导波

概述

最常见的超声波检测技术涉及使用体波,其中结构的边界只是反射器,不会从根本上改变传播模式。体波只有两种模式:纵向波和剪切,通常用于检查传感器附近的区域。

另一方面,导波(GW)测试是一种超声波通过结构边界传播的技术,这些边界会主动影响传播模式。与体积波不同,给定结构上可能有数百种具有不同速度和频率的导波模式。模式的数量成倍地增加了分析的复杂性,但也为UT的无数新应用打开了大门。

导波
图 1:导波


由于结构的边界允许超声波在几乎没有能量损失的情况下长距离传播,因此导波最常见的应用之一是从单个检查点覆盖大范围的材料。根据所覆盖的距离,这些应用通常被称为远距离超声 (LRUT) 和中程超声 (MRUT)。根据这种分类,短程超声波专门用于体波技术(正向光束、角度光束),因为它们通常用于检查探头正下方或附近的区域。

远程超声波探测器 (LRUT)


长距离超声波(LRUT)是指使用放置在结构周围的换能器环使用导波来检查空心圆柱结构,例如管道和管道。管道几何结构中包含的来自不同换能器的所有光束相互作用,形成统一的波锋,填充管道的几何形状并允许长距离传播。根据管道材料和界面边界条件(例如管道涂层、周围的土壤/水泥、管道内的液体或固体),LRUT 环可用于检查环前后最长约 300 英尺(100 米)处进行检测。

两种可用的商用 LRUT 环是压电和磁致伸缩 EMAT。对于压电系统,传感器通过压力耦合或粘在管道上。在磁致伸缩电磁超声系统上,由FeCo或类似材料制成的高磁致伸缩薄带也会在管道上进行压力耦合或胶带/粘合,并在顶部放置EMAT线圈以在条带上产生超声波,然后将其耦合到组件中。

中程超声波探测器 (MRUT)

中程超声波(MRUT)是过去十年中引入的一个术语,用于区分体波(短程)超声技术和LRUT。MRUT 使用 Lamb 或 Shear Horizonal 模式,可用于检查管道和管道,以及板材/储罐和其他非圆形结构。虽然 LRUT 需要对多模态管状模态(弯曲、纵向和扭转)进行复杂的分析,但 MRUT 使用更易于计算和解释的单传感器导波公式。MRUT 覆盖的距离因传感器孔径和管道直径而异,但由于光束扩散,管道的最大覆盖范围约为 9 英尺(2.7 m),板和储罐的最大覆盖范围约为 16 英尺(5 m)。除了更易于解释外,MRUT相对于LRUT的主要优势是死区更小(通常小于50mm,LRUT为1至2米),以及更高的分辨率和缺陷检测能力,可以比LRUT高出一个数量级。

就可用导波检测的最大厚度而言,理论上没有限制,但出于实际目的,该极限通常设置为1英寸(25 mm)左右。厚度也可达到 1.5 英寸(37 毫米),但是多种模式的存在会使解释变得困难。



洛伦兹力与磁致伸缩

可以使用两种方法生成 EMAT 导波中的超声波:

  • 使用洛伦兹力的导波
  • 采用磁致伸缩技术的导波

使用洛伦兹力的导波

正如下文所解释的那样 EMAT 技术 部分,对于具有洛伦兹力的导波,超声波被感应到测试对象中,EMAT 传感器内有两个相互作用的磁场。由电线圈产生的相对较高的频率(RF)场与磁体产生的低频或静态场相互作用,以类似于电动机的方式产生洛伦兹力。

这种干扰被转移到材料的晶格中,产生弹性波。在倒数过程中,存在磁场时弹性波的相互作用会在接收电磁超声波线圈电路中感应电流。

使用洛伦兹力产生超声波
图 2:使用洛伦兹力产生超声波


使用洛伦兹力的技术(例如MRUT-Lamb技术)要求传感器靠近零件,但可以承受某些由涂层或污染引起的脱落。尽管它随频率而变化,但MRUT-Lamb技术通常可以处理高达3mm的升空。

采用磁致伸缩技术的导波

Innerspec的专利导波使用磁致伸缩方法产生超声波,需要在被检查的零件上粘贴磁致伸缩条(由FeCo制成)。该条带可以通过压力耦合或用胶带粘贴/粘在被检查的零件上。

使用磁致伸缩传感器,检查员将使用永磁体滑动磁致伸缩条(朝传感器的检查方向)。此动作会在条带上产生偏置磁场。偏置磁场和传感器线圈内切向电流引起的动态场之间的相互作用会在条带上产生磁致伸缩应变。反过来,这种应变在磁致伸缩条带中诱发超声波,然后将其转移到被检查材料的晶格中。

使用磁致伸缩技术生成超声波
图 3:使用磁致伸缩技术生成超声波


磁致伸缩技术(例如带有横向横向横向波模式的 MRUT 技术)要求将条带应用于基础材料。该材料可以涂有油漆或环氧树脂,只要它坚硬且牢固地粘附在零件上。一旦将条带正确涂覆到管道上,涂层的厚度就无关紧要了。

mrut-Lamb

MRUT-Lamb 技术是一种导波技术,它使用 Lamb 波来生成超声波扫描。Lamb 波浪由 EMAT 洛伦兹力产生。MRUT-Lamb 技术可用于两种不同的配置:

  • 脉冲回波模式:单个传感器传输和接收超声波信号。该传感器将检测材料上缺陷产生的反射。
  • Pitch-Catch 模式:两个传感器配置——一个传感器传输,另一个接收超声波信号。材料上的缺陷将导致飞行时间 (TOF) 偏移和振幅降低。
mrut-Lamb — 使用脉冲回波模式进行检测
图 4:mrut-Lamb — 使用脉冲回波模式进行检测


mrut-Lamb — 使用 Pitch-Catch 模式进行检查
图 5:mrut-Lamb — 使用 Pitch-Catch 模式进行检查


mrut-Lamb 技术的特点:
• 范围 | 传感器两侧最多可达 5 英尺。
• 扫描速度 | 最高每秒 1 英寸。
• 涂层 | 可检测高达 0.125 英寸(3.0 毫米)的涂层。

MRUT-SH

MRUT-SH 技术是一种导波技术,它使用水平横向切变 (SH) 波来生成超声波扫描。SH 波是使用磁致伸缩带(MS Strip)通过磁致伸缩力(MS Strip)产生的。由于一个传感器同时用于发射器和接收器(即脉冲回波模式),因此该传感器将检测材料上缺陷产生的反射。

MRUT-SH — 使用脉冲回波模式进行检测
图 6:MRUT-SH — 使用脉冲回波模式进行检测


与 MRUT-Lamb 技术相比,MRUT-SH 技术的振幅增加了 30 到 40 dB。

MRUT-SH 技术的特点:
• 范围 | 传感器两侧最多可达 3 米(约 10 英尺)。
• 扫描速度 | 最高每秒 1 英寸。
• 涂层 | 可检测最大 0.030 英寸(0.75 毫米)的涂层。

查看本文以了解有关使用 MRUT 技术进行检查的更多信息:



诱人

Innerspec的长距离超声(LRUT)选项包括简化版本,仅带有用于轴对称传输和接收的圆周色带,以及使用扫描仪进行接收提供合成聚焦的更复杂版本。这些波浪模式针对长距离管道检测进行了优化。

与传统戒指不同,Innerspec的LRUT工具在传输过程中不会产生弯曲模式,因为色带在周长周围会产生均匀的载荷。

另一方面,在接收过程中,缺陷自然会产生弯曲模式,因为它们在周长周围分布不均匀。Innerspec的LRUT扫描仪能够根据管道的几何形状和频率可以存在的最大扭转弯曲模式进行离散停止。来自 “n” 个停靠点的完整数据用于解析最大可能的弯曲模式,从而提供更好的聚焦和分辨率。

例如,具有16个通道的高密度传统环形将能够提供22.5°的最大分辨率(传统的8通道环为45°),而在8英寸的管道上,Innerspec的LRUT扫描仪将停留40次,相当于周向分辨率的9°。除了更好的聚焦外,轴对称波浪模式还将提供更小的死区和更大的穿透力。在实验过程中,在理想条件下可以检测到 CSA 为 1.5% 及以下的典型缺陷。



技术能力

MRUT:

  • 在传感器两侧提供最大约 3 m(约 10 英尺)的检测范围;
  • 更高的频率范围(128 kHz 至 1,400 kHz);
  • 更好的轴向分辨率(~0.8 英寸);
  • 更好的横向分辨率(约 1.2 — 2.4 英寸));
  • 较小的死区(约 4 英寸)。

骚动:

  • 在传感器两侧提供最大约 300 英尺(91 米)的检测范围;
  • 较低的频率范围(32 kHz 至 128 kHz);
  • 中等轴向分辨率(约 1.5 英寸 — 4.7 英寸));
  • 圆周分辨率适中(1/8 — 1/16 管道周长);
  • 更大的死区(约 12 英寸)





导波常见问题解答

导波能传播到肘部以外吗?

是的,波浪可以传播到肘部以外。但是,精度、分辨率和灵敏度会受到影响,具体取决于技术。

  • 由于波浪传播的距离较短,因此MRUT受到的影响较小。
  • 由于信号失去对称特性(影响精度、灵敏度以及信噪比降低导致检测概率降低),LRUT 受到的影响更大。通常,在两次肘部弯曲之后,评估信号极其困难。信号对称特性的丧失也将影响缺陷的周向分辨率。

使用VOLTA的导波技术能否用于管道支撑下方的腐蚀(CUPS)检测?

是的,VOLTA 最重要的功能之一是可以组合技术:

  • 使用 mrut-Lamb(PMX 扫描仪):
    -用于从顶部检查管道支架;
  • 轴向或圆周波在衰减和/或反射模式下传播。
  • 使用 MRUT-SH:
    -用于从侧面检查无法进入的区域(例如空对地界面和墙壁穿透力);
    -与 mrut-Lamb 相比,增加了 30 到 40 个分贝。

你能解释一下单向函数在 VOLTA 中是如何工作的?

通过在两个线圈的脉冲之间按顺序施加延迟:

  • 两个相距 ¼ 波长的叠加线圈还会在另外的 ¼ 波长异相时产生脉冲,从而在一个方向上产生建设性干扰,而在另一个方向上产生破坏性干扰。脉冲的时间可以反向切换方向。

对于 MRUT-SH 技术,粘附磁致伸缩条带有哪些选择?

MRUT-SH 技术需要使用磁致伸缩带(MS Strip),以产生所需的磁致伸缩力。可以通过以下方法粘合 MS 胶带:

MS 条带粘合选项

双面胶带 — 标准 (P/N 027V0086)

  • 确保检查材料顺畅;
  • 良好的信号消除特性;
  • 易于拆卸(MS Strip 可以重复使用);
  • 温度:高达 140 华氏度(60 °C)。

双面胶带 — 粗糙材质 (P/N 027V0083)

  • 用于粗糙的检查材料;
  • 信号消除特性差;
  • 需要清洁 MS Strip 才能重复使用;
  • 温度:高达 95 华氏度(35 °C)。

环氧树脂(P/N 116V0052)

  • 固化时间:± 3 小时;
  • 良好的信号消除特性;
  • MS Strip 不能重复使用;
  • 温度范围:68 °F 至 104 °F(20 °C 至 40 °C)。


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