金属管道超声波无损检测方法的研究

金属管道超声波无损检测方法的研究
摘要:金属管理属于工业生产内的关键设备，通过定期检测管道,可确保管道
生产的安全性。

传统检测方法多是在停产情况下开展检测,这类检测方式检测速
度缓慢,检测流程复杂,虽说精度高,但无法满足新经济形态生产要求。

通过开展
超声波无损检测应用，可在开展检测的同时，实现不停机操作。

通过检测设备，
能够快速、精准的检测金属管道损伤，能够知晓测量材料的劣化度。

基于此。

本
文开展超声波无损检测方式研究，分析其在金属管道检测内的应用价值，以供参考。

关键词：超声波；无损检测技术；金属管道
引言：当前工业上应用较多的无损检测技术为超声波检测技术，其在实际应
用中，可不破坏工件、原料，有效开展工件表面、内部检测，从而判断其是否符
合质量标准，确保检测质量[1]。

结合超声波在工件超声波检测内出现的反射、折射、透射和散射等现象,以此来对工件中的缺陷进行检测和判定。

1超声波探伤的运行方式和操作技术
在进行配件焊接质量检测期间，借助超声波原理，可通过设置不同频率声波，实现不同位置检测。

检测位置反弹回来的声波，通过接收不同振动信号声波，能
够结合声学原理，精准判断附件结构，分析其是否存在质量问题。

在监测阶段，
压电片会及时将超声波发出，在超声波作用下，附件自身结构缺陷会形成反射波，且在检测设备上，反射波以脉冲形式呈现。

此时，检验人员能够结合脉冲波形，
及时确定附件位置与附件规格。

当前我国超声波开发与检测阶段，大致可划分为四大类型：第一，渗透法。

通过设备发出的脉冲波，形成持续性的传播信号，并将信号作用在附件上，贡工
作人员结合能量（附件转换传播信号的产物）变化，可确定附件内的缺陷，并获
取其缺陷规格，确定缺陷位置。

借助穿透法开展附件检测，在设备与附件上各放
置1个探头，前者为信号发射设备，后者为信号接收设备[2]。

第二，脉冲反射法，
工作人员通过发射波，可及时检测附件缺陷，整个检测过程开展基于缺陷回波法
基础上开展，借助仪器设备快可及时获取相关信息。

第三，共振法。

借助这一方
法能够在附件内形成声波，当声波的半波长高于配件厚度，且为整倍数时，仪器
设备会显示信号共振频率，可确定配件缺陷位置，判断配件缺陷规格。

第四，TOFD法。

这一方法应用期间，工作人员借助多个探头，能够创设有效检测环境，
在此环境内。

若附件结构存在缺陷，会产生反射波与绕射波。

通过计算反射时间，结合三角方程原理，能够确定附件内缺陷位置与缺陷规格。

当前，就飞机检测，
多选择的是脉冲发射法。

2超声检测优缺点
与其他无损检测技术相对比，超声波检测技术的应用优势主要包括：就复合
材料、金属与非金属材料。

无损检测法的熔透性较强，适用于大厚度工件内部范
围缺陷检测。

就金属材料，检测厚度为1-2mm薄壁棺材、板材，可精准定位缺陷
位置[3]。

区域内的缺陷检出率较高，即便是工件内部的缺陷尺寸较小，也可实现
精准检测。

这一检测技术应用具有低成本、快速度与设备轻便等特点，且使用期
间对人体与环境无害，使用便捷。

超声检测技术使用也存在一定的局限性，就不规则形状，或者是复杂形状工
件检测期间，超声检测难度较大，且对缺陷位置、形状、方位等检测结果产生影响，对工件材质、晶粒尺寸影响较大，无法确保检测精准性。

3超声波检测技术条件的选择
3.1超声波探头的选择
探针频率和晶圆尺寸是影响缺陷检出率的关键因素。

至于探头频率,频率与
最小缺陷尺寸有直接关系,超声速度、频率、波长三者之间的关系如下:
对于给定的测试材料,还给出了其内部超声波的声速。

频率f越大,其波长越小,超声检测能发现的最小缺陷约为λ/2。

因此,从寻找最小缺陷的角度出发,应
选择尽可能高的超声波频率。

探针晶圆尺寸的选择，严格贯彻NB/T47013.3—2015要求[4]，落实《压力设备无损检测》的规则，将探针直径控制在≤40mm以内。

针对方形晶圆，所有边长均在≤40 mm以上。

晶圆尺寸对超声波检测影响主要表现为半扩散角、近场面积长度。

晶片尺寸与对应半扩散角成反比，前者越大，后者越小，近场长度、晶片尺寸关系式：
3.2耦合剂的选择
探针、工件应用耦合剂，主要是为保护异质界面，确保其蕴含足够的声透射率。

若探头与检测面存在空气薄层，在传输阶段超声波会反射到空气界面上探头块，无法将检测到的工件内部超声波回波消息接收到专业系统内。

若材料的耦合性较好，则可填充探头、检测面之间的间隙，及时将超声波传输到工件上。

若工件出现反射信号，探头就会接收信号，从而可以通过超声波检测缺陷。

除为信号传输提供稳定路径之外，其偶联剂也发挥着润滑作用。

由于偶联剂的存在,为减少探头与工件摩擦，应当避免工件对探头表面产生磨损工作，确保探头可方便移动。

其功能可概括为:(1)为探头、工件超声信号传输提供稳定路径，确保传输效率与质量；(2)通过耦合剂的声阻抗性能，可将界面声能损失降低，确保较多声能可达到工件检测；(3)润滑作用，以此将探头磨损率减少，减少摩擦阻力影响。

4超声波无损检测技术方案的设计
4.1超声波无损检测工作原理
超声波技术属于一项综合性较强的技术，结合了物理、电子、材料与力学，涉及超声产生、传输和接收[5]。

当纵波从一定角度进入第二固体介质界面时，不仅包含横波折射、反射，且也有纵波的反射和折射。

各种波形都符合波的反射和折射规律。

超声波的传播速度,声速=。

超声波在气体和液体中没有横波,只能传播纵波。

其传播速度为
式中K属于介质体积弹性模量，属于体积压缩系数、绝热压缩系数的倒数；p为介质密度。

在气体内声速为344m/s，液体内声速为900-199m/s。

在固体介质内，超声波横波声速、纵波声速与表面波声速计算式如下：
公式内，E为固体介质杨氏模型量，为固体介质的泊松比，G为固体介质剪切弹性模量，p为介质密度。

固定介质介于0.2-0.5区间内，一般认为c横≈c 纵/2。

在常规探测频率上，材料衰减系数在一或几百不等范围内。

若衰减系数为
1dB/mm，声波穿透为1mm，衰减则为1dB，衰减率为10.0%；当声波穿透20毫米时,衰减数为20dB，衰减率为90.0%。

4.2系统检测方案的设计
系统选择的是整体检测方案，系统控制核心为微处理器，设计阶段选择的是STM32F103微处理器，稳压电路为ASM1117集成稳压电路，其功耗更低；传感器选择的是超声波型，其结构为接收分离、发射分离两种。

5超声波无损检测结果的分析
如下图1所示，将测量结果实时处理，可获得三维可视化图形，发现检测结果与真实情况一致性较高。

超声波检测，测量精度较高，即便是管道测量裂纹为1mm，也可精准检测。

图1 金属管道模检测三维可视化测量结果
结束语：综上所述，通过对超声波无损检测技术的工作原理和工作方式的研究，可以看出超声波检测对于提高缺陷检出率，保证设备安全具有重要的意义。

参考文献：
[1]康文刚.超声波无损检测技术在桩基工程中的应用[J].交通世
界,2020,{4}(30):21-22.
[2]龚俊.超声波无损检测技术在武冈市饮水工程中的应用分析[J].湖南水利水电,2020,{4}(05):94-95+98.。