超声导波检测通常有以下几个步骤：

1）根据被检测钢材的品种计算出（或查找出）该钢材的频散曲线。

2）根据频散曲线选择合适的模态。

3）根据所选模态确定频厚积，再根据频厚积和管道的厚度选择检测频率。

4）根据频散曲线确定相速度，根据斯涅儿定律确定探头入射角。

5）根据频率和入射角制作探头。

6）制作对比试块，确定检测灵敏度。

1.不锈钢薄板的超声导波检测

对于尿素合成塔，常用超低碳奥氏体不锈钢超声导波检测。在检时，首先要绘制其相速度频散曲线和群速度频散曲线，然后制作含缺陷试块（见图10-43），通过前面所述的兰姆波模式识别方法，可识别出不同深度的切缝信号中所包含的兰姆波模式和各模式所占能量的大小。

通过频谱分析可知，当板中的横向切缝深度逐渐增大时，兰姆波检测信号中S₂模的增加幅度比较大，对线切割狭缝缺陷有较高的敏感性，可用于定量评定裂纹类缺陷。虽然A₄模（高频部分）在信号中不是主要模式，但是它的能量随着线切割深度的增加产生了非常明显的增加。同时，由时频谱图可知，它遇到缺陷时也有模式转换现象。所以，高频A₄模对缝隙类缺陷也非常敏感。由此可知，采用一定条件激发出比较单纯的A₄模，用它定性检测或者识别薄板中横向分布的分层、裂缝等缺陷也是比较有效的。

图10-43 含缺陷试块示意图

注：每个切缝长10mm，宽0.5mm。

为了提高信噪比，通过对衬里层无缺陷信号进行傅里叶变换，找出干扰噪声频率，采用无限冲激响应数字滤波器对信号进行带通滤波，既可滤掉其他频带上的干扰噪声。

薄板的超声导波检测一般选择斜探头。耐蚀性内衬要求的检测灵敏度较高，而检测的灵敏度与波长相关，而波长与频率成反比，因而其超声导波的激发频率要高于一般的管道用超声导波检测频率。但频率过高，又无法保证超声导波的有效激发，一般耐蚀性内衬板检测频率可在0.1～1MHz之间选择。

通过实验研究可得出对背侧裂纹较灵敏的兰姆波检测模式，通过选择恰当的频率和入射角度等参数来选择恰当的兰姆波检测模式，可成功地将缺陷信号复杂的多模式兰姆波分离和识别转化为距离-幅度波形相对简单的缺陷当量识别方式。8mm厚超低碳奥氏体不锈钢背侧缺陷当量评定图如图10-44所示。

（1）泄漏源定位 山东某厂的尿素合成塔采用8mm厚的不锈钢材质衬里层，2008年6月发生泄漏。设备降温卸压后采用常规方法难以精确定位，未查找出泄漏源位置。采用超声导波检测，快速确定了泄漏源位置，泄漏源内表面为一细小针孔。兰姆波检测信号如图10-45所示。

图10-44 8mm厚超低碳奥氏体不锈钢背侧缺陷当量评定图

图10-45 不锈钢内衬泄漏孔兰姆波检测信号

为安全起见，对该尿素合成塔进行了背侧缺陷全面检测，发现泄漏区域周围存在多处背侧裂纹。依据检测确定的范围取下该区域尺寸为200mm×600mm的内衬层板，发现取下的内衬层背侧遍布裂纹，裂纹方向和位置与检测判定结果相一致，如图10-46所示。

图10-46 遍布背侧裂纹的内衬层

（2）背侧缺陷超声导波快速检测的应用 河北某厂的尿素合成塔为奥氏体不锈钢材质，在对该塔进行整体超声导波检测的过程中发现其中5个筒节和下封头共存在37处衬里层缺陷区域，如图10-47所示。

图10-47 衬里层缺陷分布示意图

较严重的缺陷开裂深度超过4mm，如图10-48所示。距离该缺陷360mm时的超声导波检测信号如图10-49所示。

图10-48 内衬层背侧开裂超过4mm

图10-49 开裂深度4mm区域的Lamb检测信号(www.daowen.com)

（3）垢下裂纹超声导波快速检测 河南某厂的尿素合成塔内衬层覆盖有大量积垢，打磨困难，为节省时间，采用超声导波进行检测，打磨工作量降低了95%。在检测过程中发现2处垢下裂纹，最长一处约150mm，检测定位后经渗透检测确认。内衬层垢下裂纹如图10-50所示。

图10-50 内衬层垢下裂纹

2.管道超声导波检测应用实例

用超声导波检测管道具有快速、可靠、经济且无需剥离外包层的优点，是管道检测新兴和前沿的一个发展方向。在管道中传播的柱面超声导波的模态随着频率的增大而增加。在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，故能比其他模态的超声导波更快地到达超声导波接收装置，因此更易于在时域内区分。

若对直径为76mm，壁厚为5.5mm的管道进行检测，则首先应绘制其频散曲线，如图10-51所示。

图10-51 ϕ76mm钢管频散曲线

a）相速度频散曲线 b）群速度频散曲线

为了在长距离上进行检测，使波包幅度保持一定高度，就需要合理选择合适的导波模式、检测的频厚积、激励脉冲频率等，这是提高检测可靠性的关键所在。对于纵向轴对称的L（0，2）模态而言，从频散曲线可以看出它有以下特点：

1）群速度几乎不随着频率的变化而变化，呈一条直线，表明它是非频散的或者说频散程度非常小。

2）L（0，2）模态的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，任何不希望的信号都在其后到达，易于在时域内分离出感兴趣的信号。

3）轴向位移分量对检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，非常适合检测内、外表面的缺陷。

4）该模态内、外表面的径向位移相对较小，波在传播过程中能量泄漏较少，传播距离相对较远。

通过综合分析可知，L（0，2）模态是最适合管道长距离检测的。此外，对于T（0，1）模态，当频率为0～100kHz时，相速度、群速度无频散，且在20kHz处群速度最高，不易受到其他模态信号的干扰，可重点关注。

通常超声波检测缺陷的灵敏度会随着频率的降低而降低，但对于超声导波来说，频率的降低对缺陷检测灵敏度的影响不明显。较低频率的超声导波在管道中能传播更长的距离。一般管道用超声导波的检测频率选择为15～100kHz，采用多探头形式，所有探头安装在一个柔性环上，柔性环包裹在需要检测的管道外表面，使探头耦合良好。

检测时探头阵列发出一束超声能脉冲，此脉冲充斥整个圆圈方向和整个管壁厚度，向远处传播，然后由同一探头阵列检出返回信号。管壁厚度中的任何变化，都会产生反射信号，被探头阵列接收到。根据缺陷和管道外形特征产生的附加波型转换信号，可将金属缺损与管子外形特征（如焊缝等）识别开来。

可通过人工试块（见图10-52）来确定检测灵敏度。目前，超声导波检测技术已能达到的检测精度为管道横截面积的0.7%～1%，可靠精度为3%。

超声导波可检测管道的腐蚀缺陷（大面积腐蚀、点蚀）、裂纹缺陷（可检测环向裂纹，对轴向裂纹不敏感）、焊缝异常（夹渣、未焊透、未熔合等）以及大面积冲蚀等。

图10-52 常见管道超声导波检测试块形式

管道超声导波检测的情况既可以直接通过A扫描获得波形显示（见图10-53），也可通过计算机处理，以不同颜色来表示壁厚方向的损失，如图10-54所示。

图10-53 管道超声导波检测A扫描显示

图10-54 管道超声导波检测计算机处理结果

在超声导波检测时，若管道内存在特大面积的腐蚀和严重腐蚀，则会造成信号衰减而影响一次检测的有效距离，当存在多重严重缺陷时还会产生叠加效应。由于超声导波检测技术采用的是低频超声波，因此其无法发现总横截面积损失量低于检测灵敏度的细小裂纹、纵向缺陷、小而孤立的腐蚀坑或腐蚀穿孔。超声导波检测需要通过实验选择最佳频率，需要采用模拟管壁减薄的对比试管，检测中通常以法兰、焊缝回波作基准，受焊缝余高不均匀而影响评价的准确程度。超声导波的有效检测距离除了与其频率、模式有关外，还与埋地管的沥青防腐绝缘层、埋地深度、周围土壤的压紧程度及土壤特性，或管道保温层及管道的腐蚀情况与程度有关。超声导波一次检测的距离段不宜有过多弯头（一般不宜超过3个弯头）；对于有多种形貌特征的管段，例如在较短的区段有多个三通，就不可能进行可靠的超声导波检测。超声导波的最小可检缺陷、检测范围因管道而异。超声导波检测数据的解释要由训练有素的人员进行，特别是对具有复杂几何形状的管道，应由丰富经验的技术人员来进行。

由于超声导波检测不能提供壁厚的直接量值，因此最好把超声导波检测用作识别怀疑区的快速检测手段。其对检出的缺陷定量只是近似的，如果需要更精确、具体地确定缺陷的类型、大小以及位置等，还需要借助其他更精确但速度较慢的无损检测手段进行补充评价和确认。