超声导波技术在压力管道缺陷检测中应用的局限性

唐董海

（上海市特种设备监督检验技术研究院)

超声导波技术在压力管道缺陷检测中应用的局限性

唐董海*

（上海市特种设备监督检验技术研究院)

超声导波检测技术是一种新型的长距离、快速检测手段。对影响超声导波检测结果的诸多因素进行了分析。在管线运行的状态下，利用MsS导波技术可以进行长距离管壁腐蚀等缺陷的检测。但该技术无法定量给出缺陷的形状、大小和性质，且具有诸多局限性，因而该技术的应用宜结合其他无损检测方法进行复验确认。

超声导波 缺陷检测 压力管道 应用 局限性

0 前言

目前，上海在役和在建的压力管道长达数万公里，其中部分压力管道工作在高温高压或埋地状态。而高温高压状态下的管道一旦发生事故，后果是极其严重的。虽然现有的检测技术能够实现管道防腐层或保温层破损等部分缺陷的检测，但是尚不能实现管道不去除保温层 （防腐层）在线检测。因此，如何在高温高压或埋地状态下检测压力管道的腐蚀缺陷，是检测技术领域亟须解决的技术难题。

超声导波检测技术是一种新型的长距离、快速检测手段，对状态良好的架空管道检测距离可达100 m以上。此外，基于磁致伸缩效应的超声导波检测技术适用温度理论上可高达传感器材料的居里温度，满足高温高压管线在线检测需求[1]。利用基于磁致伸缩效应的超声导波技术进行高温高压或埋地状态下管道腐蚀缺陷检测的试验研究已经开展了好多年。

本文对影响超声导波检测结果的诸多因素进行了分析。在管线运行的状态下，利用MsS导波技术可以进行长距离管壁腐蚀等缺陷的检测。但该技术无法定量给出缺陷的形状、大小和性质，且具有诸多局限性，因而该技术的应用宜结合其他无损检测方法进行复验确认。为此，本文主要是结合应用中存在的问题探讨超声导波技术在检测应用中的局限性。

1 超声导波检测原理及设备性能

MsSR3030R是基于铁磁性材料的磁致伸缩效应及其逆效应的超声导波检测系统。磁致伸缩效应是指铁磁性材料由于外加磁场的变化，其物理长度和体积相应发生微小变化的现象；而磁致伸缩逆效应是指外加作用载荷导致铁磁性材料的磁畴按照一定方向运动，引起材料的磁化状态发生变化的现象。由材料磁致伸缩效应所产生的机械波，能沿着结构件有限的边界传播并被构件边界形状所约束、所导向，因而称为MsS超声导波。MsS技术可以激发纵波、扭力波、弯曲波、Lamb波等多种模态形式的导波。只要正确选择导波模式和频率，并控制其传播方向，导波就可以从其传感器位置沿着构件快速传播，瞬间即可完成对管道本体的100%体积扫描检测。

2 检测局限性分析

由于基于铁磁性材料的磁致伸缩效应及其逆效应的超声导波检测系统的工作温度理论上可达到传感器 （或被检工件）的居里温度，故许多相关文献均介绍了MsS超声导波技术在高温管道检测中应用的各种优势，本文在此不再赘述，仅对该技术的局限性做如下讨论。

（1）信息反映的可能是局部金属缺损量，只是对达到一定当量的声波反射进行分析，无法对管道的某一部位进行缺陷精确定量，不能测量管道的真实残余壁厚或最小壁厚。

（2）信息反映的是导波 （此处为管道圆柱壳-管壁）的反射情况，由于导波波长大大小于声波的传播距离，局部金属缺损处的相位无法确定，因而不能区分管道内外壁损伤。

（3）以A型显示非检波信号处理方式为基础，获取的主要是声波传播时间和回波幅度信息，不能确定缺陷的形状和尺寸。

（4）考虑到传播距离的影响，一般采用较低频率的导波进行检测，故不能检出独立的小的凹坑或穿孔，较为可靠的横截面精度为5%左右。提高检测频率虽然可以改善检测精度，但是大幅下降了检测距离。

（5）由于采用的检测频率较低，盲区较大，空间分辨力较低。当检测频率为32 kHz时，盲区达350 mm，空间分辨力为180 mm，定位误差较大，且无法确定缺陷的环向位置。

（6）采用的检测机理是脉冲反射式，因而可以检出理想的横向反射面上的缺陷，一般对横向裂纹、环焊缝未熔合、未焊透的检出率较高，纵向裂纹自身高度不超过壁厚的70%很难被检出。

（7）管道的几何特征对检测的影响很大。法兰、阀门、 T形接头会导致导波传播的重大中断，将致使检测范围止于该处。弯管的弯曲半径小于管道直径的3倍或经过锐角弯头时会使回波信号大幅下降甚至淹没。

（8）管道上的分支管线、夹具或其他附加物会造成该处产生反射回波信号，易与缺陷回波混淆，产生误判。

（9）采用黏滞性材料 （如沥青、3层PE等）做防腐层或绝缘层时，由于导波衰减会造成检测范围大幅下降。

（10）采用纵波进行检测时，管道内的液体介质会吸收导波能量，造成检测距离下降。

（11）对于埋地管道而言，包覆管道的土壤会大大增加导波的衰减。实验表明，土壤中埋深1 m的管道，导波检测距离不大于10 m。

3 结束语

本文重点介绍了基于磁致伸缩效应的超声导波技术，以及该技术对高温高压或埋地状态运行的管道检测的应用特点，重点对影响检测结果的诸多因素进行了分析。

利用MsS导波技术可以对在役管线进行长距离管壁腐蚀等缺陷的检测。但是该技术无法定量给出缺陷的形状、大小和性质，具有许多局限性，且在线检测的结果又难以在同样状态下利用其它检测技术对其进行验证。因此，应用该技术时还应结合其他无损检测方法进行复验确认。

[1]吴斌，刘秀成，辛军，等.基于权值差除法的MsS超声导波管道检测试验研究 [J].压力容器，2010,27 (1)： 12-16.

Application Limitation of Ultrasonic Guided Wave Technology in Defects Inspection of Pressure Pipeline

Tang Donghai

Ultrasonic guided wave testing technique is a new,rapid and long range detection method.The paper analyzes the factors affecting the test results.In the state of pipeline running,MsS guided wave technology can be used for long distance pipe wall defects inspection such as corrosion inspection.However,the technology can not quantify the shape,size and nature of the defects,and has many limitations.Therefore,the application of this technology should be combined with other non-destructive inspection methods for re-inspecting and validation.

Ultrasonic guided waves;Defect inspection;Pressure pipeline;Application;Limitation

TQ 055.8+1

2013-06-06）

*唐董海，女，1982年生，助理工程师。上海市，200333。