超聲導波是機械波在空間有限的介質(zhì)內多次往復反射并進(jìn)一步產(chǎn)生復雜的疊加干涉以及幾何彌散形成的。其用于長(cháng)輸管道檢測中，常常將傳感器沿外壁均勻布置一周，用陣列形式激勵出一束超聲能量脈沖，并通過(guò)不同的加載方式激勵出不同的導波模態(tài)。超聲能量脈沖充斥著(zhù)管道整個(gè)圓周方向和整個(gè)管壁厚度并向遠處傳播，遇到缺陷時(shí)會(huì )在缺陷處返回一定比例的反射波，探頭陣列接收反射波信號并進(jìn)行波形轉換，進(jìn)而識別和判斷缺陷位置和大小。導波檢測原理如圖所示。

超聲導波檢測原理示意圖

在現場(chǎng)應用中，受管道中導波的多模態(tài)特性和模態(tài)轉換、導波與管道狀態(tài)及管道中的不同缺陷或損傷相互作用等影響，回波往往呈現出不同的特征，這大大增加了導波信號的分析難度。目前，常用的超聲導波激勵和接收方式有壓電式、電磁式和脈沖激光式3種。管道檢測中沿管道軸向傳播的超聲導波模態(tài)主要有縱向模態(tài)、扭轉模態(tài)和彎曲模態(tài)，目前使用較多的是扭轉模態(tài)。導波的頻散現象和多模態(tài)特性使得導波能以多種波結構和加載方式實(shí)現長(cháng)距離、大范圍的管道缺陷檢測。

利用電磁式導波檢測設備，調節探頭頻率和設備的發(fā)射功率，通過(guò)對多種規格、多類(lèi)缺陷的無(wú)縫鋼管進(jìn)行實(shí)驗，收集波形并分析發(fā)現，發(fā)射頻率越高，缺陷波峰越尖銳，分辨率越高，但隨著(zhù)頻率的繼續增大，傳播能量衰減增大，信號波幅反而減弱。此外，信號波幅與設備的發(fā)射功率大小成正相關(guān)，但是設備發(fā)射功率增大的同時(shí)，信噪比反而降低，不利于特征信號與雜波信號的識別和判斷。

超聲導波檢測技術(shù)能夠進(jìn)行缺陷快速篩查，并對缺陷嚴重程度進(jìn)行初步分級。但是多重缺陷會(huì )造成超聲導波產(chǎn)生疊加效應，且對于存在多種形貌特征的管段，極易出現波形轉換與能量損失。目前超聲導波檢測技術(shù)還無(wú)法精確定量缺陷的尺寸，因此在使用超聲導波檢測管道時(shí)，主要作為識別懷疑區的快速檢測手段，如需準確定位和定量缺陷，還需要借助于其他無(wú)損檢測手段進(jìn)行精確的檢測與分析判斷。

與傳統的管道超聲檢測技術(shù)需逐點(diǎn)檢測、需拆除管道外部包裹物和打磨出金屬光澤、需開(kāi)挖埋地管道等相比，超聲導波檢測技術(shù)只需局部剝離管道包覆層，即可實(shí)現埋地管線(xiàn)不開(kāi)挖、長(cháng)距離檢測，有效提高檢測效率、降低檢測成本。

作者簡(jiǎn)介：閆朔，1993年生，碩士研究生，國家管網(wǎng)集團（徐州）管道檢驗檢測有限公司工程師，從事管道無(wú)損探傷研究工作。聯(lián)系方式：18552922729，15151988590@163.com。