CN108918677A - 一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法 - Google Patents

一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法 Download PDF

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    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water

Abstract

本发明公开了一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，方法如下：根据待检测燃气聚乙烯管道厚度，选择相控阵探头连接相控阵超声探伤仪，将相控阵探头连接到水楔块上；将水楔块放置在使用聚乙烯材料做成的对比试块上进行超声相控阵校准；将水楔块平稳地放置在聚乙烯管道上的热熔焊接接头上，通过施加压力压缩高回弹海绵，使高回弹海绵与热熔焊接接头和聚乙烯管道相配合；设置超声相控阵的聚焦法则，并向水楔块内缓慢注水，充满整个水楔块；移动水楔块，得到检测图像并分析。本发明中楔块与工件的耦合剂是水，经济效益高，而且对具有一定曲率的聚乙烯管均适用，能够在聚乙烯管现场检测中得到应用。

Description

一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法
技术领域
本发明涉及超声相控阵技术领域，具体是一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法。
背景技术
目前大部分城市燃气管道都采用高密度聚乙烯管(PE80或PE100)，随着管道使用年限的增加，失效案例也逐渐增加，而造成聚乙烯管道失效的最主要原因是焊接接头的失效。聚乙烯管焊接接头主要有热熔焊接接头和电熔焊接接头两种。针对于热熔焊接接头，目测检测只能看到聚乙烯管道表面的情况，不能知道管道内部缺陷具体情况。超声检测对于一些尺寸较大的孔洞、裂纹等缺陷有较好的效果，对于一些工艺缺陷未熔合等还不是很理想。因此目前还缺少经济效益高，操作方便，检测可靠性高的无损检测技术在聚乙烯管道热熔接头上得到应用。
超声相控阵检测在聚乙烯管热熔接头检测上的问题主要有聚乙烯材料声阻抗比有机玻璃楔块的声阻抗小；纵波在普通有机玻璃楔块中的声速大于在聚乙烯材料中的声速；声波在聚乙烯材料中的衰减系数是在钢中的10倍左右；聚乙烯管在焊接过程中会产生内外翻边，影响检测的进行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，该方法包括以下步骤：
(1)根据待检测燃气聚乙烯管道厚度，选择相控阵探头，对于同种材料，高频率的超声相控阵探头的分辨力高，但是穿透能力差，衰减大；将相控阵探头连接相控阵超声探伤仪，并将相控阵探头连接到水楔块上；所述水楔块为长方体形状，采用中空设计，即把相控阵探头固定在水楔块上后，探头面垂直以下为空腔；所述水楔块下表面开有长方体环形凹槽，并粘连有高回弹海绵，所述高回弹海绵高出水楔块下底面，高回弹海绵下表面沿长边方向设有弧形凹槽，以便与燃气聚乙烯管道上的热熔焊接接头相配合；所述水楔块上表面设有注水孔，通过注水孔向水楔块内注水；
(2)将水楔块放置在使用聚乙烯材料做成的对比试块上，进行超声相控阵校准，包括声速校准、楔块延时校准和灵敏度校准；
(3)将水楔块平稳地放置在燃气聚乙烯管道上的热熔焊接接头上，通过施加压力压缩高回弹海绵，使高回弹海绵与热熔焊接接头和燃气聚乙烯管道相配合；高回弹海绵具有良好的回弹性能和压缩性能，可以很好地与燃气聚乙烯管道和热熔焊接接头相配合，有效防止水楔块中水的泄漏，起到密封的效果；
(4)根据聚乙烯管道卷边宽度、聚乙烯管道厚度和聚乙烯管道纵波声速，设置超声相控阵的聚焦法则，并向水楔块内缓慢注水，直至水充满整个水楔块；
(5)将水楔块沿着管道轴向和径向移动，得到检测图像并分析是否含有缺陷、缺陷类型以及缺陷位置和大小。
进一步地，使用聚乙烯材料做成的对比试块做法与要求参照《JB/T 8428-2015无损检测超声试块通用规范》。
进一步地，所述注水孔由分别与水楔块顶面垂直和平行的两个圆柱相切形成，并连通水楔块顶面与水楔块中空内部。
进一步地，所述超声相控阵的聚焦法则的设置具体为：通过设置聚乙烯管道厚度、探头型号、扫查方式、激发阵元数、扫查角度、探头位置来进行仿真模拟，让声束能够覆盖到所有需要检测的区域。
进一步地，使用水来代替有机玻璃材料楔块进行超声波的波形转换，同时水作为耦合剂，能够有效减少声能的损耗，提高检测效果。
进一步地，通过该水楔块进行超声相控阵检测时，可以同时进行聚乙烯管道热熔焊接接头两侧的检测。
本发明的有益效果是：本发明提供的燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法能够有效解决声耦合、聚乙烯管曲面和热熔焊接接头对检测的影响，对于一定曲率的聚乙烯管均可以使用，并且所使用的耦合剂为水，操作方便，经济效益好，能在聚乙烯管热熔焊接接头现场检测中得到应用。
附图说明
图1为燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测示意图；
图2为水楔块顶部结构示意图；
图3为水楔块底部结构示意图；
图4为水楔块的标准三视图；
图5为水楔块粘接的高回弹海绵示意图；
图中，相控阵超声探伤仪1、相控阵探头2、水楔块3、热熔焊接接头4、注水孔5、螺纹孔6、探头座7、长方体环形凹槽8、高回弹海绵9、弧形凹槽10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：根据待检测燃气聚乙烯管道厚度，选择相控阵探头2，将相控阵探头2连接相控阵超声探伤仪1，并将相控阵探头2连接到水楔块3上，如图1所示；如图2-5所示，所述水楔块3为长方体形状，采用中空设计，即把相控阵探头2固定在水楔块2上后，探头面垂直以下为空腔；所述水楔块3下表面开有长方体环形凹槽8，并粘连有高回弹海绵9，所述高回弹海绵9高出水楔块3下底面，高回弹海绵9下表面沿长边方向设有弧形凹槽10，以便与燃气聚乙烯管道上的热熔焊接接头4相配合；所述水楔块3上表面设有注水孔5，通过注水孔5向水楔块3内注水；所述注水孔5由分别与水楔块3顶面垂直和平行的两个圆柱相切形成，并连通水楔块顶面与水楔块中空内部；
步骤2：将水楔块3放置在使用聚乙烯材料做成的对比试块上，进行超声相控阵校准，包括声速校准、楔块延时校准和灵敏度校准；对比试块做法与要求参照《JB/T 8428-2015无损检测超声试块通用规范》；
步骤3：将水楔块3平稳地放置在燃气聚乙烯管道上的热熔焊接接头4上，通过施加压力压缩高回弹海绵9，使高回弹海绵9与热熔焊接接头4和燃气聚乙烯管道相配合；
步骤4：根据聚乙烯管道卷边宽度、聚乙烯管道厚度和聚乙烯管道纵波声速，设置超声相控阵的聚焦法则，并向水楔块3内缓慢注水，直至水充满整个水楔块3；
所述超声相控阵的聚焦法则的设置具体为：通过设置聚乙烯管道厚度、探头型号、扫查方式、激发阵元数、扫查角度、探头位置来进行仿真模拟，让声束能够覆盖到所有需要检测的区域；
步骤5：将水楔块3沿着管道轴向和径向移动，得到检测图像并分析是否含有缺陷、缺陷类型以及缺陷位置和大小。通过该水楔块3进行超声相控阵检测时，可以同时进行聚乙烯管道热熔焊接接头4两侧的检测。
所述水楔块3使用水来代替有机玻璃材料楔块进行超声波的波形转换，并且水同时作为耦合剂。PE80聚乙烯管材料声阻抗为2.19·106kg·m-2·s-1，有机玻璃材料楔块声阻抗为3.51·106kg·m-2·s-1，水的声阻抗为1.48·106kg·m-2·s-1，当超声波从有机玻璃材料楔块入射到聚乙烯管时，根据下式(1)和(2)可知，Z2<Z1，r<0，即反射波声压P与入射波声压P0相位相反，反射波与入射波合成声压振幅减少，又因为界面两侧的总声压相等，所以透射声压Pt也减少，导致检测效果不好；而超声波从水中入射到聚乙烯管中时，Z2>Z1，即透射声压Pt增大，检测效果较好，并且水也作为耦合剂，可以有效减少声能的损耗。
式中Z1—第一种介质的声阻抗，Z2—第二种介质的声阻抗，r—声压反射率；
式中Z1—第一种介质的声阻抗，Z2—第二种介质的声阻抗，t—声压透射率。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：根据待检测燃气聚乙烯管道厚度，选择相控阵探头(2)，将相控阵探头(2)连接相控阵超声探伤仪(1)，并将相控阵探头(2)连接到水楔块(3)上；所述水楔块(3)为长方体形状，采用中空设计，即把相控阵探头(2)固定在水楔块(2)上后，探头面垂直以下为空腔；所述水楔块(3)下表面开有长方体环形凹槽(8)，并粘连有高回弹海绵(9)，所述高回弹海绵(9)高出水楔块(3)下底面，高回弹海绵(9)下表面沿长边方向设有弧形凹槽(10)，以便与燃气聚乙烯管道上的热熔焊接接头(4)相配合；所述水楔块(3)上表面设有注水孔(5)，通过注水孔(5)向水楔块(3)内注水；
步骤2：将水楔块(3)放置在使用聚乙烯材料做成的对比试块上，进行超声相控阵校准，包括声速校准、楔块延时校准和灵敏度校准；
步骤3：将水楔块(3)平稳地放置在燃气聚乙烯管道上的热熔焊接接头(4)上，通过施加压力压缩高回弹海绵(9)，使高回弹海绵(9)与热熔焊接接头(4)和燃气聚乙烯管道相配合；
步骤4：根据聚乙烯管道卷边宽度、聚乙烯管道厚度和聚乙烯管道纵波声速，设置超声相控阵的聚焦法则，并向水楔块(3)内缓慢注水，直至水充满整个水楔块(3)；
步骤5：将水楔块(3)沿着管道轴向和径向移动，得到检测图像并分析是否含有缺陷、缺陷类型以及缺陷位置和大小。
2.根据权利要求1所述的一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，其特征在于：使用聚乙烯材料做成的对比试块做法与要求参照《JB/T 8428-2015无损检测超声试块通用规范》。
3.根据权利要求1所述的一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，其特征在于：所述注水孔(5)由分别与水楔块(3)顶面垂直和平行的两个圆柱相切形成，并连通水楔块顶面与水楔块中空内部。
4.根据权利要求1所述的一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，其特征在于：所述超声相控阵的聚焦法则的设置具体为：通过设置聚乙烯管道厚度、探头型号、扫查方式、激发阵元数、扫查角度、探头位置来进行仿真模拟，让声束能够覆盖到所有需要检测的区域。
5.根据权利要求1所述的一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，其特征在于：使用水来代替有机玻璃材料楔块进行超声波的波形转换，同时水作为耦合剂，能够有效减少声能的损耗，提高检测效果。
6.根据权利要求1所述的一种燃气聚乙烯管道热熔焊接接头的超声相控阵检测方法，其特征在于：通过该水楔块(3)进行超声相控阵检测时，可以同时进行聚乙烯管道热熔焊接接头(4)两侧的检测。
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