CN101769728A - 聚乙烯管道热熔接头焊接焊缝区检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塑料管道焊接质量检测工艺，旨在提供一种聚乙烯管道热熔接头焊接焊缝区检测方法。该方法包括：(1)将待检测的聚乙烯管道热熔接头在距离熔接面约8～30mm处切断；(2)将超声相控阵的探头放置于断面上，获得超声反射信号图像；(3)调节超声相控阵实时成像设备的增益，直至图像中部出现三根超声反射信号线，保存图像；测量获得上、下两根超声反射信号线上不同位置的被测量点的L值与S值，即可绘制出整个焊缝区的形状。该方法可准确快速地测绘出聚乙烯管道热熔接头焊缝区形状与尺寸，从而反推出待检测接头的焊接工艺。可以有效地对聚乙烯管道热熔接头焊接工艺不正常的缺陷进行检测与表征，对发生事故的热熔接头的进行事故责任分析。

Description

聚乙烯管道热熔接头焊接焊缝区检测方法

技术领域

本发明涉及一种塑料管道或塑料复合管道焊接质量检测工艺。更具体地说，本发明涉及一种聚乙烯管道热熔接头焊接焊缝区检测方法。

背景技术

聚乙烯管道由于具有良好的耐腐蚀性、优良的焊接性能和较长的使用寿命等优势，而被广泛应用于给水工程和燃气输送领域。我国目前新铺设的城市燃气管道绝大多数为聚乙烯管道。热熔焊接连接费用低、密封性良好，在工程中被广泛采用。然而管道接头由于无法做到像管材本体一样的一致性，成为管道系统最薄弱的环节。

目前国内外对聚乙烯管道热熔接头焊接质量的评定主要依赖对卷边形状的目视判定。然而，热熔焊接工序多、工艺复杂，不同的焊接条件下也会形成外观形状相似的卷边，从而导致这种质量评定方法可靠性低。比如，较低的加热温度与较大的焊接压力形成的热熔卷边的形状与正常焊接接头的卷边形状十分相似，难以用肉眼区分。

国内外学者对聚乙烯管道热熔接头焊接过程进行了数值模拟研究(谷侃锋，高密度聚乙烯压力管道热板焊接接头应力场有限元模拟，天津大学硕士学位论文，2003；Shillitoe，S.，etal.Finite element approach to butt fusion welding analysis，Journal of Process MechanicalEngineering，1990)，发现焊缝厚度不仅与焊接工艺过程有明确的对应关系，而且还直接关系到接头的焊接质量。因此，可以用焊缝区的形状、大小来判断热熔焊接质量的优劣。但是由于聚乙烯热熔焊接是通过将管材加热至熔融，然后迅速在焊接压力下粘接在一起，即焊缝材料实际上是管材熔融后形成的，焊缝与管材材料的分子结构是相同的，因此在热熔焊接后难以区分出焊缝区与非焊缝区的聚乙烯。

美国P.Barber博士(Some microstructural features of the welds in butt-welded polyethyleneand polybutene pipes，Journal of materials science)提出一种聚乙烯管道热熔接头焊缝区的观测方法，他将切下来的热熔接头试样在67℃的铬酸(chromic acid)溶液中刻蚀三天之后，放在光学显微镜下观察(放大16倍)，观测到热熔焊区的形状。但他的方法工艺过程较复杂，而且观测到的焊缝区形状十分模糊，不易辨别，因而难以工程化应用。

目前国内外尚无一种方便快捷可靠地检测聚乙烯管道热熔接头的焊接焊缝区的方法。

发明內容

本发明要解决的技术问题是，提供一种聚乙烯管道热熔接头焊接焊缝区检测方法。

为解决该技术问题，本发明提出如下技术方案：

(1)将待检测的聚乙烯管道热熔接头在距离熔接面约8～30mm处切断，确保断面平整并且与轴线相垂直；

(2)将超声相控阵的探头放置于断面上，获得超声反射信号图像；

(3)调节超声相控阵实时成像设备的增益，直至图像中部出现三根超声反射信号线，保存图像；

(4)用图像软件测量第(3)步骤所得图像里，位于中间的超声反射信号线最大长度的像素数，记为N₁；测量其上面或下面的超声反射信号线上某一点O至中间线的距离的像素数，记为N₂；然后测得O点距离检测区边界距离的像素数，记为N₃；则，

O点距离熔接面的距离L为：

$L=\frac{N_2}{N_1}\·D$

O点距离检测区边界的距离S为：

$S=\frac{N_3}{N_1}\·D$

公式中，D为管材厚度；

(5)按照步骤(4)的方法，通过测量获得上、下两根超声反射信号线上不同位置的被测量点的L值与S值，即可绘制出整个焊缝区的形状。

本发明的有益效果在于：

利用本发明所述方法，可以准确快速地测绘出聚乙烯管道热熔接头焊缝区形状与尺寸，从而可以反推出待检测接头的焊接工艺。

(1)可以有效地对聚乙烯管道热熔接头焊接工艺不正常的缺陷进行检测与表征，如焊缝区过窄，焊缝区边界贴近熔接面则说明热熔焊接过程压力过大；

(2)可以对发生事故的热熔接头的进行事故责任分析，如通过对发生失效的热熔接头进行焊缝区检测，并与正常焊接工艺的接头焊缝进行比较，可以判断该接头是否按照正常的焊接工艺进行焊接操作。如果焊缝区形状不正常，则极可能是由于施工方未按照工艺标准焊接造成接头失效；如果焊缝区形状与正常焊接接头焊缝区形状相同，则可能是管材质量问题或第三方原因造成。

附图说明

图1聚乙烯管热熔焊接接头结构示意图；

图2热熔接头融合区检测图。

图1中的附图标记：管材1、内壁面2、凹槽3、内卷边4、熔接面5、焊缝6、焊缝区边界7、外卷边8、焊缝区边界9、外壁面10。

图2中的附图标记：检测区边界11、焊缝区边界超声反射信号线12、熔接面超声反射信号线13、焊缝区边界超声反射信号线14。

具体实施方式：

聚乙烯管热熔焊接接头结构如图1所示，主要包括管材1、内卷边4、外卷边6和焊缝7，其中焊缝7由热熔焊接过程的熔融区形成。焊缝区域的大小往往与焊接质量有着直接的关系。譬如：焊缝过短可能是由于焊接温度不够导致熔融区深度太小，或者焊接压力过大导致熔融区材料都被挤到焊缝外面形成卷边；焊缝区域过大可能是由于焊接压力太小，或者焊接温度过高引起的。焊缝过短或者过大的情况都会导致焊接接头的质量低于正常焊接接头。

但是，由于聚乙烯管道热熔接头的焊缝材料与管材材料一致，导致焊接结束后无法区分出焊缝材料和管材本体(即焊接后无法区分哪些材料曾经被加热至熔融)。

本发明提出利用超声相控阵实时成像设备检测热熔接头的焊缝区，并测定其范围尺寸的方法。成像后的热熔接头的焊缝区如图2所示。图2中部的三根横线分别对应于焊缝区边界8、熔接面9(中间线)和焊缝区边界10。焊缝区边界8和熔接面9之间，或焊缝区边界10和熔接面9之间的宽度即为单边焊缝区宽度，由此即可确定焊缝区尺寸。

本实施例中，基于超声相控阵实时成像的聚乙烯管道热熔接头焊缝区测定方法按照以下步骤实施：

(1)将待检测的聚乙烯管道热熔接头在距离熔接面约8～30mm处切断，确保断面平整并且与轴线相垂直；

(2)将超声相控阵的探头放置于断面上，获得超声反射信号图像；

(3)调节超声相控阵实时成像设备的增益，直至图像中部出现三根超声反射信号线，保存图像；

(4)用图像软件测得所述图像的中间一根超声反射信号线的最大长度(即图中黑色区域的横线长度)的像素数，记为N₁；测得最上面(或下面)一根超声反射信号线(即图2中焊缝区边界超声反射信号线12或14)上某一点O(图2所示)至中间线(即图2中熔接面超声反射信号线13)的距离的像素数，记为N₂；然后测得O点距离边界的距离的像素数，记为N₃。管材厚度记为D，则O点距离熔接面的距离L可以用如下公式计算：

$L=\frac{N_2}{N_1}\·D$

O点距离检测区边界(管材内表面或外表面)的距离S为：

$S=\frac{N_3}{N_1}\·D$

(5)通过在焊缝区边界超声反射信号线上的不同位置按照步骤(4)的方法进行测点，获得上、下两根超声反射信号线上不同位置的被测量点的L值与S值，即可绘制出整个焊缝区的形状。

还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种聚乙烯管道热熔接头焊接焊缝区检测方法，包括以下步骤：

(1)将待检测的聚乙烯管道热熔接头在距离熔接面约8～30mm处切断，确保断面平整并且与轴线相垂直；

(2)将超声相控阵的探头放置于断面上，获得超声反射信号图像；

(3)调节超声相控阵实时成像设备的增益，直至图像中部出现三根超声反射信号线，保存图像；

(4)用图像软件测量第(3)步骤所得图像里，位于中间的超声反射信号线最大长度的像素数，记为N₁；测量其上面或下面的超声反射信号线上某一点O至中间线的距离的像素数，记为N₂；然后测得O点距离检测区边界距离的像素数，记为N₃；则，

O点距离熔接面的距离L为：

$L=\frac{N_2}{N_1}\·D$

O点距离检测区边界的距离S为：

$S=\frac{N_3}{N_1}\·D$

公式中，D为管材厚度；

(5)按照步骤(4)的方法，通过测量获得上、下两根超声反射信号线上不同位置的被测量点的L值与S值，即可绘制出整个焊缝区的形状。

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