CN110455807A - 针对防腐管道外防腐层的dsc气泡无损检测方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
针对现有技术中防腐管道外防腐层内气泡的检测难的问题，本发明提供一种针对防腐管道外防腐层的DSC气泡无损检测方法以及装置，其技术方案在于，首先对被测物体做散斑处理，再将预测量的位置进行负压处理，结合摄像头在预先设定的时间间隔对物体变形前后进行拍照，并将所有采集到的图像信息即散斑场进行对比及相关处理，以此得到物体的变形结果。本发明具有结构简单，测量方便，结果准确度高的优点，无需进行破坏性检测即可得到测量结果，节约了时间和成本。
Description
技术领域
本发明属于主要涉及热煨弯管3PE或直管防腐层气泡率的无损检测领域，尤其涉及防腐管道外防腐层的气泡无损检测方法以及使用该方法的装置。
背景技术
目前国内大口径防腐弯管或直管主要用在西气东输、陕京输气、库鄯输油、靖西输气，涩宁兰输气、兰成渝输油等长输管线上。我国未来需要再铺设300万km的长输管线，目前弯管的产值平均为20万元/km，市场容量约为6000亿元。大口径防腐弯管防腐层为3PE结构。以弯管为例，弯管的3PE结构是指，在经过除锈处理的钢管表面喷涂环氧树脂粉末，形成熔结环氧树脂层。待涂层处于胶化状态时，在环氧树脂层表面包覆聚乙烯复合带，复合带由内层的粘结剂层和外层的聚乙烯带构成。复合带经加热后粘结剂层和聚乙烯带处于粘流态，此时粘流态的粘结剂层和胶化状态的环氧树脂层之间产生化学和物理结合；粘流态的粘结剂层和粘流态的聚乙烯带之间也产生化学和物理结合。同时借助碾压轮的作用，将这三层紧密压合在一起，形成3PE结构。
国家和行业标准对3PE防腐层的气孔、气泡率是有要求的：无暗泡、无麻点、无皱折、表面搭接均匀等。因为这些缺陷会直接导致管道表面的局部腐蚀，对整个输油管线系统的安全运行造成严重危害，因此必须严格检测。
但是目前这只能通过破坏性检测方法，即将3PE层沿着圆周或者平行于管道中心线的方向切开防腐层来获得气孔或孔隙率的数据。破坏性检测的成本很高，因此在质量检验的时候，一般采用外观逐只目测检测的方法，但这种方法是靠检测人员的经验进行判断，人为干扰因素大。如何对有机包覆材料中的气孔进行科学的检测和评价，目前还没有效的测量检测设备。
现有的技术如超声波检测(UT)、磁粉(MT)或漏磁(EMI)检测、渗透检测(PT)、涡流检测(ET)等，尽管都属于无损检测手段，但它们的应用范围都限于金属材质，尤其是铁磁性材料。到目前为止，对有机物中出现的气孔，最可靠的检测手段仍然是破坏性检测。无损检测方面有人提出红外成像的方法，但是针对与弯管包覆层，施加外热对管道进行加热是不可行的，另外对气孔的分辨精度要求很高，对1~5mm以下的气孔，即使采用红外成像的方法也难于识别。
发明内容
针对现有技术中防腐管道外防腐层内气泡的检测难的问题，本发明提供一种针对防腐管道外防腐层的DSC气泡无损检测方法以及装置。
所述的一种针对防腐管道外防腐层的DSC气泡无损检测方法，其技术方案在于：首先对待测防腐管道外防腐层做散斑处理，将待测防腐管道外防腐层的待测部位表面形成负压，再通过摄像头对待测防腐管道外防腐层进行连续拍照，记录变形前和变形后的连续图像；通过数字散斑图像分析软件将采集到的图像信息进行对比，以此得到待测防腐管道外防腐层的变形结果；根据待测防腐管道外防腐层的变形结果，得到气孔的位置、大小和分布，以及气孔周围的应力、应变的大小和方向。
所述的一种应用上述DSC气泡无损检测方法的装置，其技术方案在于：包括用于与待测防腐管道外防腐层接触的橡胶皮碗、与橡胶皮碗密封连接的透明的玻璃罩、以及微型抽气泵、以及摄像头和计算机；其中，摄像头设置在玻璃罩远离待测防腐管道外防腐层一侧；玻璃罩上设置有与微型抽气泵连接的通孔。
本发明的有益效果是：本发明首先对被测物体做散斑处理，再将预测量的位置进行负压处理，结合摄像头在预先设定的时间间隔对物体变形前后进行拍照，并将所有采集到的图像信息即散斑场进行对比及相关处理，以此得到物体的变形结果。 本发明具有结构简单，测量方便，结果准确度高的优点，无需进行破坏性检测即可得到测量结果，节约了时间和成本。
附图说明
图1为本发明使用示意图。
图2为试件样图。
图3a为图2中试件在受到拉力后在X轴方向的位移图。
图3b为图3a的云图。
图3c为图2中对应观测区域的表面形貌图。
图4a为图2中试件在受到拉力后在X轴方向的应变图。
图4b为图4a的云图。
图4c为图2中对应观测区域的表面形貌图。
图5a为图2中试件在受到拉力后在Y轴方向的应变图。
图5b为图5a的云图。
图5c为图2中试件在受到拉力后在Y轴方向的应变图。
其中， 1、橡胶皮碗；2、密封胶；3、玻璃罩；4、通气嘴；5、塑料通气管；6、微型抽气泵；7、计算机；8、数据线；9、摄像头；10. 3PE外防腐层；100. 聚乙烯层；101. 粘结剂层；102. 环氧树脂层；20.钢管。
需要明确的是：3PE外防腐层包括依次设置在钢管20外侧壁上的环氧树脂层102、粘结剂层101以及聚乙烯层100。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
数字散斑技术即利用数字散斑相关方法来测量分析被测物体的位移和应变的，这是一种利用光学原理、双目立体视觉技术以及散斑的相关方法通过检测对象的平面形变，从而检测该物体的应变量的方法。在具体实施中，首先对被测物体做散斑处理，再结合摄像头在预先设定的时间间隔对物体变形前后进行拍照，并将所有采集到的图像信息即散斑场进行对比及相关处理，以此得到物体的变形结果。这种技术是非接触式的，通过拍摄提高结果的准确性，且能够将应变的计算转换成可以测量到的相关信息，降低了操作的难度。
一种应用上述DSC气泡无损检测方法的装置，包括用于与待测防腐管道外防腐层接触的橡胶皮碗1、与橡胶皮碗1密封连接的透明的玻璃罩3、以及微型抽气泵6、以及摄像头9和计算机7；其中，摄像头9设置在玻璃罩3远离待测防腐管道外防腐层一侧；玻璃罩3上设置有与微型抽气泵6连接的通孔。
其中，微型抽气泵6的输出端设置有塑料通气管5；塑料通气管5的输出端设置有通气嘴4；通气嘴4与玻璃罩3上的通孔连接。
在使用时，将圆筒型的透明的玻璃罩3和橡胶皮碗1用密封胶2粘接牢固，并保证粘接处密封可靠。玻璃罩3的侧壁开有一个通孔，将通气嘴4插入通孔内，并用密封胶2将小孔与通气嘴4之间粘接牢固，密封可靠。将塑料通气管5套在通气嘴4上，塑料通气管的另一端与微型抽气泵6相连接。将摄像头9通过数据线8与装有DSC软件分析系统的计算机7连接。所述的计算机7可以是笔记本电脑。
具体测量过程：
1）在待测的3PE外防腐层10区域喷涂散斑漆，形成黑白相间的致密的像素点，自然干燥；
2）将橡胶皮碗1放置在钢管20外包覆的聚乙烯层100上的待测量位置，然后用摄像头9透过玻璃罩3采集橡胶皮碗1所包围区域内的聚乙烯层100外表面的图像信息。这张图片为原始空白样照片，用来和以后采集的图像进行对比分析。
3）按压橡胶皮碗1，使其与钢管20外包覆的聚乙烯层100紧密接触。然后启动微型抽气泵6，微型抽气泵6通过塑料通气管5和通气嘴4与玻璃罩3相连，将玻璃罩3里的空气抽出来，橡胶皮碗1的作用是起密封作用，保证玻璃罩3所包覆的区域与外界是密闭的。
玻璃罩3里的空气被抽出一部分以后，其内部的气体压力要低于外界的大气压力，因此形成负压。玻璃罩3内部的管道外防腐层会在负压的作用下，被垂直于其表面的大气的负压力拉起。这种拉起的力量不需要很大，拉起的距离也是微观的，因为摄像头9能够通过黑白相间的散斑清晰地捕捉到这种位移微量的变化。
4）摄像头9间隔时间T持续采集图像，并通过和原始的图像一一做对比，就能够观察到管道外防腐层在连续的负压变化过程中，管道外防腐层表面质点的连续的位移变化量。
5）计算机7里的数字散斑图像分析软件对位移变化量进行计算，分析出质点的位移场、应力场、应变场的变化，并拟合成数字影像，通过数字影像，可以清晰地显示出聚乙烯层100与环氧树脂层102之间通过粘结剂层101的贴合情况。能够清晰的观察到气孔的位置、大小和分布，以及气孔周围的应力、应变的大小和方向。
为了进一步解释本发明的工作原理，通过如下实验，来进一步阐述DSC检测的原理与所获得的图像状态。
实验过程：1）将聚乙烯复合带切割成30mm宽的条料若干，如图2。
2）先使用白漆打的，注意要均匀，再喷黑漆制造散斑，注意喷漆时要离开一定的距离，保证黑色斑点分布均匀，这是关键的一步，若制造的散斑达不到检测要求，会对检测结果造成影响，其制造后的试件如图2所示。我们将平行与条料长度的方向定义为Y方向，将垂直与条料长度的方向定义为X方向。
3）然后将聚乙烯复合带条料加热，条料的加热条件是胶面加热18s到220℃，塑面加热10s到150℃。然后将两根条料的胶面对粘，并保留各自端头不粘接，并保证粘接牢固，这样得到实验所需的试样。
4）将试样端头固定在拉伸试验机上，用计算机控制保持一定的拉伸速度，再用摄像头实时拍摄记录，其拉伸时计算机会显示实时的拉伸力、拉伸位移以及应变。
5）处理数据
该系统会显示试样实时受力的曲线，实现实时掌握拉力的变化情况，还有试样X方向、Y方向和切向的位移和应变云图，由此可以了解试样在拉伸时的变化规律。
实验结果及分析：
实验结果，试样只是拉断其中一条条带，两条带之间的粘接面没有分离，到最后仍处于粘合状态。
图3a表明，试样在X方向上是受力是不均衡的，左侧橘红色区域受拉应力，颜色越深的区域表示该区域在拉应力作用的位移量也越大；右侧蓝色区域受压应力，颜色越深的区域表示该区域在压应力作用的位移量也越大。图3的应力是分布在图5这个观测区域上的。
图3b是图3a的位置云图，从图3b中可以看出，试样的左侧受到拉应力的时候，试样左侧会产生内缩现象，即试样左侧的质点向右侧移动。这些等高值线偏离越大的位置表明其质点的位移量越大。
试样的右侧受到压应力的时候，试样右侧会产生外鼓现象，即试样右侧的质点向右侧移动。这些等值线偏离越大的地方表明其质点的位移量越大。
证明：以上的位移量计算机图形分析结果和人为实际观察到的现象是一致的。
图4a~图4c给出了试样沿X方向的应变、云图及对应观测区域的表面形貌。在图4a可以看出应变的大小和个方向，暖色调区域S区域为正应变区，颜色越深表示正应变的值越大；冷色调区域N区域为负应变区，同样颜色越深则表示负应变的值越大。
图4b给出了图4a所对应的等值线图，将两图对比可以看出等值线包裹的白色区域H区域，应变量大，表明这个区域的粘合力差，也就是产生了气泡。
图5给出了试样沿Y方向的应变、云图及对应观测区域的表面形貌，分别对应图5a~图5c，可以看出大面积的红色区域A区域和相应的等值线区域。将图5b和图4b的白色等值线区域相比较，可知沿Y方向的应变量及应变区域最大，因此图5b所对应的图5c上的区域则是气泡存在的区域。而图4b中的气泡较小，可以忽略不计。
从上面的实验可以看出，试样在受到外力的时候，会产生应变。随着外力的不断加大，应变量不断增大，应变量大的区域能通过应变图和等值线图直观地观察到，从而准确地出气孔区域。因此本发明所开发的装置，通过对管道外层的聚乙烯复合带表面不断施加负压，产生逐渐增大的外力，从而得到应变图及等值线图，通过对比X和Y方向的应变值和区域的大小，从而准确地找出超出临界孔径大小的气泡。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种针对防腐管道外防腐层的DSC气泡无损检测方法，其特征在于：首先对待测防腐管道外防腐层做散斑处理，将待测防腐管道外防腐层的待测部位表面形成逐渐减小的负压，再通过摄像头对待测防腐管道外防腐层进行连续拍照，记录变形前和变形后的连续图像；通过数字散斑图像分析软件将采集到的图像信息进行对比，以此得到待测防腐管道外防腐层的变形结果；根据待测防腐管道外防腐层的变形结果，得到气孔的位置、大小和分布，以及气孔周围的应力、应变的大小和方向。
2.根据权利要求1所述的一种针对防腐管道外防腐层的DSC气泡无损检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.在待测防腐管道外防腐层区域喷涂散斑漆，形成黑白相间的致密的像素点，自然干燥；
b.利用摄像装置拍摄防腐管道外防腐层图像信息，得到原始图像；
c.在待测防腐管道外防腐层的表面上任意位置逐渐施加负压，使待测防腐管道外防腐层的逐渐发生弯曲变形，再次通过摄像装置对此位置进行连续的拍摄，得到形变后的图像；
d.将c步骤得到的形变后的图像与b步骤得到的原始图像一一比较，就能够观察到聚乙烯层在连续的负压变化过程中，待测防腐管道外防腐层表面质点的连续的位移变化量；
e.计算机里的数字散斑图像分析软件对d步骤中得到的位移变化量进行计算，分析出质点的位移场、应力场、应变场的变化，并拟合成数字影像，通过数字影像，可以清晰地显示出聚乙烯层与环氧树脂层之间的贴合情况；能够清晰的观察到气孔的位置、大小和分布，以及气孔周围的应力、应变的大小和方向。
3.一种应用权利要求1所述DSC气泡无损检测方法的装置，其特征在于：包括用于与待测防腐管道外防腐层接触的橡胶皮碗（1）、与橡胶皮碗（1）密封连接的透明的玻璃罩（3）、以及微型抽气泵（6）、以及摄像头（9）和计算机（7）；
其中，摄像头（9）设置在玻璃罩（3）远离待测防腐管道外防腐层一侧；玻璃罩（3）上设置有与微型抽气泵（6）连接的通孔。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：微型抽气泵（6）的输出端设置有塑料通气管（5）；塑料通气管（5）的输出端设置有通气嘴（4）；通气嘴（4）与玻璃罩（3）上的通孔连接。
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