管子内旋转超声(IRIS)检测技术介绍和简单探讨

管子内旋转超声(IRIS)检测技术介绍和简单探讨

 

前言

在无损检测中，一直都没有一种很好的方法来检测换热管，我们一直以来使用的方法基本都是涡流等，而涡流也有很大的局限性，比如无法精确测量，对铁磁性材料的检测效果不佳等。而近一年来有一种新技术被运用到管子检测中，它就是管子内旋转超声检测（Internal Rotary Inspection System? 以下简称IRIS）。在检测中IRIS和涡流配合使用，能够很好的对管子做出比较准确的评价。

介绍

IRIS是基于脉冲回波检测方法，类似于水浸超声探伤原理，聚焦探头激发一个高频脉冲在水中产生超声波，波延管束中心方向传播，打在一个角度为45度的反射镜上面，超声波被反射成沿管子内径径向垂直入射的波束，在管子内外表面都会反射回来一个波，内表面回波与外表面回波的时间和波幅经系统数字化处理后，通过计算就可以得到管子内径、外径和壁厚等数值。图1为IRIS检测示意图。

以高压水流为动力推动涡轮旋转，也就是推动反射镜旋转（聚焦探头不旋转）。使反射镜以管中心为轴做快速的周向旋转。转动速度达到每秒40-60圈。一般情况下，仪器设定在管子周向上每隔2~3度采集一个数据，根据计算我们可以计算出扫查装置的移动距离。

设内径d，周长为πd，假设两度采集一个数据，一周共采集180个数据，每个数据走过的距离为πd/180，假设每次采集的数据区域为正方形，为了保证管子每个点都能采集到，则探头每旋转一周，扫查装置移动的距离就是πd/180，根据转速我们可以得出每秒钟扫查装置的移动距离公式为：

S=v×（πd/180）

S=每秒移动距离?? v=转速?? d=内径

以一个内径21的管子算，每两度采集一个数据覆盖的范围为0.37mm，假设每秒旋转40圈，装置的移动速度为15mm。

以一个内径21的管子算，每三度采集一个数据覆盖的范围为0.55mm，假设每秒旋转60圈，装置的移动速度为33mm

通过以上计算可以看出，理论上只要缺陷直径大于πd/180都能检测出来，但是，由于手工操作，对扫查装置移动速度控制不均匀，另外缺陷的形状对IRIS检出率也有影响，非平底缺陷对超声波的反射路径会发生变化，导致探头无法接收到信号而数据丢失。见图2，所以在实验室情况下对于φ2一下的孔一般都不易检出，在现场由于一般管子不够干净，也导致IRIS无法分辨细小的缺陷，综上所说，IRIS对面状缺陷容易检出，对点状或者裂纹形状的缺陷不易检出。

管子的检测，可以检测铁磁性、非铁磁性、非金属材料，不受材料电导率或磁导率的影响，能精确测量管子的内径及壁厚，能提供管子腐蚀和裂纹的准确位置，能实时显示其横截面图(B扫描) 、管壁展开图（C扫描），以及管子纵向截面图(D扫描)。见图3

 

图3 管子壁厚减薄展开图、C扫图和D扫图

在精度方面，IRIS测厚精度可以达到0.03mm的数量级，在展开图上面，不同厚度的颜色也不一样，可以让检测人员很直观的发现管子是否有缺陷。

通过上面的计算，我们可以对IRIS技术的优越性和局限性进行分析，我们可以和涡流做比较，见表一

?	IRIS	普通ET
被检材质	各种声学性能较好的材料 不受材料电导率或磁导率的影响	金属材料等、铁磁性材料效果差 易受材料电导率或磁导率的影响
测厚精度	0.03数量级	管壁厚百分比的大概范围
腐蚀坑检测	Φ2以内的孔不易检出	深孔容易检出
片状腐蚀检测	很好很直观的检测出腐蚀区域及腐蚀厚度、能判定缺陷在管子周向位置	能检出、但是不能定量、不能准确定位
裂纹检测	基本不能检测出	容易检出
耦合	管内要注满水	无需耦合
检测速度	缓慢每秒30mm左右	快每秒300mm以上
易用性	复杂、配套设备很多	简单、配套设备少
化工行业一直以来是高危行业，为了保证社会团结稳定，人民生命财产安全，定期检验检测是工业生产中非常重要的一个环节，无损检测在其中算是很重要的一部分，选择合适的检验方法，最大能力的发现问题、解决问题是至关重要的事情。IRIS作为管子检测的一种手段，由于它的准确性、先进性，该技术应当被国内外相关企业所接纳采用。	?	?