管道超声导波检验课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《管道超声导波检验课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 管道 超声 导波 检验 课件
- 资源描述:
-
1、1超声导波检验技术超声导波检验技术 河北省电力研究院河北省电力研究院 牛晓光牛晓光2导波guided wave 基本概念 体波:在无限体积均匀介质中传播的波称为体波,体波有两种:一种是纵波(或称疏密波、无旋波、拉压波、P波),一种叫横波(或称剪切波、S波),它们以各自的速度传播而无波形耦合。3Lamb波 位于层中的超声波要经受多次来回反射,这些往返的波将会产生复杂的波形转换,并且波与波之间会发生复杂的干涉。4Lamb波 板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进,即平行的边界制导超声波在板内传播,这样的一个系统称为平板超声波导。在此板状波导中传播的超声波即所谓的
2、板波(也叫Lamb波)。5导波guided wave 板波在波导中传播时,纵波和横波不能独立存在,此时会产生一种与介质断面尺寸有关的特殊波动,称为导波(guided wave)。在板中传输的导波又称为板波,板波中主要型为Lamb波。6导波guided wave 板中的导波示意图图1板中的导波示意图7导波guided wave8谐振发射模式1模式2时间轴图2多模态导波接收波形图3群速度与相速度的关系t2t1ab时间轴910钢管中超声导波三种模态11超声导波的特性 (1)通常的超声波检测中,超声波在无限介质体内传播(波长远远小于工件厚度),远离边界,称之为体波。导波通常以反射和折射的形式与边界发生
3、相互作用经介质边界制导传播,传播中纵波与横波相互间进行模态转换。在数学上虽然体波与导波受同一组偏微分波动方程控制,体波方程解无需满足边界条件,导波方程的解在满足控制方程的同时必须满足实际的边界条件;12超声导波的特性(2)在波的传播过程中体波的模态有限,主要有纵波,横波,表面波等。导波通常在一个有限体中可以存在多种不同的导波模态。(3)导波大多具有频散现象即导波相速度是导波频率的函数,随导波频率变化而变化。13超声导波与传统超声波技术相比具有的优势超声导波与传统超声波技术相比具有的优势 首先,在构件的一点处激励超声导波,由于导波本身的特性(沿传播路径衰减很小),它可以沿构件传播非常远的距离,最
4、远可达几十米。接收探头所接收到的信号包含了有关激励和接收两点间结构整体性的信息,因此超声导波技术实际上是检测了一条线,而不是一个点。14超声导波与传统超声波技术相比具有的优势超声导波与传统超声波技术相比具有的优势 另一方面,由于超声导波在管(或板)的内、外(上、下)表面和中部都有质点的振动,声场遍及整个壁厚(板厚),因此整个壁厚(或板厚)都可以被检测到,这就意味着既可以检测构件的内部缺陷也可以检测构件的表面缺陷。15超声导波与传统超声波技术相比具有的优势超声导波与传统超声波技术相比具有的优势 利用超声导波检测管道时具有快速、可靠、经济且无须剥离外包层的优点,是管道检测新兴的和前沿的一个发展方向
5、。同时,由于压力管道的广泛应用,管道的长距离超声导波快速检测研究近年来受到国内外无损检测学者的极大关注。因此研究超声导波在结构中的激励、接收及应用与缺陷定位等问题,对于导波技术在工程中的应用具有重大的意义。16超声导波主要特征参量 频散 群速度 相速度17超声导波主要特征参量 群速度是指脉冲的包络上具有某种特性(如幅值最大)的点的传播速度,是波群的能量传播速度,是波包的传播速度。相速度是指波中相位固定的波形的传播速度。18发射模式1模式2时间轴图2多模态导波接收波形图3群速度与相速度的关系t2t1ab时间轴19超声导波主要特征参量 图中的1模态导波较2模态导波靠前,则可以认为1模态导波的群速度
6、比2模态导波的群速度大。导波的群速度大并不代表其相速度大,反之导波的相速度大也不意味着其群速度大。导波的声脉冲是一组不同频率正弦波的集合,因此确定其相速度是困难的,一般采用群速度来描述脉冲传播速度。群速度一般指质点合成振动最大振幅的传播速度。20相速度和群速度 超声波频率附近的群速度Cg和相速度Cp为1tlCg1tlCg1tlCg21fd为频率厚度积,f为导波的频率,d为所测试试件的厚度(管壁壁厚)22频散现象 受到波导几何尺寸的影响,在波导中传播的超声波的速度依赖于导波频率,从而产生超声波的几何弥散,即导波的相速度随频率的不同而改变,称之为频散现象。23导波 导波在板中传播有两种基本形式,一
7、种是介质质点振动方向与板面平行的水平偏振的横波(SH),另一种是既有振动方向与板面垂直的横波,又有振动方向与板面平行的兰姆波。因此可知,导波在介质传播过程中介质质点的最基本的振动形式有与波的传播方向相同的纵向振动,也有与波传播方向垂直的横向振动。理论上讲表面波、SH波、兰姆波都被称为导波。24兰姆波和SH波 兰姆波是沿着板的两个表面以及中部传播,板的两个表面的振动是纵波与横波成分之和,运动轨迹为椭圆形,板中部质点是以纵波或横波形式振动。SH波是板中介质质点的振动方向与板面平行的横波。兰姆波和SH波的群速度用脉冲波的谐波中振幅最大频率及附近频率成分的群速度表示。25圆管中的超声导波圆管中的超声导
8、波 圆管中的导波分为三种模态:纵向模态(L模态)弯曲模态(F模态)扭曲模态(T模态)。L(n,m)、F(n,m)和T(n,m)表示,其中n和m分别代表周向和径向模态参数,且均为整数。L模态和T模态是轴对称模态,F模态是非轴对称模态。26圆管中的超声导波圆管中的超声导波27同板中的情况一样,经过Helmholts分解,位移场分为纵波及横波两分量的形式28 假定方程解具有谐波谐波形式,且对特定坐标系采用特定的微分算子,求解两波动方程。因而可以得到相应的位移场、应力场及势函数,再代入已知的边界条件就可以得到一个线性方程组 29为了使该线性方程组有解,需要其系数行列式为零。因此,就可以得到一个由系数行
9、列式组成的方程,其基本形式如下30系数 其中Ay是与管径尺寸(内径a、外径b)、材料的Lame常数和、密度、频率及波数k有关的函数。求解该方程就可得到相应的相速度和群速度曲线。31多模态特征 由上述公式可以得出,某一规格、材质的管道在特定频率范围的频散曲线,每一频率至少对应着两个以上的超声波模态并且随频率的增加模态数也跟着增加,这就是导波的多模态特征。32典型导波模态曲线 33典型导波模态曲线 在管道中传播的柱面导波的模态随频率的增大而增加。100kHz以下,大约存在50种模态。轴对称纵向导波L(0,2)模态由于传播速度快,故能比其它模态的导波更快地到达导波接收装置,因此更易于在时域内区分。3
10、4典型导波模态曲线 直探头在激励L(0,2)模态导波的同时还会激励出L(0,1)模态导波,此外所激励的导波在管道中传播时,导波不仅向前向传播,同时也会向后向传播。在某一频率范围内,L(0,2)模式导群速度几乎不随频率的变化而变化,呈一条直线,表明它是非频散的或者说频散程度非常小。同时,L(0,2)模式导波速度曲线位于各曲线的最上部,说明它的速度是最快的。通过综合分析各种模态的位移,可知L(0,2)是最适合管道长距离检测的。3570KHz的L(0,2)模态优点 (1)在此频率附近范围内该模态几乎是非频散的,因而信号形状在传播过程中可保存下来。(2)由于该模态导波传播速度最快,所以任何不希望出现的
11、模态信号都在其后到达,易于在时域内分离出感兴趣的信号。(3)轴向位移分量对于探测圆周开口裂纹的灵敏度起决定作用,该模态在内外表面的轴向位移相对较大,因而对任何圆周位置的内外表面缺陷具有相同的灵敏度,非常适合探测内外表面的缺陷。(4)该模态内外表面的径向位移相对较小,这样使得波在传播过程中能量泄漏较少、传播距离相对较大。36换热器管超声导波检测导波模式及频厚积的选择 37换热器管超声导波检测导波模式及频厚积的选择38(f*d=0.3MHz.mm1.8 MHz.mm)时,L(0,2)模式的群速度最大 频散性最小,群速度随频率的变化很小,信号的包络和幅度在较长距离上保持相对不变。因为该导波模式是速度
展开阅读全文