CN108344753A - 基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法 - Google Patents

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潘金平
祝新伟
蒋晓利
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/02—Investigating the presence of flaws

Abstract

本发明涉及压力管道的检测领域，具体是一种基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷的检测方法。采用矢量网络分析仪检测聚乙烯管道焊接接头时，信号源通过喇叭天线向被测接头发射微波，微波穿透接头表面进入其内部，当行进中的微波遇到缺陷时，介电常数的变化使微波在缺陷处发生反射；反射回来的微波信号被喇叭天线接收，由矢量网络分析仪进行检波和信号放大，计算并分析反射系数S11，以此为依据来判断焊接接头内部是否存在缺陷以及缺陷的类型。本发明具有检测灵敏度高、准确性好等优点，可以有效地检测聚乙烯管道焊接接头的各种缺陷。

Description

基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法
技术领域
本发明涉及压力管道的检测领域，具体是一种基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷的检测方法。
背景技术
聚乙烯(polyethylene，PE)管道广泛用于燃气等危险介质的传输，其具有很多卓越的性能，如：耐低温、耐腐蚀、韧性好、抗开裂，以及连接方便、抗刮能力和抵抗裂纹传播能力良好、使用寿命长等。聚乙烯管材之间的连接是影响其结构完整性及持久强度的重要环节，因此聚乙烯燃气管道系统的安全工作与其接头质量息息相关。聚乙烯管道之间的连接方法主要有热熔焊接和电熔焊接两种。无论是热熔焊接还是电熔焊接，在实际操作过程中都会因为主观或客观的因素，使得聚乙烯管道焊接接头处可能产生各种不同的缺陷，主要包括：裂纹、气孔、夹杂、冷焊等。接头处的缺陷对聚乙烯管道的安全性是很大的威胁，绝大多数聚乙烯管道事故都是由接头缺陷引起的。因此，要提高聚乙烯燃气管道的安全性，必须采用可靠的接头缺陷检测方法。
现有的聚乙烯燃气管道焊接接头的检测方法主要有破坏性检验和非破坏性检验两类。接头的破坏性检验，本质上是对焊接界面粘接能力的评定，主要为焊机厂家所采用。非破坏性检验主要指超声检测，能够直接获得材料内部的状态信息，可以对一些宏观缺陷进行判别，但聚乙烯是高分子材料，相比金属材料会吸收和损耗更多的声波能量，并且由于其结构比金属材料复杂，易于增加声波的散射，大大增加了聚乙烯管道接头超声检测的难度。
发明内容
为了克服上述背景技术的不足，本发明的目的是提供一种基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷的检测方法，该检测方法可检测多种类型的缺陷，具有检测灵敏度高、可靠性好、操作简便等优点。
本发明的技术方案是：
一种基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，采用矢量网络分析仪检测聚乙烯管道焊接接头时，信号源通过喇叭天线向被测接头发射微波，微波穿透接头表面进入其内部，当行进中的微波遇到缺陷时，介电常数的变化使微波在缺陷处发生反射；反射回来的微波信号被喇叭天线接收，由矢量网络分析仪进行检波和信号放大，计算并分析反射系数S11，以此为依据来判断焊接接头内部是否存在缺陷以及缺陷的类型。
所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，按以下步骤实现：
(1)将喇叭天线置于聚乙烯管道焊接接头外表面，相距0～10厘米，缓慢移动进行扫描，信号源通过喇叭天线向焊接接头发射频率为2～18GHz的微波；
(2)从焊接接头反射回来的微波信号被喇叭天线接收，传输至矢量网络分析仪内，进行检波和信号放大；
(3)通过对信号数据的计算和分析，判断是否存在缺陷以及缺陷类型的数据。
所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，在对聚乙烯管道焊接接头进行检测时，避免使用耦合剂。
所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，检测时，喇叭天线在聚乙烯管道焊接接头的外表面缓慢移动，移动速度不超过1厘米/秒。
所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，喇叭天线与焊接接头外表面进行接触检测；或者，采用喇叭天线靠近焊接接头外表面的方式进行检测。
所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，焊接接头为热熔接头或电熔接头。
本发明的原理如下：
微波是一种频率范围在0.3～300GHz之间的电磁波。当微波从一种介质进入到另一种具有不同介电常数的介质中时，两种介质介电常数的差异使微波的参数发生变化。材料中的缺陷可以看作是具有与周围材料不同的介电常数的介质，当行进中的微波遇到缺陷的时候，介电常数的变化使微波在缺陷处发生反射。反射回来的微波信号经过检波和信号放大，可以计算出反射系数，根据反射系数可以判断是否存在缺陷以及缺陷的类型。
与现有技术相比，本发明提供的检测方法能够有效地检测出聚乙烯管道焊接接头的缺陷，具体优点及有益效果如下：
(1)采用本发明检测时，与矢量网络分析仪连接的喇叭天线向待测样品发射一定频率的微波，被样品反射回来的微波信号由喇叭天线接收进入矢量网络分析仪，经检波和信号放大后对相应的反射系数S11进行计算和分析，以此来检测焊接接头中的缺陷。与常规的超声、射线等无损检测方法相比，本发明的检测方法在检测时无需使用耦合剂，可以实现不接触表面的快速检测，检测效率高。
(2)本发明的检测方法仅需要使用一种仪器设备，操作简便，成本较低。
(3)本发明的检测方法适用于对各种介电材料的检测，如：塑料、橡胶、陶瓷、玻璃钢等。国内外目前尚未见有关使用矢量网络分析仪对聚乙烯管道焊接接头进行检测的报道，因此本发明的实施有望填补国内该领域的空白。
附图说明
图1是本发明使用矢量网络分析仪检测聚乙烯管道焊接接头的示意图。图中，1、PE管；2、被测接头。
具体实施方式
如图1所示，本发明使用矢量网络分析仪检测聚乙烯管道焊接接头的原理如下：
矢量网络分析仪信号源通过喇叭天线向PE管2的被测接头1发射微波，微波遇到缺陷发生反射；反射回来的微波信号被喇叭天线接收，由矢量网络分析仪进行检波和信号放大，进一步通过处理器行处理和显示器进行显示，基于反射波信号和同时进行处理的入射波信号计算反射系数S11。
在具体实施过程中，本发明基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头的检测方法，按以下步骤实现：
(1)将喇叭天线置于聚乙烯管道焊接接头外表面，相距0～10厘米缓慢移动，同时矢量网络分析仪内部的微波信号源通过喇叭天线向焊接接头发射频率为2～18GHz的微波；
(2)从焊接接头反射回来的微波信号，被喇叭天线接收并进入矢量网络分析仪；
(3)反射的微波信号经过检波和信号放大后，计算得到反射系数S11，根据S11可以判断是否存在缺陷以及缺陷的类型(表1)。
表1
S11值(dB) 缺陷类型
-23---18 无缺陷
-7---4.5 气孔缺陷
-15---11 夹砂缺陷
-9---6.5 裂纹缺陷
-11---8.5 冷焊缺陷
下面，结合具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例中，使用本发明的矢量网络分析仪检测法对一含有夹杂缺陷的聚乙烯管道热熔接头进行检测。先对接头外表面进行简单处理，使其光滑平整，然后按照本发明提供的技术方案中的步骤对接头进行检测。将喇叭天线置于该热熔接头外表面，喇叭天线与接头外表面之间的距离为1cm，缓慢移动喇叭天线(移动速度0.5厘米/秒)，发射频率为10GHz的微波，从接头反射回来的微波信号被喇叭天线接收进入矢量网络分析仪，经过检波和信号放大后，计算反射系数S11值为-5.7dB，可判断该接头中存在气孔缺陷。
实施例2
本实施例中，使用本发明的矢量网络分析仪检测法对一含有夹杂缺陷的聚乙烯管道热熔接头进行检测。先对接头外表面进行简单处理，使其光滑平整，然后按照本发明提供的技术方案中的步骤对接头进行检测。将喇叭天线置于该热熔接头外表面，喇叭天线与接头外表面之间的距离为2cm，缓慢移动喇叭天线(移动速度0.2厘米/秒)，发射频率为8GHz的微波，从接头反射回来的微波信号被喇叭天线接收进入矢量网络分析仪，经过检波和信号放大后，计算反射系数S11值为-8.4dB，可判断该接头中存在裂纹缺陷。
实施例3
本实施例中，使用本发明的矢量网络分析仪检测法对一含有夹杂缺陷的聚乙烯管道热熔接头进行检测。先对接头外表面进行简单处理，使其光滑平整，然后按照本发明提供的技术方案中的步骤对接头进行检测。将喇叭天线置于该热熔接头外表面，喇叭天线与接头外表面之间的距离为0.5cm，缓慢移动喇叭天线(移动速度0.3厘米/秒)，发射频率为12GHz的微波，从接头反射回来的微波信号被喇叭天线接收进入矢量网络分析仪，经过检波和信号放大后，计算反射系数S11值为-12.8dB，可判断该接头中存在夹砂缺陷。
实施例4
本实施例中，使用本发明的矢量网络分析仪检测法对一含有夹杂缺陷的聚乙烯管道热熔接头进行检测。先对接头外表面进行简单处理，使其光滑平整，然后按照本发明提供的技术方案中的步骤对接头进行检测。将喇叭天线置于该热熔接头外表面，喇叭天线与接头外表面之间的距离为1.2cm，缓慢移动喇叭天线(移动速度0.1厘米/秒)，发射频率为9GHz的微波，从接头反射回来的微波信号被喇叭天线接收进入矢量网络分析仪，经过检波和信号放大后，计算反射系数S11值为-9.9dB，可判断该接头中存在冷焊缺陷。
实施例结果表明，基于矢量网络分析仪的检测方法可检测聚乙烯管道焊接接头内多种类型的缺陷，具有检测灵敏度和精度高、可靠性好等优点，检测成本较低。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本本发明的限定范围。

Claims (6)

1.一种基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，其特征在于，采用矢量网络分析仪检测聚乙烯管道焊接接头时，信号源通过喇叭天线向被测接头发射微波，微波穿透接头表面进入其内部，当行进中的微波遇到缺陷时，介电常数的变化使微波在缺陷处发生反射；反射回来的微波信号被喇叭天线接收，由矢量网络分析仪进行检波和信号放大，计算并分析反射系数S11，以此为依据来判断焊接接头内部是否存在缺陷以及缺陷的类型。
2.按照权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，其特征在于，按以下步骤实现：
(1)将喇叭天线置于聚乙烯管道焊接接头外表面，相距0～10厘米，缓慢移动进行扫描，信号源通过喇叭天线向焊接接头发射频率为2～18GHz的微波；
(2)从焊接接头反射回来的微波信号被喇叭天线接收，传输至矢量网络分析仪内，进行检波和信号放大；
(3)通过对信号数据的计算和分析，判断是否存在缺陷以及缺陷类型的数据。
3.按照权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，其特征在于，在对聚乙烯管道焊接接头进行检测时，避免使用耦合剂。
4.按照权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，其特征在于，检测时，喇叭天线在聚乙烯管道焊接接头的外表面缓慢移动，移动速度不超过1厘米/秒。
5.按照权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，其特征在于，喇叭天线与焊接接头外表面进行接触检测；或者，采用喇叭天线靠近焊接接头外表面的方式进行检测。
6.按照权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的聚乙烯管道焊接接头缺陷检测方法，其特征在于，焊接接头为热熔接头或电熔接头。
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