新型無損檢測(cè)技術(shù)在壓力管道檢測(cè)中的應(yīng)用

叢雪明

摘 要：以超聲導(dǎo)波，聲發(fā)射以及漏磁技術(shù)三種新型無損檢測(cè)技術(shù)在壓力管道檢測(cè)中的應(yīng)用，并分析其中技術(shù)的不足及未來的研究方向。

關(guān)鍵詞：超聲導(dǎo)波； 聲發(fā)射； 無損檢測(cè)； 壓力管道

壓力管道屬于當(dāng)下使用最為廣泛的特種設(shè)備之一，在各類工礦企業(yè)特別是石化及能源行業(yè)。壓力管道在運(yùn)行中的安全性直接關(guān)乎到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全以及社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于壓力管道在運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生很高的壓力，而且使用介質(zhì)也多為有毒、可燃，亦或是腐蝕性極高的特點(diǎn)，故而在使用過程中極易出現(xiàn)裂紋、腐蝕坑等問題缺陷。從斷裂力學(xué)的角度來說，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些微小缺陷，一旦缺陷擴(kuò)展后就會(huì)直接導(dǎo)致管道無法挽回的損壞，繼而影響壓力管道的安全使用。因此，提高壓力管道檢驗(yàn)檢測(cè)時(shí)缺陷的發(fā)現(xiàn)率成為當(dāng)下最為關(guān)注的問題。隨著無損檢測(cè)技術(shù)的不斷精進(jìn)，越來越多的新型無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用在壓力管道的檢驗(yàn)檢測(cè)中逐一運(yùn)行，這也在一定程度上提高了壓力管道檢測(cè)安全的時(shí)效性和可靠性。

一、新型無損檢測(cè)技術(shù)簡述

（1）超聲導(dǎo)波技術(shù)

導(dǎo)波屬于超聲波的一種，是能夠在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播的超聲波。導(dǎo)波具有頻散的特性，經(jīng)過一次激發(fā)后的導(dǎo)波在不同的材料以及不同的幾何形狀中傳播時(shí)其頻率和群速度具有特定性的聯(lián)系。如果在工件狀態(tài)下出現(xiàn)某些缺陷時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之發(fā)生一定的變化，而此時(shí)接收到的導(dǎo)波回波也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。此時(shí)就可以通過對(duì)缺陷波形的信號(hào)分析，繼而對(duì)缺陷進(jìn)行判斷和定位。目前最常使用的導(dǎo)波檢測(cè)主要是利用單一的L（0，2）模態(tài)的導(dǎo)波，這一模態(tài)導(dǎo)波在管線中傳播時(shí)，具有衰減小、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，與常規(guī)的脈沖相比，利用中差法超聲波逐點(diǎn)檢測(cè)的方法，其導(dǎo)波檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)長距離檢測(cè)，不僅可以檢測(cè)發(fā)現(xiàn)焊接接頭的內(nèi)部缺陷，還能檢測(cè)出管內(nèi)表面以及材料內(nèi)部及外表面的缺陷。它的最大特點(diǎn)就是能對(duì)管內(nèi)大面積腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行高速化的檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的問題。國外的導(dǎo)波技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)得到普遍流行并得到了進(jìn)一步地商業(yè)化，象英國的很多公司現(xiàn)在已有成熟設(shè)備在進(jìn)行出售。相比之下，國內(nèi)導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)研究的起步較晚，但是發(fā)展也較為迅速，現(xiàn)在已經(jīng)有多家研究機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室仿真試驗(yàn)，研究的重點(diǎn)主要在于多模態(tài)導(dǎo)波的激勵(lì)與接收，以及導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備的成型和缺陷波形的分析處理，現(xiàn)已初具成效。

（2）聲發(fā)射

聲發(fā)射是指固體材料或構(gòu)件在受到外力因素的過程中而發(fā)生了一定的塑性變形繼而產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，此時(shí)儲(chǔ)存的應(yīng)變能斷就會(huì)持續(xù)地釋放并發(fā)射出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象。這種利用接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)能夠可以對(duì)材料的性能進(jìn)行評(píng)定或監(jiān)測(cè)構(gòu)件的破壞過程從而對(duì)設(shè)備的損傷處進(jìn)行檢查。這種被檢管道工具中存在活動(dòng)性的缺陷，在外加應(yīng)力的作用下能夠從缺陷處釋放出的彈性波，當(dāng)其被置于工件表面的傳感器接收后會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的放大處理，此時(shí)就可以通過波形分析來確定缺陷的性質(zhì)。聲發(fā)射檢測(cè)往往屬于動(dòng)力學(xué)檢驗(yàn)范疇，對(duì)線性缺陷及其敏感，它能夠獲取缺陷的連續(xù)信息從而實(shí)現(xiàn)管線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有極高的時(shí)效性。

（3）磁記憶檢測(cè)

磁記憶檢測(cè)技術(shù)主要是以傳統(tǒng)的磁粉檢測(cè)技術(shù)上為基礎(chǔ)，繼而發(fā)展起的一門針對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行無損檢測(cè)方法，也被稱為漏磁檢測(cè)技術(shù)，它是在20世紀(jì)90年代由俄羅斯科學(xué)家提出。其工作原理主要為，在地磁場(chǎng)中的鐵磁性材料的磁性能在應(yīng)力集中區(qū)和形狀突變區(qū)能夠產(chǎn)生永久性變化，具有一定的磁記憶性，這會(huì)導(dǎo)致金屬構(gòu)件的表面磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他區(qū)域，從而形成漏磁場(chǎng)，而通過對(duì)漏磁場(chǎng)的檢測(cè)，就可以確定被檢設(shè)備的應(yīng)力集中區(qū)和形狀突變區(qū)。與傳統(tǒng)的磁粉檢測(cè)技術(shù)相比，金屬磁記憶檢測(cè)免去了外加磁場(chǎng)的步驟，設(shè)備便攜性強(qiáng)，能夠?qū)θ毕莺蛻?yīng)力集中區(qū)進(jìn)行快速的篩查。

二、新型無損檢測(cè)技術(shù)在壓力管道檢驗(yàn)中的應(yīng)用

目前石油化工企業(yè)的壓力管道進(jìn)行定期檢驗(yàn)十分必要，常規(guī)的無損檢測(cè)方法很難做到在線監(jiān)測(cè)以及壽命評(píng)估。而上述三種新型的無損檢測(cè)技術(shù)完全可實(shí)現(xiàn)早期診斷和在線檢測(cè)。特別是在電力和石化行業(yè)，可在不停機(jī)的情況下利用磁記憶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)的早期診斷，從而找出應(yīng)力集中部位作為重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)，同時(shí)也可以配合聲發(fā)射技術(shù)查找活動(dòng)性缺陷，進(jìn)一步地尋找泄漏點(diǎn)。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)同樣可以應(yīng)用于地下埋管的泄漏檢測(cè)。特別是超聲導(dǎo)波檢測(cè)對(duì)長管線的缺陷篩查具有明顯的優(yōu)勢(shì)，從理論上來說，能夠?qū)芸展芫€進(jìn)行長達(dá)幾百米的檢測(cè)，這大大縮小了檢驗(yàn)范圍，提高了缺陷的檢出率。

目前的對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的研究重點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：第一，對(duì)導(dǎo)波模態(tài)的研究，主要是為了尋找不同模態(tài)導(dǎo)波對(duì)不同類缺陷的敏感范圍。第二，信號(hào)分析，在去躁的環(huán)境下對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行特征分析，從而準(zhǔn)確的找出缺陷信號(hào)。第三，建立缺陷信號(hào)數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)記錄整理，從而可以完善相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

三、結(jié)論

綜上所述，新型無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提高了壓力管道檢驗(yàn)的效率，減少成本，同時(shí)也成為了在役管線在線診斷和壽命評(píng)估的重要手段。但是目前還存在一些問題：一方面很多技術(shù)目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未形成能夠進(jìn)行廣泛普及的商業(yè)設(shè)備；另一方面是相關(guān)配套的檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)還未有明確規(guī)定，需要經(jīng)歷一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制度化的過程。因此要將這些檢測(cè)技術(shù)在壓力管道中進(jìn)行廣泛應(yīng)用還需要在以下幾個(gè)方面展開重點(diǎn)研究。如健全缺陷信號(hào)數(shù)據(jù)庫，提高無損檢測(cè)技術(shù)信號(hào)處理能力，保證檢測(cè)的有效性和及時(shí)性，同時(shí)也需要完善相關(guān)規(guī)定，進(jìn)一步推廣新型無損檢測(cè)技術(shù)在壓力管線中的運(yùn)用。

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