摘要
管道在石油、化工、核电和天然气及城市建设中被广泛应用，整个管道系统中会含有多个焊缝和弯头，对于整个管道系统而言焊缝和弯头是比较薄弱的部分，由于管道的工作环境复杂，易出现疲劳裂纹和腐蚀缺陷从而造成管道泄漏事故。超声导波能够对管道进行快速、大范围、精确、低成本地检测，尤其适用于人们无法到达环境的管道检测，常被用来检测管道中的缺陷。因此，本文使用超声导波对不同管道缺陷进行无损检测，并提出了展开法和能量补偿法。本文的主要研究内容如下： （1）选择ANSYS的APDL界面作为数值模拟的平台，先建立管道的三维实体模型，将自由网格与映射网格划分方法相结合，对管道三维模型进行网格划分建立管道有限元模型。为了使数值模拟结果更加的精确，在考虑时间成本的前提下选用Solid185单元。根据频散曲线最终选择纵向模态L(0,2)导波作为检测导波。 （2）对于单焊缝直管道和双焊缝直管中的单缺陷焊缝检测，首先通过时域图确定出焊缝的轴向位置，然后通过展开法判断焊缝中是否存在缺陷，对于单焊缝缺陷导波能量聚焦不明显的问题，运用时间反转法将导波能量聚焦在缺陷附近，然后通过展开法确定出缺陷的周向位置。对于双缺陷焊缝检测先通过时域图确定出焊缝的周向位置，然后通过展开法辨别出焊缝中是否存在缺陷，并对缺陷的周向位置进行确定。选择缺陷反射系数作为评定焊缝中缺陷大小的标准。通过实验对单焊缝直管道中缺陷的周向定位研究进行验证。 （3）对于90°焊接弯管检测，根据导波在90°焊接弯管上传播的位移能量分布云图将90°焊接弯管分为外侧、旁侧和内侧三个区域进行研究。对弯头前焊缝中的缺陷运用展开法进行检测，对于弯头后焊缝中的缺陷运用模态分离的方法进行检测；对于90°直接弯管同样根据导波传播的位移能量分布云图，将90°直接弯管划分为三个区域进行研究。对于弯头后直管道旁侧缺陷不易检测的问题，运用能量补偿法对旁侧区域的缺陷进行检测。 研究表明，将展开法与时间反转法相结合可以对直管道上的焊缝缺陷进行检测，运用展开法和模态分离法能够对弯头前后的焊缝缺陷进行检测，运用能量补偿法能够对弯管弯头后直管道旁侧区域的缺陷进行有效的识别。本文的研究为下一步运用超声导波检测不同结构管道中的裂纹缺陷有一定的应用参考价值。
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