CN113125228A - 聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，具体制作步骤包括：样管准备、缺陷类型选择、缺陷类型分布、缺陷位置标记、缺陷预制、焊接准备、电熔焊接、缺陷检验和试块切割。本发明针对电熔焊接接头缺陷性质，在缺陷预制过程中，将缺陷性状标准化为检测技术验证及科学研究的标准缺陷形式，通过对缺陷形状的标准化使制作的缺陷更接近现场实际形状，并且制作得到缺陷试块的几何参数更接近现场管道，为现场管道的缺陷无损检测研究及现场对比奠定基础。

Description

聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法

技术领域

本发明涉及到无损检测仿真试块制备技术领域，具体属于一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法。

背景技术

随着经济社会的高速发展，非金属管道在油气田中的应用越来越广泛。近几年，各油气田地面工程建设统计表明，每年新建管道长度超过10000km，其中非金属管道占10％～30％。此外，环保项目、给水项目、城镇燃气项目等也越来越多地采用非金属管道。非金属管道的安全性问题也越来越受到人们的关注，非金属管道的检测和评价在未来具有很大的市场空间和发展前景。在众多非金属管道产品中，聚乙烯管道是目前技术最成熟，应用最广泛的产品之一。

目前，聚乙烯管路的检测、埋深检测均有较多的研究成果和技术手段，但是针对开挖之后的无损检测技术，由于系统研究较少，目前非金属管道尚无成熟的无损检测手段和标准规范，这使得非金属管道缺陷检测成为难题，急需填补空白。聚乙烯管道焊缝缺陷无损检测仿真试块的制备成为无损检测技术的一个重要环节，为了对缺陷检测信号进行识别和调试，工程中需要制造不同缺陷类型的仿真试块，通过对仿真试块中典型缺陷的检测，获得相应缺陷类型的典型无损检测信号，通过分析获得该缺陷类型的信号特征和尺寸计算方法，为实际工程中无损检测信号比对识别和处理奠定基础。另一方面，在实际检测中，需要用标准缺陷仿真试块对检测设备进行信号校准和精度调试。目前尚未有成熟的技术被报导，其原因在于，聚乙烯管道与金属管道材质有很大区别，其在生产制造、连接、输送环境等方面均与金属管道有很大差别，主要缺陷形式和形成机理也不同，例如，金属管道中常见的裂纹缺陷几乎不存在于聚乙烯管道中，聚乙烯管道的焊接方式直接采用热熔或电熔方式，也不需要焊丝等材料，因此金属管道缺陷制备方法并不适用于非金属管道。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，针对电熔焊接接头缺陷性质，通过设计对接母材端面结构，实现了焊接接头的夹杂、层间未填满及熔合面分层缺陷的制作，在缺陷预制过程中，通过将缺陷性状标准化为规则形状，能够作为检测技术验证及科学研究的标准缺陷形式；通过对缺陷形状的改变，能够使制作的缺陷更接近现场实际形状。同时，制作的缺陷试块几何参数更接近现场管道，为现场管道的缺陷无损检测研究及现场对比奠定基础。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，具体步骤包括：

S1取缺陷预制管，将缺陷预制管的焊接面定义为缺陷基准端面，选择在缺陷预制管上制作缺陷的类型，将不同类型缺陷的形状和尺寸标准化；

S2根据管径尺寸和缺陷类型在缺陷基准端面连接的缺陷预制管的外管壁上进行不同类型的缺陷预制，所述缺陷预制用直径为R的钻头在每个缺陷加工点的中心处进行钻孔，钻孔深度为L；

S3取对接管，将步骤S2中的缺陷预制管的缺陷基准端面与对接管的焊接端分别从电熔焊接管件的两端伸入电熔焊接管件进行焊接固定，对焊缝进行无损检测，将焊缝沿横轴轴向分割、打磨得到聚乙烯管道电容焊接接头缺陷无损检测仿真试块。

进一步的，所述缺陷预制管和对接管均选择表面光洁无缺陷的样管，将样管沿纵轴轴向分割，得到长度为100mm～300mm的管段。

进一步的，步骤S1中，所述缺陷类型包括熔合面分层缺陷、层间夹杂缺陷和层间未填满缺陷，所述熔合面分层缺陷的缺陷形状为圆柱形，尺寸表征为面积；所述层间夹杂缺陷和层间未填满缺陷的缺陷形状均为球形，尺寸表征为体积。

进一步的，步骤S2中，缺陷基准端面包括熔合面分层基准端面、层间未填满基准端面和层间夹杂基准端面，在所述熔合面分层基准端面、层间未填满基准端面和层间夹杂基准端面连接的缺陷预制管的管壁上标记缺陷加工点，所述缺陷加工点与缺陷基准端面之间的距离为所述电熔焊接管件长度的0.05～0.3倍。

进一步的，所述与熔合面分层基准端面连接的缺陷预制管的管壁上开有熔合面分层缺陷钻孔，将熔合面分层缺陷形状标准化为圆形面积，其缺陷尺寸用面积S表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率；

L＝k+x+2mm (2)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件中的缺陷预制管的侧面的熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时的套接在电熔焊接管件中的缺陷预制管的侧面刮削深度。

进一步的，所述与层间夹杂基准端面连接的缺陷预制管的管壁上开有层间夹杂缺陷钻孔，将层间夹杂缺陷的形状标准化为球形，其缺陷尺寸用体积V表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率。

L＝k+x+2R (4)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件中的缺陷预制管的侧面熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时套接在电熔焊接管件中的缺陷预制管的侧面刮削深度。

进一步的，所述与层间未填满基准端面连接的缺陷预制管的管壁上开有层间未填满缺陷钻孔，将层间夹杂缺陷的形状标准化为球形，其缺陷尺寸用体积V表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率。

L＝k+x+2R (4)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件中的缺陷预制管的侧面的熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时套接在电熔焊接管件中的缺陷预制管的侧面刮削深度。

进一步的，步骤S2中，同一类型的缺陷预制时至少制作三个不同尺寸的缺陷在缺陷预制管的管壁上。

进一步的，步骤S2中，将不同尺寸的缺陷按照从小到大的顺序，顺时针方向依次预制到缺陷预制管的管壁上。

进一步的，步骤S3中，当预制好层间夹杂缺陷钻孔后，在预制好的钻孔中放入一粒钢珠，并将钢珠固定在层间夹杂缺陷钻孔的底部。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提出一种聚乙烯管道电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块制作方法，针对电熔焊接接头缺陷性质，通过设计对接母材端面结构，实现了焊接接头的夹渣、层间未填满及熔合面分层缺陷的制作。在缺陷预制过程中，通过将缺陷形状和尺寸标准化为规则形状，能够作为检测技术验证及科学研究的标准缺陷形式；通过对缺陷形状的改变，能够使制作的缺陷更接近现场实际形状，更方便对实际缺陷的仿真及对比。同时，制作的缺陷试块也保持了聚乙烯管道自身的曲率特性，试块几何参数更接近现场管道，为现场管道的缺陷无损检测研究及现场对比奠定基础。

本发明将聚乙烯管电熔焊接接头缺陷标准化为正规形状，方便了对缺陷的预制和定量测量。通过钻床对缺陷进行预制，在对钻孔尺寸的设计中，考虑到了电熔焊接过程中的表面打磨和熔合长度，保证了焊接过程中表面打磨和熔合所需的余量，在焊接完成后，预制的钻孔尺寸恰好能够在管段与管件融合线上形成一个特定尺寸的缺陷。通过将焊接好的焊缝接头分割成瓦片状，既保留了聚乙烯管道本身的曲率，又减少了试块所占空间，方便携带和搬运。本发明所提出的聚乙烯管电熔焊接接头缺陷仿真试块制作方法简单可行，成功率高，能够为聚乙烯管标准试片的制备奠定基础。

附图说明

图1聚乙烯管电熔焊接接头缺陷仿真试块制作流程图。

图2缺陷预制管上的缺陷分布设计示意图。

图3缺陷预制管上的缺陷预埋示意图，其中，(a)为正视图，(b)为左视图，(c)为截面A-A的右视剖视图。

图4聚乙烯管电熔焊接缺陷制作示意图。

附图中：1.熔合面分层基准端；2.层间未填满基准端；3.层间夹杂基准端；4.缺陷加工点；5.熔合面分层缺陷钻孔；6.层间夹杂缺陷钻孔；7.层间未填满缺陷钻孔；8.钢珠；9.缺陷预制管；10.缺陷基准端；11.对接管；12.电熔焊接管件；13.插孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本作进一步的说明。

本发明所提出的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，具体制作步骤如图1所示，包括样管准备、缺陷类型选择、缺陷类型分布、缺陷位置标记、缺陷预制、焊接准备、电熔焊接、缺陷检验和试块切割。

第一步：样管准备

通过市场调研，确定检测的样管规格及生产厂家，进行样管采购。样管运到后，对其进行外观检测，标记出表面有划痕、凹坑、凸起等缺陷的部分，选择表面光洁无缺陷的部分作为缺陷制作的管段。将样管的无缺陷部分沿轴向切割成长度为100～300mm的管段，得到缺陷预制管9和对接管11，缺陷预制管9和对接管11的规格相同。

第二步：缺陷类型选择

聚乙烯管道电熔焊接属于承插式焊接，两根对接管段通过一根管件套接在一起，通过管件内的热电偶发热将缺陷预制管9和对接管11的外壁与电熔焊接管件12的内壁熔融，冷却后达到焊接效果，因此焊接缺陷位于电熔焊接管件12与缺陷预制管9和对接管11的熔合面内。电熔焊接接头缺陷类型和缺陷尺寸参数见表1。

表1电熔焊接接头不同缺陷类型及缺陷尺寸参数表

第三步：缺陷类型分布

取缺陷预制管9，将缺陷预制管9的一个端面定义为缺陷基准端面10，缺陷基准端面10包括熔合面分层基准端面1、层间未填满基准端面2和层间夹杂基准端面3。

根据管径尺寸和缺陷类型数，对于大口径的缺陷预制管9，其管口圆周较长，因此将同一节缺陷预制管9的缺陷基准端面10等分为三个扇形区域，将三个扇形区域分别定义为熔合面分层基准端面1、层间未填满基准端面2和层间夹杂基准端面3，不同扇形区域分布不同类型的缺陷，这样避免了材料的浪费，也节约了加工时间，大口径的缺陷预制管9的管径R₁应该满足：

2×π×R₁≥6×n×N×R_max×m

其中R₁为管径，π为圆周率，N为要制作的缺陷类型数量，n为每种缺陷制作的不同尺寸量，R_max为需要制作的最大缺陷半径，m为每种尺寸的缺陷重复数量。

对于小口径的缺陷预制管9，其管口圆周较短，无法在同一节缺陷预制管9的圆周同时分布多种不同的缺陷，就可以选择性地分布一种或两种。

第四步：缺陷位置标记

首先确定缺陷数量，每一种类型的缺陷至少制作3个不同尺寸的缺陷，并且为避免缺陷制作失败，制作缺陷时，可将相同类型同一尺寸的缺陷多做几个并将其均匀分布在缺陷预制管9的管壁上，并用记号笔标记缺陷加工点4。由于电熔接头通过一根电熔焊接管件12将缺陷预制管9和对接管11的焊接面进行焊接，所以焊接缺陷分布在电熔焊接管件12内表面与缺陷预制管9和对接管11的外表面熔合面之间。

1)熔合面分层基准端面：

在熔合面分层基准端面1所连接的缺陷预制管9的外表面进行缺陷位置标记，将设计的熔合面分层缺陷的面积按照从小到大的顺序顺时针方向依次分配在陷预制管9的外表面上，并用记号笔标记缺陷加工点4，将分配的熔合面分层缺陷的面积写在缺陷加工点4旁边，缺陷加工点4用记号笔标记为一个“×”，“×”距熔合面分层基准端面1的距离为0.05～0.3倍的电熔焊接管件12的长度。

2)层间未填满基准端面：

在层间未填满基准端面2所连接的缺陷预制管9的外表面进行缺陷位置标记，将设计的层间未填满缺陷体积按照从小到大的顺序，顺时针方向依次分配在陷预制管9的外表面上，并用记号笔标记缺陷加工点4，将分配的层间未填满缺陷体积写在缺陷加工点4旁边。缺陷加工点4用记号笔标记为一个“×”，“×”距层间未填满基准端面2的距离为0.05～0.3倍的电熔焊接管件12的长度。

3)层间夹杂基准端面：

层间夹杂基准端面3所连接的缺陷预制管9的外表面进行缺陷位置标记，将设计的层间夹杂缺陷的体积按照从小到大的顺序，顺时针方向依次分配在陷预制管9的外表面上，并用记号笔标记缺陷加工点4，将分配的层间夹杂缺陷的体积写在缺陷加工点4旁边。缺陷加工点4用记号笔标记为一个“×”，“×”距层间夹杂基准端面3的距离为0.05～0.3倍的电熔焊接管件12的长度。

第五步：缺陷预制

在缺陷预制管9的外表面进行缺陷预制，缺陷预制采用钻床进行加工，用直径为R的钻头在每个缺陷加工点4的中心处进行钻孔，钻孔深度为L，对于不同的缺陷类型，R和L计算公式不同，具体计算方法如式1～4所示。

(1)对于熔合面分层缺陷钻孔5，本发明将熔合面分层缺陷的形状标准化为圆形面积，其缺陷尺寸用面积S表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率。

L＝k+x+2mm (2)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9的侧面的熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9的侧面刮削深度，可以在相同规格的管段电熔焊接过程中测量获得。

本发明将熔合面分层缺陷形状规则化为圆形，方便了对缺陷的预制和定量测量。通过钻床对熔合面分层缺陷进行预制，在对钻孔尺寸的设计中，考虑到了焊接过程中的侧面刮削深度和熔融深度，增加了熔合面分层间隙约2mm，保证了焊接过程中侧面切削和熔合所需的余量，在焊接完成后，预制的钻孔尺寸恰好能够在管段与管件融合线上形成一个特定尺寸的熔合面分层缺陷。

(2)对于层间未填满缺陷钻孔，本发明将层间未填满缺陷的形状标准化为球形，其缺陷尺寸用体积V表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率。

L＝k+x+2R (4)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9的侧面的熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9的侧面刮削深度可以在相同规格的管段电熔焊接过程中测量获得。

本发明将层间未填满缺陷形状规则化为球形，方便了对缺陷的预制和定量测量。通过钻床对层间未填满缺陷进行预制，在对钻孔尺寸的设计中，考虑到了焊接过程中的侧面刮削深度和熔融深度，增加了层间未填满形成所需的尺寸2R，保证了焊接过程中侧面切削和熔合所需的余量，在焊接完成后，预制的钻孔尺寸恰好能够在管段与管件融合线上形成一个特定尺寸的球形层间未填满缺陷。

(3)对于层间夹杂缺陷钻孔，本发明将层间夹杂缺陷标准化为球形，其缺陷尺寸用体积V表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率。

L＝k+x+2R (4)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9的侧面的熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9的侧面刮削深度，可以在相同规格的管段电熔焊接过程中测量获得。

本发明将层间夹杂缺陷形状规则化为球形，方便了对缺陷的预制和定量测量。通过钻床对缺陷进行预制，在对钻孔尺寸的设计中，考虑到了焊接过程中的侧面刮削深度和熔融深度，增加了层间夹杂尺寸2R，保证了焊接过程中侧面切削和熔合所需的余量，在焊接完成后，预制的钻孔尺寸恰好能够在焊接接头上形成一个特定尺寸的球形层间夹杂缺陷。

第六步：焊接准备

熔合面分层缺陷和层间未填满缺陷是通过钻孔深度的不同来区分，最终焊接后会形成对应的缺陷类型。

而层间夹杂缺陷需要在钻孔内放置碎石块、铁屑、钢珠等作为夹杂物，对于便于实验室内校准，本发明在缺陷预制管9外表面的每个层间夹杂缺陷钻孔7的底部填入一粒球形钢珠8，钢珠8的体积与对应位置处设计的层间夹杂缺陷的体积相等，采用钢珠8规范了层间夹杂缺陷的形状，便于实验室校准；

优选的，对于实验研究的层间夹杂缺陷试块，在钻孔中放置碎石块、铁屑等可以更真实地模拟实际工程中的夹杂。

第七步：电熔焊接

将缺陷预制管9的缺陷基准端面10与对接管11的一端按照常规的电熔焊接流程进行对接。电熔焊接时，两个管段通过电熔焊接管件12同轴套接在一起，电熔焊接管件12内部分布有热电阻丝，表面有两个插孔，将焊机插头接入管件插孔，按照说明书规定的步骤及操作即可完成电熔焊接，焊接过程中，各参数按照表2中的要求进行控制。

由于在缺陷预制时考虑了电熔焊接过程中套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9的侧面切削和熔合所需的余量，并且将钢珠与缺陷钻孔底部密切粘接在一起，防止了钢珠的移动，所以当焊缝形成时，管段外表面与管件内表面相互熔融，预埋的钻孔深度也随之缩短，钻孔底端向焊缝熔合面缩进，当焊缝形成后，预制的缺陷正好处在焊缝的熔合面上，成功地模拟了电熔焊接过程中的熔合面分层缺陷、层间未填满缺陷和层间夹杂缺陷。

表2电熔焊接过程关键参数控制指标

焊接参数	控制值
		电源	180～280V，50～60Hz交流电，接地线
氧化层切削量	0.5x～3.5x
		对接端面间隙	1～8mm
对接管同轴度	最大错边量≤管壁厚的10～30％
		加热板温度	180～280℃
侧面熔融深度	0.5k～3.5k

第八步：缺陷检验

利用非金属无损检测技术对制作好的焊缝进行无损检测，并将检出的缺陷位置与预埋的缺陷位置进行对比，验证缺陷预制是否成功，对于制作失败的缺陷，重复步骤一至步骤八，直至缺陷预制成功。

第九步：试块切割

用电锯将焊接好的焊缝沿缺陷预制管9横轴轴向切割成块瓦片状的试块，每个试块内包含同一种缺陷类型，切割完成后，用砂纸将切割面进行打磨，保证切割面平整无毛刺，即可完成即可完成聚乙烯管电熔焊接接头缺陷仿真试块的制作。

优选的，当同时存在制作成功和制作成功的缺陷时，也可以只切割制备成功的缺陷类型，再另外制备未成功的缺陷类型。

实施例1

第一步：样管准备

本实施例使用的样管为辉达管业生产的橙色聚乙烯管，外径为250mm，壁厚为23.5mm。样管运到后，对其进行外观检测，标记出表面有划痕、凹坑、凸起等缺陷的部分，选择表面光洁无缺陷的部分作为缺陷制作的管段。将样管的无缺陷部分沿轴向分割成长度为250mm的管段，得到缺陷预制管9和对接管11，缺陷预制管9和对接管11的规格相同。

第二步：缺陷类型选择

聚乙烯管道热熔焊接接头缺陷类型和缺陷尺寸参数见表1。

第三步：缺陷类型分布

如图2、图3所示取缺陷预制管9，将缺陷预制管9的一个端面定义为缺陷基准端面10将缺陷基准端面10等分为三个扇形区域，将所述三个扇形区域分别定义为熔合面分层基准端1、层间未填满基准端2和层间夹杂基准端3。

第四步：缺陷位置标记

每一种缺陷类型制作3个尺寸的缺陷，熔合面分层缺陷的缺陷面积分别为28.26mm²、78.5mm²和153.86mm²，层间未填满缺陷和层间夹杂缺陷的体积分别为113.04mm³、523.33mm³和1436.03mm³。在缺陷预制管9的外表面用记号笔进行缺陷位置的标记。

首先在熔合面分层基准端面1所连接的缺陷预制管9的外表面进行缺陷位置标记，用记号笔将熔合面分层基准端面1的扇形端面均匀分割为3个小扇形区域。将设计的熔合面分层缺陷面积按照从小到大的顺序，按顺时针方向依次分配给小扇形区域，并用记号笔将分配的熔合面分层缺陷的面积写在对应的小扇形区域内。在每个小扇形区域所连接的缺陷预制管9的外表面标记缺陷加工点4，缺陷加工点4距小扇形区域的外弧线的距离为0.25倍的电熔焊接管件12的长度，且其在熔合面分层基准端面1的投影位于所述小扇形区域的角平分线与外弧线交点上。

其次在层间未填满基准端面2所连接的缺陷预制管9的外表面进行缺陷位置标记，用记号笔将所述层间未填满基准端面2的扇形均匀分割为3个小扇形区域。将设计的层间未填满缺陷的体积按照从小到大的顺序，顺时针方向依次分配给小扇形区域，并用记号笔将分配的层间未填满缺陷的体积写在对应的小扇形区域内。在每个小扇形区域所连接的管段外表面标记缺陷加工点4，缺陷加工点4距小扇形区域的外弧线距离为0.25倍的电熔焊接管件12的长度，且其在层间未填满基准端面2的投影位于小扇形区域的角平分线与外弧线交点上。

最后在层间夹杂基准端面3所连接的缺陷预制管9的外表面进行缺陷位置标记，用记号笔将层间夹杂基准端3的扇形面均匀分割为3个小扇形区域。将设计的层间夹杂缺陷的体积按照从小到大的顺序，按顺时针方向依次分配给小扇形区域，并用记号笔将分配的层间夹杂体积写在对应的小扇形区域内。在每个小扇形区域标记缺陷加工点4，缺陷加工点4距小扇形区域的外弧线距离为0.25倍的电熔焊接管件12的长度，且其在层间夹杂基准端面3的投影位于所述小扇形区域的角平分线与外弧线交点上。

第五步：缺陷预制

在缺陷预制管9的外表面进行缺陷预制。缺陷预制采用钻床进行加工。

对于熔合面分层缺陷钻孔6，本发明将缺陷形状标准化为圆形面积，根据式(1)计算得钻头半径分别为3mm、5mm、7mm。通过焊接过程获得电熔焊接时侧面的熔融深度为5mm，侧面刮削深度为2mm，根据式(2)计算得钻孔长度为9mm。

对于层间未填满缺陷钻孔7，本发明将缺陷形状标准化为球形，根据式(3)计算得钻头半径分别为3mm、5mm、7mm。根据式(4)计算得钻孔长度分别为13mm、17mm、21mm。

对于层间夹杂缺陷钻孔6，本发明将缺陷形状标准化为球形，根据式(3)计算得钻头半径分别为3mm、5mm、7mm。根据式(4)计算得钻孔长度分别为13mm、17mm、21mm。

第六步：焊接准备

熔合面分层缺陷和层间未填满缺陷是通过钻孔深度的不同来区分，最终焊接后会形成对应的缺陷类型。

在每个层间夹杂缺陷钻孔6内填入一粒球形钢珠8，钢珠8的体积与对应位置处设计的层间夹杂缺陷的体积相等。为了防止焊接过程中钢珠8滚动导致的位置偏移，在填入钢珠8前，先将钢珠8表面均匀涂抹一层强力速干胶，再将钢珠8填入对应的钻孔内，并用一根直钢丝将钢珠8顶到层间夹杂缺陷最深处，使钢珠8表面与层间夹杂缺陷底部紧密贴合，等待3～5分钟，保证钢珠8粘接在层间夹杂缺陷的底部。

第七步：电熔焊接

如图4所示，当所有层间夹杂缺陷钻孔6都填入钢珠8后，将缺陷预制管9的缺陷基准端10与对接管11的一端通过电熔焊接管件12按照常规流程进行电熔焊接。由于在缺陷预制时考虑了电熔焊接过程中套接在电熔焊接管件12中的缺陷预制管9侧面切削和熔合所需的余量，并且钢珠8与层间夹杂缺陷钻孔6的底部密切粘接在一起，防止了钢珠8的移动，所以当焊缝形成时，缺陷预制管9和对接管11的外表面与电熔焊接管件12内表面相互熔融，预埋的层间夹杂缺陷钻孔6深度也随之缩短，层间夹杂缺陷钻孔6底端向焊缝熔合面缩进，当焊缝形成后，预制的缺陷正好处在焊缝的熔合面上，成功地模拟了电熔焊接过程中出现的熔合面分层缺陷、层间未填满缺陷和层间夹杂缺陷。

第八步：缺陷检验

利用非金属无损检测技术对制作好的焊缝进行无损检测，并将检出的缺陷位置与预埋的缺陷位置进行对比，验证缺陷预制是否成功；

第九步：试块切割

用电锯将焊接好的焊缝沿缺陷预制管9横轴轴向切割成块瓦片状的试块，每个试块内包含同一种缺陷类型，切割完成后，用砂纸将切割面进行打磨，保证切割面平整无毛刺，即可完成聚乙烯管电熔焊接接头缺陷仿真试块的制作。

Claims (10)

1.一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1取缺陷预制管(9)，将缺陷预制管(9)的焊接面定义为缺陷基准端面(10)，选择在缺陷预制管(9)上制作缺陷的类型，将不同类型缺陷的形状和尺寸标准化；

S2根据管径尺寸和缺陷类型在缺陷基准端面(10)连接的缺陷预制管(9)的外管壁上进行不同类型的缺陷预制，所述缺陷预制用直径为R的钻头在每个缺陷加工点的中心处进行钻孔，钻孔深度为L；

S3取对接管(11)，将步骤S2中的缺陷预制管(9)的缺陷基准端面(10)与对接管(11)的焊接端分别从电熔焊接管件(12)的两端伸入电熔焊接管件(12)进行焊接固定，对焊缝进行无损检测，将焊缝沿横轴轴向分割、打磨得到聚乙烯管道电容焊接接头缺陷无损检测仿真试块。

2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，所述缺陷预制管(9)和对接管(11)均选择表面光洁无缺陷的样管，将样管沿纵轴轴向分割，得到长度为100mm～300mm的管段。

3.根据权利要求1所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S1中，所述缺陷类型包括熔合面分层缺陷、层间夹杂缺陷和层间未填满缺陷，所述熔合面分层缺陷的缺陷形状为圆柱形，尺寸表征为面积；所述层间夹杂缺陷和层间未填满缺陷的缺陷形状均为球形，尺寸表征为体积。

4.根据权利要求1所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S2中，缺陷基准端面(10)包括熔合面分层基准端面(1)、层间未填满基准端面(2)和层间夹杂基准端面(3)，在所述熔合面分层基准端面(1)、层间未填满基准端面(2)和层间夹杂基准端面(3)连接的缺陷预制管(9)的管壁上标记缺陷加工点(4)，所述缺陷加工点(4)与缺陷基准端面(10)之间的距离为所述电熔焊接管件(12)长度的0.05～0.3倍。

5.根据权利要求4所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，所述与熔合面分层基准端面(1)连接的缺陷预制管(9)的管壁上开有熔合面分层缺陷钻孔(5)，将熔合面分层缺陷形状标准化为圆形面积，其缺陷尺寸用面积S表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率；

L＝k+x+2mm (2)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件(12)中的缺陷预制管(9)的侧面的熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时的套接在电熔焊接管件(12)中的缺陷预制管(9)的侧面刮削深度。

6.根据权利要求4所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，所述与层间夹杂基准端面(3)连接的缺陷预制管(9)的管壁上开有层间夹杂缺陷钻孔(6)，将层间夹杂缺陷的形状标准化为球形，其缺陷尺寸用体积V表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率；

L＝k+x+2R (4)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件(12)中的缺陷预制管(9)的侧面熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时套接在电熔焊接管件(12)中的缺陷预制管(9)的侧面刮削深度。

7.根据权利要求4所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，所述与层间未填满基准端面(2)连接的缺陷预制管(9)的管壁上开有层间未填满缺陷钻孔(7)，将层间夹杂缺陷的形状标准化为球形，其缺陷尺寸用体积V表示，故R的计算公式为：

其中π为圆周率；

L＝k+x+2R (4)

其中k为电熔焊接时套接在电熔焊接管件(12)中的缺陷预制管(9)的侧面的熔融深度，x为焊接过程中去氧化皮时套接在电熔焊接管件(12)中的缺陷预制管(9)的侧面刮削深度。

8.根据权利要求1所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S2中，同一类型的缺陷预制时至少制作三个不同尺寸的缺陷在缺陷预制管(9)的管壁上。

9.根据权利要求1所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S2中，将不同尺寸的缺陷按照从小到大的顺序，顺时针方向依次预制到缺陷预制管(9)的管壁上。

10.根据权利要求1所述的一种聚乙烯管电熔焊接接头缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S3中，当预制好层间夹杂缺陷钻孔(6)后，在预制好的钻孔中放入一粒钢珠(8)，并将钢珠(8)固定在层间夹杂缺陷钻孔(6)的底部。

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