缺陷检测试验,但没有对不同材质的管道波速校正及检测长度进行研究。笔者分别对两根长6 m,外径108 mm,壁厚6 mm的不同材质(不锈钢、合金钢)的直管道进行试验研究。为避免缺陷所带来的信号损失,试验中采用的管道均无缺陷,以便创造比较好的管道检测理想条件,得出导波在不同材质管道中的波速校正值及检测长度估值。

3　试验

试验装置如图1所示,由MsSR3030仪器,磁致伸缩传感器和数据采集软件构成。试验过程中采用机械干耦合的方式,在安装好的铁钴合金带和排线线圈外,安装充气气垫和包覆带,以保证被检管道、铁钴合金带、排线线圈三者紧密接触。图中磁致伸缩传感器的安装位置可根据实际检测要求进行调整。