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为保障管道运行安全,需要对其进行定期检测,超声导波相对传统无损检测技术具有传播距离远、检测效率高等优点,近年来有很多研究将超声导波应用到管道缺陷检测中,但是因超声导波和焊接结构的复杂性,较少有针对管道焊缝区(焊缝及其邻近区域的总称)缺陷的详细研究。而焊缝区缺陷,是影响管道安全的重要因素,所以对管道焊缝区缺陷超声导波检测方法的研究有很大现实意义。本文通过数值模拟和试验方法,针对焊缝裂纹、孔洞缺陷,近焊缝裂纹、孔洞缺陷,多焊缝管道焊缝裂纹缺陷及充水与埋地管道焊缝裂纹缺陷,进行了检测分析,研究了不同缺陷对焊缝回波的影响,为管道焊缝区缺陷的检测提供了依据。本文主要工作和成果如下:1)在导波的形成机理和频散现象等导波理论的基础上,分析了真空、充水与埋地管道中超声导波的频散曲线,确定了导波检测激励信号与激励频率的选择方法,研究了管道焊缝区的结构和缺陷,提出了用于判断管道焊缝区缺陷的对称与非对称模态分离算法。2)结合焊缝区结构和超声导波的复杂性,基于ANSYS有限元分析软件建立了管道焊缝区缺陷分析模型,通过分析轴向及周向位移云图,研究了焊缝处模态转换情况,并应用对称与非对称模态分离算法,分析了不同缺陷焊缝回波中的非对称模态,及其随缺陷截面缺损率变化的情况。3)建立了导波激励接收试验系统,设计了试验方案,分别对焊缝区裂纹、孔洞缺陷,多焊缝管道焊缝裂纹缺陷进行了试验研究,应用对称与非对称模态分离算法研究了焊缝回波中的非对称模态。研究发现,含缺陷的焊缝回波与不含缺陷的焊缝回波相比,非对称模态明显增多,当非对称模态与对称模态幅值比大于0.2时,基本可以判断焊缝区含有缺陷,且非对称模态与对称模态幅值比随缺陷截面缺损率的增大而增大;考虑到实际应用情况,还进行了充水与埋地管道焊缝裂纹缺陷的导波检测试验。本文使用超声导波检测管道焊缝区缺陷,通过数值模拟与试验研究,证明了应用超声导波检测管道焊缝区缺陷的可行性,研究工作为判断管道焊缝区缺陷提供了理论与工程应用依据。