導(dǎo)行波檢測(cè)新技術(shù)專題（六）——導(dǎo)行波檢測(cè)新技術(shù)一百問

周在杞，周 宇

（1.蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004；2.蘇州阿爾斯通高壓電氣開關(guān)有限公司，蘇州 215129）

問題87 在導(dǎo)行波防異物探測(cè)中，有沒有用其他檢測(cè)手段進(jìn)行驗(yàn)證？

答：有。使用內(nèi)窺鏡和射線照相法驗(yàn)證。在檢測(cè)U形傳熱管時(shí)，用導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)在管口探測(cè)發(fā)現(xiàn)U形管內(nèi)有異物。從右管口測(cè)量定位為1.4m 處，而從左管口測(cè)量定位為1.2 m 處。根據(jù)U 形管間距為100mm，弧長(zhǎng)為0.2m，儀器準(zhǔn)確定位于左管口進(jìn)入轉(zhuǎn)彎部分。圖1 為探測(cè)到異物存在，高峰在1.4m處，而從左管探則移至1.2m。這里使用內(nèi)窺鏡目視檢測(cè)驗(yàn)證。

圖1 導(dǎo)行波掃查U 形傳熱管探測(cè)到異物的掃描曲線

目視檢測(cè)（VT）給出的異物位置與導(dǎo)行波檢測(cè)到的顯示完全吻合，說明導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)定位準(zhǔn)確。用VT 驗(yàn)證的結(jié)果。選用該系統(tǒng)的探頭比較細(xì)小，外徑為8mm，因此，可以深入至異物部位（碰到異物就穿不過去），看到的目視檢測(cè)圖像如圖2所示兩張圖像。其中圖2（a）是從左管伸入并拍攝的管內(nèi)異物圖像；圖2（b）是從右管伸入并拍攝的管內(nèi)異物圖像。

用導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)可在一秒內(nèi)發(fā)現(xiàn)異物的存在，而使用目視檢測(cè)方法驗(yàn)證，同射線檢測(cè)方法一樣，并不是一下子就能探測(cè)到異物。目視檢測(cè)需要調(diào)整設(shè)備、選擇探頭和記錄方式，需要將內(nèi)窺鏡探頭伸入到管內(nèi)，把內(nèi)窺鏡探頭送到異物處才能拍攝，直接在管口是無法探知有無異物的。

總之，不論使用何種方法來驗(yàn)證導(dǎo)行波檢測(cè)的結(jié)果，在檢測(cè)速度上都不及導(dǎo)行波檢測(cè)來得快捷。采用內(nèi)窺鏡目視檢測(cè)驗(yàn)證，必須選擇適宜的檢測(cè)路線，否則內(nèi)窺鏡攝像頭穿越不過去；采用射線照相方法驗(yàn)證，必須拍攝、顯影、定影、沖洗和烘干，否則就得采用數(shù)字射線拍片（CR）或?qū)崟r(shí)顯像系統(tǒng)。

圖2 從左、右管伸入拍攝的傳熱管內(nèi)異物放大圖像

問題88 試舉實(shí)例說明導(dǎo)行波技術(shù)與渦流檢測(cè)結(jié)果的一致性？

答：傳熱管內(nèi)壁鼓包的檢測(cè)結(jié)果，如圖3所示：導(dǎo)行波掃查管內(nèi)壁多個(gè)鼓包的掃描曲線見圖3（a）；外壁多個(gè)連續(xù)碰傷渦流信號(hào)（由外壁向內(nèi)壁鼓包，使內(nèi)徑減?。?，見圖3（b）；導(dǎo)行波掃查管內(nèi)壁單個(gè)鼓包的掃描曲線，見圖3（c）；管外壁碰傷渦流信號(hào)（由外壁向內(nèi)壁單個(gè)鼓包，使內(nèi)徑減小），見圖3（d）。檢測(cè)結(jié)果表明在役冷凝器管的外傷或鼓包，用導(dǎo)行波或渦流檢測(cè)，兩者的顯示結(jié)果相同，都能反映出缺陷所在位置，導(dǎo)行波似乎更直觀。

問題89 如果在導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)中，不使用反射器或短路板，所得到的結(jié)果會(huì)是怎么樣？

圖3 冷疑器傳熱管缺陷檢測(cè)導(dǎo)行波與渦流檢測(cè)信號(hào)對(duì)比

答：在進(jìn)行管道管件不連續(xù)點(diǎn)的檢測(cè)時(shí)，試驗(yàn)證明：不使用傳熱管的反射器或短路板，所得到的結(jié)果基本相同，換言之在傳熱管近端口放置探頭，而遠(yuǎn)端口開路或短路沒有大的不同。

因?yàn)樵跁r(shí)域反射中，導(dǎo)行波只對(duì)不連續(xù)點(diǎn)有反射，至于遠(yuǎn)端口加不加反射器或短路板，結(jié)果只在遠(yuǎn)端有反映。就是說有反射器或短路板的，那遠(yuǎn)端口的反射系數(shù)的幅值要高于開路狀態(tài)的遠(yuǎn)端口的反射系數(shù)的幅值。至于管內(nèi)的不連續(xù)點(diǎn)的反射峰值，并不受影響。

如果需要檢測(cè)管內(nèi)腐蝕程度，則一定要用反射器或短路板，這是原理上形成圓柱形同軸諧振腔所必須要求的部分，否則整個(gè)系統(tǒng)無法形成同軸諧振腔的測(cè)量系統(tǒng)。

問題90 在被測(cè)金屬管末端開路是否也是一種實(shí)施手段？如果可行那么還需要注意什么問題？

答：在被測(cè)金屬管末端開路就是不加反射器或短路板，這也是一種試驗(yàn)手段，確實(shí)是可行的。但需要注意導(dǎo)行波檢測(cè)的“管件的長(zhǎng)短、彎直、盤旋以及扭曲”等問題。

問題91 結(jié)合時(shí)域顯示開展幅值、相位檢測(cè)中缺陷部位的研究，怎樣進(jìn)行管內(nèi)壁缺陷檢測(cè)的誤差分析？

答：目前已知時(shí)域顯示開展幅值、相位檢測(cè)中的缺陷部位，只是相位顯示尚未找到規(guī)律性的反映。倒是反射系數(shù)的幅值，包括線性和對(duì)數(shù)顯示，比較顯著。

試驗(yàn)反復(fù)證明其定位有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性。雖然術(shù)語用的是電長(zhǎng)度，但是其實(shí)水平軸上標(biāo)示的如同超聲波探傷儀橫坐標(biāo)那樣，就是表示距離或距端口的實(shí)際長(zhǎng)度。

問題92 在導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)中，能否建立缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)？

答：可以針對(duì)不同規(guī)格、尺寸的國(guó)標(biāo)金屬管材，通過標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)手段，取得大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分門別類，模擬不同缺陷，顯示不同的結(jié)果，以便采用系列探頭，有效地建立缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)。

問題93 傳輸線長(zhǎng)度不是無限的，能否找出不同材質(zhì)、不同尺寸管件的導(dǎo)行波傳輸長(zhǎng)度的極限？

答：從理論上說是可能的，但試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)量必竟有限。相信今后應(yīng)該能得出這個(gè)極限的結(jié)果。

問題94 經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)行波與超聲波檢測(cè)到底有什么區(qū)別？

答：經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)行波檢測(cè)與超聲波檢測(cè)有本質(zhì)的區(qū)別。一個(gè)是電磁振蕩—電磁波；另一個(gè)是機(jī)械振蕩—機(jī)械波。但是導(dǎo)行波檢測(cè)與超聲波檢測(cè)之間，也可以進(jìn)行機(jī)電類比。

兩者都是有源方式類型；波動(dòng)特征都有反射以及波型變換；傳播波型，在金屬管內(nèi)壁間傳播行波對(duì)應(yīng)在金屬管壁中傳播導(dǎo)波；接收裝置的共同點(diǎn)是都有示波器，一個(gè)掃頻示波器加上時(shí)域反射計(jì)；另一個(gè)則是示波器加上放大器；探頭原理，一個(gè)依據(jù)電磁能量傳播、坡印廷定理，另一個(gè)則是磁致伸縮、壓電效應(yīng)，原理各不相同；探頭名稱，一個(gè)是射頻能量二次轉(zhuǎn)換器，另一個(gè)是電能、機(jī)械能換能器；具體的導(dǎo)行波與超聲波檢測(cè)技術(shù)比較見表1。

問題95 試比較導(dǎo)行波檢測(cè)與其他無損檢測(cè)方法？

答：作為一門新的檢測(cè)技術(shù)的驗(yàn)證，考核其技術(shù)指標(biāo)或功能參數(shù)，總是要與現(xiàn)行的無損檢測(cè)方法進(jìn)行比較的。導(dǎo)行波檢測(cè)與其他方法對(duì)照表見表2。從移動(dòng)性、插入性、效益性、輻射性、限制性和檢出率等幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比。

表1 導(dǎo)行波與超聲波檢測(cè)技術(shù)比較

表2 導(dǎo)行波檢測(cè)與其他方法對(duì)照

問題96 如何尋找導(dǎo)行波檢測(cè)的缺陷特征及其分布規(guī)律？

答：利用導(dǎo)行波進(jìn)行缺陷檢測(cè)的定量化及缺陷特征的提取是方法成功的標(biāo)志。至于缺陷埋藏深度則是檢測(cè)定量化的重要參數(shù)。通過試驗(yàn)，可以從幅值、相位兩方面或者史密斯圓圖等開展規(guī)律性研究。因?yàn)槿毕莸男盘?hào)分布圖形是缺陷的重要特征，所以可以對(duì)裂紋取向、開裂寬度或泄漏貫穿特性等進(jìn)行圖形（像）識(shí)別，從數(shù)值計(jì)算及試驗(yàn)研究中尋找缺陷特征及其分布規(guī)律。

問題97 通過缺陷圖像及反射波形，建立缺陷特征量，如何區(qū)別缺陷的定量化檢測(cè)？

答：通過缺陷圖像及反射波形，建立缺陷特征量后，利用小波分析信號(hào)與圖像壓縮。它的特點(diǎn)是壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號(hào)與圖像的特征不變，且在傳遞中可以抗干擾。基于小波分析的壓縮方法很多，比較成功的有小波域紋理模型方法等。小波在信號(hào)分析中可以用于邊界的處理與濾波、時(shí)頻分析、信噪分離與提取弱信號(hào)、求分形指數(shù)、信號(hào)的識(shí)別與診斷以及多尺度邊緣檢測(cè)等。因此，導(dǎo)行波可以區(qū)別缺陷的定量化檢測(cè)。

問題98 渦流在役檢查時(shí)外壁缺陷的相位逐漸增大，內(nèi)壁缺陷的相位逐漸減小，那么導(dǎo)行波方法呢？

答：導(dǎo)行波檢測(cè)法，除了貫穿性缺陷，比照渦流采用相似律外，可以制作大量的試樣管或標(biāo)定管，也可以得到不同頻率下各類人工缺陷的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。但重點(diǎn)關(guān)注的卻是自然缺陷。

問題99 管子或管道橫截面形狀若為方形、矩形、橢圓形等不同類型，能否實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行波檢測(cè)？

答：因?yàn)楣茏踊蚬艿罊M截面形狀若為方形、矩形、橢圓形，都可以傳輸電磁波，導(dǎo)行波在管內(nèi)是可以通行的，所以這些橫截面形狀的金屬鋁管或銅管，都可以用導(dǎo)行波進(jìn)行檢測(cè)。

問題100 為什么要編制導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)？

答：由于導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過可用性驗(yàn)證，對(duì)核電站蒸發(fā)器管內(nèi)壁檢測(cè)比較理想，尤其針對(duì)第四代核電的蒸發(fā)器螺旋盤式傳熱管是一層一層套起來，渦流檢測(cè)遇到了困難，導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)比較可行。但目前在役檢查大綱中，還沒有列入此項(xiàng)新的檢測(cè)技術(shù)，必定會(huì)遇到不少阻力。因此，唯一的辦法就是從現(xiàn)在開始對(duì)蒸發(fā)器傳熱管實(shí)施大量的導(dǎo)行波檢測(cè)，不僅要與渦流技術(shù)比對(duì)，而且還要編制導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。只有這樣才能逐步將導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目，列入我國(guó)核電站蒸發(fā)器傳熱管的在役檢查大綱，使先進(jìn)的導(dǎo)行波檢測(cè)技術(shù)，率先用于核電站蒸發(fā)器傳熱管的在役檢查。此外，該技術(shù)將應(yīng)用在電力化工等行業(yè)的冷凝器或熱交換器管、航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的管路、航天液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的管路、槍炮兵器的管筒以及核燃料鋯質(zhì)包殼內(nèi)壁的檢測(cè)等。