基于t模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于承壓特種設(shè)備無損檢測領(lǐng)域，涉及一種彎管超聲導(dǎo)波檢測方法，具體涉及一種基于T模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前壓力管道無損檢測方法主要是漏磁法、超聲法、渦流法、射線法、磁粉檢測法等。常規(guī)的檢測技術(shù)，缺點(diǎn)在于采用的均為逐點(diǎn)檢測的方法，即只能對傳感器對應(yīng)的部位進(jìn)行檢測。
[0003]與傳統(tǒng)的超聲檢測相比，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)有兩個主要特點(diǎn):I)導(dǎo)波可以沿管壁傳播較遠(yuǎn)的距離，根據(jù)導(dǎo)波反射回波信號找出缺陷以及具體位置。由于導(dǎo)波自身的能量衰減很小，因此可以一次性檢測較長距離;2)超聲導(dǎo)波在管壁的內(nèi)外表面和中部都有質(zhì)點(diǎn)的振動，聲場遍及整個壁厚，因此可以對管壁進(jìn)行100%檢測。
[0004]在工程實(shí)際中，常會遇到帶有彎頭的管道(即彎管)，并且在很多情況下，直管與彎頭的銜接部位往往帶有環(huán)焊縫，這樣無疑會給檢測帶來一定的困難。目前，對超聲導(dǎo)波檢測在直管中傳播特性的研究相對較多，但是對其在彎管中傳播特性的研究很少。目前，已有一些學(xué)者對彎管導(dǎo)波展開了研究，如北京工業(yè)大學(xué)何存富結(jié)合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)對彎管缺陷進(jìn)行了檢測，華東理工大學(xué)周邵萍對彎管上不同位置的裂紋缺陷進(jìn)行了檢測，但是以上研究都是基于L模態(tài)導(dǎo)波檢測，而且沒有考慮環(huán)焊縫對彎頭缺陷檢測的影響，因此在實(shí)際檢測中難以辨別出彎頭缺陷。而且現(xiàn)有的超聲導(dǎo)波檢測方法主要采用L(0，2)模態(tài)導(dǎo)波檢測，這種方法常伴隨著F模態(tài)的產(chǎn)生，從而影響缺陷的識別，檢測的準(zhǔn)度和精度低。
[0005]除此之外，導(dǎo)波信號的檢測頻率以及信號周期的選取對于導(dǎo)波檢測技術(shù)在管道中的應(yīng)用十分重要，直接影響檢測結(jié)果的好壞，尤其是針對彎管構(gòu)件，檢測頻率以及信號周期數(shù)的適用范圍更窄，而國內(nèi)外沒有關(guān)于這方面的研究，沒有給出具體的參數(shù)選取范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]使用現(xiàn)有的基于L模態(tài)導(dǎo)波檢測方法對帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管進(jìn)行缺陷檢測時，沒有考慮環(huán)焊縫對彎頭缺陷檢測的影響，難以辨別出彎頭缺陷，檢測的準(zhǔn)度和精度低；沒有給出合適的導(dǎo)波信號的檢測頻率以及信號周期，檢測結(jié)果不理想。本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于T模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法。
[0007 ]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種基于T模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法，包括以下步驟:
A.計算待檢測彎管中T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波群速度頻散曲線，得到T(0，1)模態(tài)導(dǎo)波的傳播速度V;
B.將傳感器布置在待檢測彎管的直管部位，且傳感器距離彎頭的起始部位至少1.5米；
C.調(diào)節(jié)Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的檢測頻率和信號周期； D.通過計算機(jī)控制傳感器激發(fā)調(diào)節(jié)好的T(0，1)模態(tài)導(dǎo)波，并對T(0，1)模態(tài)導(dǎo)波的反射回波?目號進(jìn)行米集；
Ε.以步驟D中采集到的反射回波信號的電壓幅值作為縱坐標(biāo)，以Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的傳播速度V與其傳播時間的乘積作為橫坐標(biāo)，得到反射回波信號的波形圖，根據(jù)反射回波信號的波形圖確定缺陷的具體位置。
[0008]由于Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波在整個頻率范圍內(nèi)幾乎不發(fā)生頻散，因此沒有轉(zhuǎn)換模態(tài)的干擾，能準(zhǔn)確檢出缺陷位置，檢測效果好。Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的群速度頻散曲線根據(jù)彎管的壁厚、外徑、密度以及泊松比求出，現(xiàn)有技術(shù)中已有群速度頻散曲線計算方法。
[0009]Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波傳播至缺陷時產(chǎn)生反射回波，通過計算機(jī)中軟件的計算，可對缺陷進(jìn)行定位。若彎管上沒有缺陷，傳感器會接收到兩個環(huán)焊縫反射回波，一個是在前環(huán)焊縫處形成的，該環(huán)焊縫位于傳感器的近端，另一個是在后環(huán)焊縫處形成的，該環(huán)焊縫位于傳感器遠(yuǎn)端;若彎管上存在缺陷，當(dāng)缺陷位于直管部位時，在兩個環(huán)焊縫反射回波之前(或之后)會出現(xiàn)缺陷反射回波；當(dāng)缺陷位于彎頭部位時，在兩個環(huán)焊縫反射回波之間會出現(xiàn)缺陷反射回波，因此，可根據(jù)缺陷反射回波以及兩個環(huán)焊縫反射回波的位置判斷缺陷是位于直管上，或位于彎頭上。如果缺陷位于直管上，可以直接定位缺陷；如果缺陷位于彎頭上，根據(jù)彎頭的彎曲半徑和彎曲角度進(jìn)行計算，確定缺陷的具體位置。
[0010]作為一種優(yōu)選方式，所述步驟C中，調(diào)節(jié)Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的檢測頻率至30kHz?50kHz，信號周期選取范圍為3?7周。
[0011]檢測采用自發(fā)自收的方式，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，對于I?5倍彎曲半徑彎管，T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的檢測頻率在30kHz?50kHz之間，信號周期選取在3?7周之間，缺陷的檢測效果最好。
[0012]本發(fā)明很好地將超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)應(yīng)用于帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷檢測，同時確定了T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波最佳的檢測頻率和信號周期數(shù)范圍，檢測快速，檢測結(jié)果準(zhǔn)確度和精確度高。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明方法所用檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中待檢測彎管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中待檢測彎管的群速度頻散曲線圖。
[0017]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例中的檢測結(jié)果。
[0018]其中，I為彎管，2為傳感器，3為前環(huán)焊縫，4為后環(huán)焊縫，5為彎頭，6為前置放大器，7為數(shù)據(jù)采集單元，8為計算機(jī)，9為信號發(fā)生器，10為功率放大器，11為缺陷。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本發(fā)明方法所用檢測裝置包括計算機(jī)8、信號發(fā)生器9、功率放大器10、數(shù)據(jù)采集單元7、前置放大器6。所述計算機(jī)8的輸出端依次通過信號發(fā)生器9、功率放大器10與傳感器2的輸入端相連，傳感器2的輸出端依次通過前置放大器6、數(shù)據(jù)采集單元7與計算機(jī)8的輸入端相連。所述計算機(jī)8用于控制信號發(fā)生器9激發(fā)出所需的T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波，功率放大器10用于對信號發(fā)生器9發(fā)出的信號進(jìn)行放大。前置放大器6用于對傳感器2輸出的反射回波信號進(jìn)行放大，并輸出至數(shù)據(jù)采集單元7進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集單元7將采集到的反射回波信號送至計算機(jī)8進(jìn)行處理，以得到反射回波信號波形圖并確定缺陷11的具體位置。
[0021]針對本發(fā)明方法，制作了一個試驗(yàn)用的彎管I，該彎管I的外徑為159mm，壁厚為
4.5mm，彎曲半徑為238.5mm(即1.5倍彎曲半徑)，彎曲角度為90°，密度為7900kg/m3，彈性模量為210GPa，泊松比為0.3，在彎頭5上加工了一個人工切槽作為缺陷11，如圖2所示。
[0022]本發(fā)明一種基于T模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法，包括以下步驟:
A.根據(jù)彎管I的壁厚、外徑、密度和泊松比計算待檢測彎管I中T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的群速度頻散曲線，由圖3可知，相對于其它模態(tài)導(dǎo)波的信號，Τ(0，1)模態(tài)導(dǎo)波群速度穩(wěn)定，在整個頻率范圍內(nèi)幾乎不發(fā)生頻散，因而導(dǎo)波本身不會影響缺陷11的檢測。Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波在40ΚΗζ處的傳播速度V為3260m/s，將V輸入計算機(jī)8;
B.將傳感器2布置在待檢測彎管I的直管部位，且傳感器2距離彎頭5的起始部位至少1.5 米；
C.調(diào)節(jié)T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的檢測頻率和信號周期;所檢測的彎管I的彎曲半徑是管道外徑的1.5倍，實(shí)驗(yàn)采用的檢測頻率為40ΚΗζ，信號周期數(shù)取5周；
D.檢測采用自發(fā)自收的方式，通過計算機(jī)8控制傳感器2激發(fā)調(diào)節(jié)好的Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波，并對τ(0，1)模態(tài)導(dǎo)波的反射回波信號進(jìn)行采集，得到檢測信號，如圖4所示；
Ε.以步驟D中采集到的反射回波信號的電壓幅值作為縱坐標(biāo)，以Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的傳播速度V和與其傳播時間的乘積作為橫坐標(biāo)，得到反射回波信號的波形圖，根據(jù)反射回波信號的波形圖確定缺陷11的具體位置。由圖4可知，與傳感器2距離2.3m處出現(xiàn)一個反射回波，該回波由前環(huán)焊縫3產(chǎn)生，缺陷11反射回波位于前環(huán)焊縫3反射回波與后環(huán)焊縫4反射回波之間，說明彎頭5部位有缺陷11存在，再根據(jù)圖4所示的檢測結(jié)果和彎管I的外徑、彎曲半徑和彎曲角度即可確定缺陷11的具體位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于T模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法，其特征在于，包括以下步驟: A.計算待檢測彎管(I)中T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波群速度頻散曲線，得到T(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的傳播速度V; B.將傳感器(2)布置在待檢測彎管(I)的直管部位，且傳感器(2)距離彎頭(5)的起始部位至少1.5米； C.調(diào)節(jié)Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的檢測頻率和信號周期； D.通過計算機(jī)(8)控制傳感器(2)激發(fā)調(diào)節(jié)好的Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波，并對Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的反射回波信號進(jìn)行采集； Ε.以步驟D中采集到的反射回波信號的電壓幅值作為縱坐標(biāo)，以Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的傳播速度V與其傳播時間的乘積作為橫坐標(biāo)，得到反射回波信號的波形圖，根據(jù)反射回波信號的波形圖確定缺陷(11)的具體位置。2.如權(quán)利要求1所述的基于T模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法，其特征在于，所述步驟C中，調(diào)節(jié)Τ(0，I)模態(tài)導(dǎo)波的檢測頻率至30kHz?50kHz，信號周期選取范圍為3?7周。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于T模態(tài)導(dǎo)波檢測帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷的方法，包括以下步驟：A.計算待檢測彎管中T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波群速度頻散曲線，得到T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波的傳播速度V；B.將傳感器布置在待檢測彎管的直管部位，且傳感器距離彎頭的起始部位至少1.5米；C.調(diào)節(jié)T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波的檢測頻率和信號周期；D.通過計算機(jī)控制傳感器激發(fā)調(diào)節(jié)好的T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波，并對T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波的反射回波信號進(jìn)行采集；E.得到反射回波信號的波形圖，根據(jù)反射回波信號的波形圖確定缺陷的具體位置。本發(fā)明很好地將超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)應(yīng)用于帶環(huán)焊縫小彎曲半徑彎管缺陷檢測，確定了T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波最佳的檢測頻率和信號周期數(shù)范圍，檢測快速，檢測結(jié)果準(zhǔn)確度和精確度高。
【IPC分類】G01N29/04
【公開號】CN105548356
【申請?zhí)枴緾N201510910059
【發(fā)明人】羅更生
【申請人】羅更生
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月10日