基于权值差除法的MsS超声导波管道检测试验研究

　　1　前言

　　压力容器在石油化工行业中广泛使用,压力容器间通过管道连接,用来输送油、气、水等流体物质,管壁的减薄或腐蚀容易引起管路泄漏和爆炸事故,有效的管道腐蚀缺陷检测技术对于保障压力容器正常运转意义重大。传统的无损检测技术难以适合长距离管道检测任务,超声导波具有传播距离远、检测速度快的特点,使得超声导波技术在压力容器长连接管道检测中得到越来越广泛地应用。目前国际上先进的超声导波检测设备主要有英国PI公司的Teletest和英国GuidedWave公司的Wavemaker G3系统以及美国西南研究院的MsSR3030系统,前两者基于压电效应激励和接收超声导波,而只有MsSR3030系统是基于磁致伸缩效应来激励和接收超声导波,可用于管道和板类结构的缺陷检测。

　　基于磁致伸缩效应的超声导波技术在长距离管道腐蚀和周向裂纹缺陷检测中应用广泛。其具有检测距离远,检测精度高和磁致伸缩传感器(Magne-tostrictive Sensor, MsS)安装简单且不受管道直径限制等优点^{[1, 2]。}文中利用MsSR3030系统,采用MsS-3064型磁致伸缩传感器对一段涂有防腐漆层,带外包覆层的实验管道试样进行检测,对检测信号的分析表明超声导波在管道中传播速度的变化将降低MsS-3064型传感器的方向控制水平,导致接收信号中包含大量异向检测信号。为消除异向检测信号,提出了一种有效的正反信号权值差除法用于信号处理。

　　2　MsS超声导波技术

　　当超声波在诸如板和管道等介质中传播时,将会在界面来回反射,产生复杂的波型转换以及波形耦合。这种经介质边界制导传播的超声波称为超声导波。管道中超声导波可沿周向传播,称其为周向导波,也可沿轴向传播,分别称为纵向模态L(0,m)、弯曲模态F(n,m )和扭转模态T(0, n^)[3]。与纵向模态相比,扭转模态径向位移和轴向位移均为0,而切向位移不为0,这为扭转模态用于管道周向和轴向等不同类型缺陷检测提供了理论依据,扭转模态中T(0, 1)模态超声导波在无包覆层单层弹性管道中无频散,用于管道检测时与管道尺寸无关且不受管道外包覆层和管内非粘性流体介质的影响[^{4, 5],}适合于实际管道的检测。磁致伸缩效应是指铁磁性材料受磁场作用时,它的尺寸大小、形状会发生变化的效应;磁致伸缩逆效应是指当铁磁物体在原有恒定磁场作用下,同时受外力作用发生形变瞬间会引起内部磁场发生变化的效应^[6]。

　　H.Kwun等[^{7, 8]}利用磁致伸缩传感器激励超声导波应用于长距离管道检测。在此利用基于MsS超声导波技术的管道检测系统MsSR3030激励频率64 kHz的T(0, 1)模态用于管道检测。