超声导波技术在管道缺陷检测中的研究

摘要

管道运输业在经济建设和国防工业中发挥着越来越重要的作用.维护管道安全运行,防止管道生产事故的发生是管道工业生产和安全管理部门一项很重要的工作.管道泄漏事故一旦发生,不仅造成大量物质损失,更为严重的是有可能带来人身伤亡事故.管道缺陷检测是油气管道安全检测的重要方面.传统常规的检测方法往往费时费事,而超声导波技术由于其具有检测效率高、速度快和检测管壁整个厚度等的优势,使这项技术在长距离快速检测和管道完整性评价等方面受到无损检测领域的广泛关注. 本文对超声导波技术应用于工业管道缺陷无损检测进行了理论和实验研究. 首先,分析了国内外超声导波无损检测技术研究现状,介绍了超声导波的基本概念和原理；其次,详细推导了空心圆管中的导波理论,得出了空心圆管中柱面导波频散方程,对频散曲线进行了计算,分析了空心圆管中纵波、扭转波、弯曲波三种纵向模态导波；给出了在圆管中激励超声导波的方法,给出管道检测常用的导波模态L(0,2)和T(0,1)的激发方法；分析了管道中超声导波传播特性,包括导波的衰减特性和缺陷反射特性；在理论分析基础上,应用超声导波检测仪对管道缺陷进行检测实验,以轴对称纵向L(0,2)模态和扭转T(0,1)模态导波进行检测,实验结果与理论分析基本吻合.最后,对纵向L(0,2)模态和扭转T(0,1)模态导波检测结果进行分析,表明:纵向模态和扭转模态导波检测到了全部的焊缝等特征,对预制缺陷有回波信号,并可以较为准确的对缺陷定位；导波对周向缺陷较为敏感,证明了应用超声导波技术对工业管道进行无损检测的可行性；对两种模态的检测结果进行对比分析,前者的波形明显比后者复杂得多,表明纵向导波对所激发信号的轴对称性要求更高.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1本课题的研究背景及意义

1.2国内外对本课题的研究历史和现状

1.2.1国外研究历史和现状

1.2.2国内研究历史和现状

1.3本课题的主要研究内容

第二章超声导波基本理论

2.1导波概念

2.2群速度与相速度

2.3导波的多模态性及频散现象

2.4板中的波

2.4.1板中的Lamb波

2.4.2板中的SH波

2.4.3板中导波的激励与接收

2.5圆管中的导波

2.5.1柱面导波基本理论

2.5.2空心圆管中柱面导波模态分析

2.6本章小结

第三章超声导波应用于长距离工业管道无损检测

3.1应用超声导波进行工业管道无损检测的特点

3.2圆管中激励超声导波

3.2.1激励超声导波的传感器

3.2.2导波模态选择

3.2.3激励信号波形及频率选择

3.2.4传感器布置对导波信号的影响

3.3工业管道中导波传播特性

3.3.1导波的衰减

3.3.2导波的反射

3.4可能影响检测结果的因素

3.5本章小结

第四章实验研究

4.1实验设备组成与信号解释

4.1.1实验设备组成

4.1.2信号解释

4.2工业管道检测实验

4.2.1实验数据收集

4.2.2纵向L(0,2)模态检测

4.2.3扭转T(0，1)模态检测

4.3检测结果分析及对比

4.4管道超声导波无损检测局限性

4.5本章小结

第五章全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢