厚壁管道周向蘭姆波模態(tài)分析及缺陷檢測實驗研究.pdf

1、厚壁管道在核電站中占有非常重要的地位，被形象比喻為核電站的“血管”，其健康狀況的好壞，對國家能源戰(zhàn)略發(fā)展和社會安定起著至關(guān)重要的作用。常用的無損檢測手段難以快速掃查并檢出厚壁管道中的缺陷，而周向蘭姆波沿管道周向傳播，沿軸向進(jìn)行快速掃查，可實現(xiàn)對厚壁管道的全范圍檢測。本文基于周向蘭姆波理論，從理論頻散特性、傳播特性和模態(tài)成分識別、缺陷檢測等方面開展了厚壁管道周向蘭姆波檢測技術(shù)的研究工作。
　　首先，基于周向蘭姆波基本理論，比較了薄壁

2、管道與厚壁管道的周向蘭姆波頻散曲線，計算了不同尺寸參數(shù)厚壁管道中周向蘭姆波的頻散曲線、頻率與入射角關(guān)系以及模態(tài)位移分布，對周向蘭姆波的頻散特性進(jìn)行了理論研究。計算發(fā)現(xiàn)周向蘭姆波頻散曲線與壁厚的大小緊密相關(guān)，而對外徑的變化不敏感；結(jié)合文獻(xiàn)資料與分析結(jié)果，最終確定選取激勵頻率0.5MHz、入射角30～60°進(jìn)行檢測方法研究；管道壁厚的變化會影響各模態(tài)的振動位移分布特征，其中CL3～CL6模態(tài)位移分布較為均勻，有利于發(fā)現(xiàn)整個壁厚范圍內(nèi)的缺陷。

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　　其次，針對周向蘭姆波在厚壁管道中傳播的復(fù)雜性，從檢測參數(shù)對傳播信號影響、不同厚壁管道中周向蘭姆波傳播特性等方面對周向蘭姆波的傳播特性進(jìn)行了深入研究。考慮信號的幅值大小和時域分辨率，確定后續(xù)實驗的激勵信號周期數(shù)取為10，不同入射角度對周向蘭姆波的傳播信號影響較大，隨著入射角減小，信號的波包寬度增大，0.5MHz頻率分量對應(yīng)的模態(tài)數(shù)量增多，頻散變嚴(yán)重。對三個不同壁厚的厚壁管道，通過波包幅度和波包寬度兩個波形參數(shù)分析研究了周向蘭姆

4、波的傳播特性，厚壁管道中周向蘭姆波傳播波幅會隨傳播距離增大呈波動性衰減，波包寬度則幾乎呈線性增大。
　　然后，基于連續(xù)小波變換對不同入射角下壁厚25mm管道中傳播的周向蘭姆波傳播模態(tài)進(jìn)行了擬合識別，并分析了各個模態(tài)的衰減，不同入射角度在厚壁管道中傳播的主要模態(tài)不同，主要模態(tài)導(dǎo)波幅值隨著傳播距離增大而呈波動性變化。
　　最后，在三個不同壁厚的厚壁管道試塊上設(shè)計了一系列缺陷，開展了厚壁管道周向蘭姆波檢測的檢測能力與檢測靈敏度、缺

5、陷回波模態(tài)分析、缺陷回波傳播機(jī)理等關(guān)鍵問題的研究。實驗結(jié)果表明，通過入射角度的適當(dāng)選取可以實現(xiàn)厚壁管道內(nèi)外壁缺陷的檢出；不同入射角的檢測靈敏度不同，對于內(nèi)壁缺陷，僅在入射角37°時能檢出6mm缺陷，對于外壁缺陷，入射角55°對外壁缺陷最為敏感， 在壁厚25mm管道中最小可發(fā)現(xiàn)外壁1mm缺陷，壁厚較小管道的外壁缺陷檢測靈敏度更高。外壁缺陷回波在傳播距離較遠(yuǎn)處會發(fā)生頻散和模態(tài)轉(zhuǎn)換，缺陷尺寸大小則會影響模態(tài)成分的分布。利用幾何聲學(xué)原