超声导波检测技术及应用

本书介绍了超声导波检测技术的发展历史，介绍了该技术从20世纪40年代到20世纪70年底的发展，40年代时还主要应用于船舶工业中，之后随着科学技术的发展，超声导波检测技术逐渐应用于大型工程的健康监测工作中。到70年代，随着计算机技术的发展，超声导波检测技术得到了进一步的发展，能够更准确地定位和识别缺陷。本书共分为9章， 超声导波检测技术原理、主要应用、应用实例，以及相关参考标准等内容，具有很高的指导意义和实用价值。

中石油管道科技研究中心防腐所(检测中心)所长，北京工业大学机械电子与控制学院博士。主要从事管道超声导波检测技术方面的研究。他参与完成的 长输油气管道完整性管理体系研究课题获集团公司科技进步一等奖，他参与完成的 东部管道安全性改造配套技术研究 课题获得集团公司科技进步三等奖；由他主持完成的 超声导波检测设备的研制开发与应用研究 课题获得集团公司科技进步二等奖。他申报了多项国家专利，编制多项企业和行业标准，发表论文近40余篇，获得专利20余项，合著2本，获得省部级奖项2项。他先后被评为管道公司 学术带头人 、管道研究中心 技术专家 、中国石油股份公司优秀研发人员 ，中国石油集团公司 高级技术专家 等荣誉称号。

第1章绪论（1） 11引言（1） 12超声导波与超声体波（3） 13超声导波的基本特性（5） 131超声导波的传播特性（5） 132超声导波的波结构（13） 参考文献（15） 第2章超声波的反射与折射（23） 21垂直入射波的反射与透射系数（23） 22斜入射波的Snell定律（27） 23临界角与波形转换（29） 24折射的慢度图和临界角分析（30） 25斜入射波的反射与透射系数（31） 251固固界面（31） 252固液界面（33） 253液固界面（34） 参考文献（34） 第3章基础结构中的超声导波（35） 31板中的超声导波（35） 311各向同性介质（35） 312膨胀波和等容波（37） 313自由边界条件板问题（37） 314波结构（40） 315压缩波和弯曲波（44） 32管中的纵向超声导波（44） 321解析求解方法（44） 322激发条件和周向能量分布（51） 323激发源的影响（54） 33管中周向超声导波（57） 331周向超声导波的控制方程推导（58） 332多层环面中的周向波（63） 333管中保护覆层对周向导波传播的影响（66） 参考文献（68） 第4章复杂结构中的超声导波（70） 41各向异性介质的克里斯托费尔方程（70） 42关于速度、波和慢度面（72） 43层状材料中的超声导波（74） 431界面波（75） 432无限基底上层状材料中的声传播（79） 433多层材料中的超声导波（81） 44各向异性介质中的超声导波（86） 441相速度频散曲线（86） 442传播方向对超声导波的影响（88） 443多层复合材料的超声导波传播（89） 45黏弹性介质中的超声导波（91） 451黏弹性模型（92） 452黏弹各向同性板（94） 453黏弹正交各向异性板（94） 454黏弹性介质层中的兰姆波（95） 参考文献（97） 第5章超声导波的信号处理（98） 51时频分析方法（98） 511传统时频分析方法介绍（98） 512导波信号的时频分析方法（99） 513时频分析重排方法介绍（100） 52时间反转法（101） 521基于传递函数的时间反转导波场（102） 522时间反转波场的空间聚焦效应（105） 523时间反转波场的时间聚焦效应（108） 524基于时间反转的导波检测方法（110） 53全聚焦成像方法（112） 531超声阵列全聚焦成像（113） 532超声阵列相位成像（114） 533超声阵列矢量全聚焦成像（115） 参考文献（117） 第6章导波检测设备（118） 61超声导波换能器（120） 611压电式导波换能器（120） 612磁致伸缩式导波换能器（122） 613电磁超声式导波换能器（136） 614激光超声式导波换能器（137） 62导波检测仪器（139） 621集成式导波检测仪器的主要技术指标（139） 622检测设备国内外现状及设备参数（140） 623国内开发的导波检测设备简介（141） 63导波检测软件（154） 631导波激励控制软件（154） 632导波信号分析及成像软件（159） 64导波检测设备性能（164） 641检测设备的导波脉冲发射（164） 642检测设备的导波方向控制（171） 643检测设备导波距离幅值分析（174） 参考文献（175） 第7章试块及检测工艺（176） 71试块（176） 711试块的用途（176） 712试块的分类（177） 713试块的要求与维护（178） 72检测工艺（178） 721通用导波检测工艺设计（178） 722通用导波检测工艺规程（179） 723检测设备的校准与工艺验证（180） 73检测质量控制（181） 731检测设备的质量控制要素（181） 732检测设备维护保养与安全要求（182） 参考文献（183） 第8章超声导波检测技术应用（184） 81板材缺陷的超声导波检测（184） 811板材的主要类型（184） 812板材中常见缺陷（184） 813板材缺陷超声导波检测（186） 814板材缺陷超声导波检测应用实例（189） 82管道缺陷的超声导波检测（198） 821管道及管道缺陷分类（198） 822管道缺陷超声导波检测（199） 823管道缺陷超声导波检测应用实例（201） 83压力容器的超声导波检测（211） 831压力容器及容器缺陷分类（211） 832压力容器缺陷超声导波检测（212） 833压力容器超声导波检测应用实例（216） 84结构完整性监测（219） 841结构健康监测技术简介（219） 842基于嵌入式压电晶片主动传感器（PWAS）的时间反转导波监测（223） 843超声导波在线监测系统（225） 参考文献（226） 附录（228） 附录1GB/T 312111—2024 无损检测超声导波检测第1部分：总则（228） 附录2Q/SY 05184—2019钢制管道超声导波检测技术规范（242） 附录3GB/T 312112—2024无损检测超声导波检测第2部分：磁致 伸缩法（246） 附录4Q/SY 1485—2012立式圆筒形钢制焊接储罐在线检测及评价技术规范 （257） 附录5BS 9690-1《无损检测——导波检测第1部分：通则》（Nondestructive testingGuided wave testing Part 1：General guidance and principles） （273） 附录6BS 9690-2《无损检测——导波检测第2部分：管道和结构管材导波检测的基本要求》（Nondestructive testingGuided wave testing Part 2：Basic requirements for guided wave testing of pipes，pipelines and structural tubulars） （284） 附录7ASTM E2775-16《使用压电效应转导对地上钢管进行导波测试的标准实践》（Standard practice for guided wave testing of above ground steel pipework using piezoelectric effect transduction）（296） 附录8ASTM E2929-18（2022）《非埋地钢管磁致伸缩超声导波检测规程》（Standard practice for guided wave testing of above ground steel piping with magnetostrictive transduction）（309） 附录9其他标准（321） 符号表