CN113155571A - 一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，具体步骤如下：S1选择缺陷类型，将不同类型缺陷形状和尺寸进行标准化，确定缺陷的尺寸表征；S2缺陷分布设计，管道本体缺陷用单根管段进行制作，所述单根管段的一个端面为缺陷分布端面，在缺陷分布端面内制作缺陷；S3确定缺陷的数量和缺陷尺寸，根据缺陷尺寸在缺陷分布端面加工缺陷，得到缺陷加工好的管道本体缺陷管段；S4沿轴向将所述管道本体缺陷管段切割成为瓦片状，得到非金属管道本体缺陷仿真试块。本发明利用非金属管道材质特性，将缺陷的形状和尺寸进行了标准化，得到的试块保留了非金属管道本身的曲率，更接近实际工程中的检测环境，为非金属管道本体缺陷的无损检测技术奠定基础。

Description

一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法

技术领域

本发明属于无损检测仿真试块制备技术领域，具体属于一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法。

背景技术

近年来，非金属管道以其较强的耐腐蚀性而被广泛应用于油气田工程建设、环保项目、给水项目、城镇燃气项目等。由于发展较晚，与金属管道相比，非金属管道的完整性管理尚处于起步阶段。近年来非金属管道失效事故频发，基于风险的非金属管道检测技术越来越受到重视，在识别出失效高风险点的前提下，如何通过有效的无损检测手段检测出非金属管道存在的缺陷，是目前需要解决的关键技术之一。此外，对于出厂的非金属管段，如何通过非破坏手段检验管道是否存在缺陷，对于已失效管件，如何检测出导致失效的缺陷位置及类型，都是目前非金属管道管理面临的挑战。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。

非金属管道本体缺陷主要是在制造、运输以及运输过程中的老化造成的，主要表现为存在于内外表面的划痕、凹坑等，以及存在于管材内部的气孔缺陷等，因为非金属管道弹性大，韧性高，一些金属管道成熟的无损检测手段并不适用于非金属管道，也有一些文献对聚乙烯平板进行缺陷预制和检测，但是这种试块表面没有曲率，与实际管道几何特征不符，仅适用于科学研究，而不适用于实际工程。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，利用非金属管道材质特性，将缺陷的形状和尺寸进行了标准化，得到的试块保留了非金属管道本身的曲率，更接近实际工程中的检测环境，为非金属管道缺陷的无损检测技术奠定基础。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，具体步骤如下：

S1，选择缺陷类型，将不同类型缺陷形状和尺寸进行标准化，确定缺陷的尺寸表征；

S2，缺陷分布设计，管道本体缺陷用单根管段进行制作，所述单根管段的一个端面为缺陷分布端面，在缺陷分布端面内制作缺陷；

S3，确定缺陷的数量和缺陷尺寸，根据缺陷尺寸在缺陷分布端面加工缺陷，得到缺陷加工好的管道本体缺陷管段；

S4，沿轴向将所述管道本体缺陷管段切割成为瓦片状，得到非金属管道本体缺陷仿真试块。

进一步的，步骤S1中，所述缺陷类型包括外表面缺陷5、埋藏缺陷6和内表面缺陷7，所述外表面缺陷5的形状为圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽的尺寸用半径和长度表征；所述埋藏缺陷6的形状为圆柱形，所述圆柱形的尺寸用半径和长度表征；所述内表面缺陷7的形状为圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽的尺寸用半径和长度表征。

进一步的，步骤S3中，外表面缺陷5中心点到缺陷分布端面外弧线的距离等于外表面缺陷5的半径。

进一步的，步骤S3中，埋藏缺陷6中心点到缺陷分布端面外弧线和内弧线的距离相等。

进一步的，步骤S3中，内表面缺陷7的中心点到缺陷分布端面内弧线的距离等于内表面缺陷7的半径。

进一步的，步骤S3中，缺陷分布端面上同一类型的缺陷数量和尺寸均至少为3个。

进一步的，步骤S3中，管体缺陷加工采用钻床进行制作，钻头的半径为R，钻孔深度大于2R，R为缺陷半径。

进一步的，步骤S2中，将缺陷分布端面等分为三个扇形，三个扇形区域分别为外表面缺陷面1、埋藏缺陷面2和内表面缺陷面3，分别在外表面缺陷面1中制备外表面缺陷5，在埋藏缺陷面2中制备埋藏缺陷6，在内表面缺陷面3中制备内表面缺陷7。

进一步的，步骤S2中，所述制作管道本体缺陷的单根管段选择表面光洁无缺陷的样管，将样管的无缺陷部分纵向轴向分割成长度为100mm～300mm的管段，取其中一段作为制作管道本体缺陷的单根管段。

进一步的，步骤S4中，管道本体缺陷管段切割时采用电锯进行切割，得到的每个非金属管道本体缺陷仿真试块包含一种缺陷类型，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。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提出一种非金属管道本体缺陷仿真试块制作方法，利用非金属管道材质特性，设计了内外表面缺陷和埋藏缺陷的制造方法，并将缺陷形状和尺寸进行了标准化，便于缺陷的实际加工和尺寸测量，得到具有不同缺陷类型的仿真试块，对仿真试块中典型缺陷进行检测，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。

本发明通过钻床进行缺陷加工，不但可以成功实现缺陷的制作，还可以精确控制缺陷的尺寸和形状，便于将检测出的信号和实际缺陷尺寸进行对比，便于对设备检测精度的标定；此外，更进一步的检测技术需要实现对缺陷的二维或三维重构，精确控制缺陷尺寸和形状，也便于将重构的缺陷特征与实际缺陷特征进行对比验证。

本发明直接在非金属管段上进行缺陷加工，最终切割成瓦片状试样，既保留了非金属管道本身的曲率，又减少了试块所占空间，方便携带和搬运，为现场管道无损检测的室内模拟奠定基础。

附图说明

图1非金属管道本体缺陷试块制作流程图；

图2非金属管道本体缺陷分布设计示意图；

图3非金属管道本体缺陷制作示意图，其中，(a)为缺陷端面正视图，(b)为截面A-A剖视图。

附图中：1.外表面缺陷面；2.埋藏缺陷面；3.内表面缺陷面；4.缺陷加工点；5.外表面缺陷；6.埋藏缺陷；7.内表面缺陷

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明所提出非金属管道本体缺陷仿真试块制作方法包含：样管准备、缺陷类型选择、缺陷分布设计、缺陷位置标记、缺陷加工和试块切割。

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横向轴向分割成长度为100mm～300mm的管段，取其中一段作为本体缺陷试块制作的样管。

第二步：缺陷类型选择

非金属管道本体缺陷主要是制造过程中内部产生的气孔，以及运输、服役过程中产生的表面划痕、凹坑，因此非金属管道本体存在的缺陷类型和缺陷尺寸参数见表1。

表1管体缺陷类型和缺陷尺寸参数

第三步：缺陷类型分布

图如2所示，管体缺陷用单根管段进行制作，单根管段的一个端面为缺陷分布端面，缺陷分布端面包括外表面缺陷面1、埋藏缺陷面2和内表面缺陷面3，确定单根管段的管径尺寸和制作的缺陷类型。

当单根管段管径较大时，可将缺陷分布端面等分成多个扇形，并在不同扇形区域内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，也避免在制作过程中频繁更换或调整夹具，制作单一缺陷时试块过小难以夹持的问题。

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。

对于单根管段管径较小时，无法在单根管段的缺陷分布端面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，每一种缺陷类型至少制作3个不同尺寸的缺陷，根据预制缺陷的数量将缺陷均匀分布在缺陷分布端面内，并用记号笔进行标记缺陷加工点4。

制作外表面缺陷5时，用记号笔将外表面缺陷面1的端面均匀分割为多个小扇形区域，分割小扇形区域数量与设计的外表面缺陷5的数量相等。将不同尺寸的外表面缺陷5分配在不同的小扇形区域中，并用记号笔将分配的外表面缺陷5的半径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，所述缺陷加工点用记号笔标记为一个“×”符号，“×”符号位于小线扇形区域的角平分上，缺陷加工点4中心点到外弧线距离为所述小扇形区域分配的外表面缺陷5的半径。

制作埋藏缺陷6时，用记号笔将埋藏缺陷区2端面均匀分割为多个小扇形区域，分割的小扇形区域数量与设计的埋藏缺陷6的数量相等，将不同尺寸的埋藏缺陷6分配给不同的小扇形区域，并用记号笔将分配的埋藏缺陷6的半径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用记号笔标记为一个“×”符号，“×”符号位于小扇形区域的角平分线上，缺陷加工点4中心点到小扇形区域外弧线和内弧线距离相等。

制作内表面缺陷7，用记号笔将内表面缺陷区3均匀分割为多个小扇形区域，分割的小扇形区域的数量与设计的内表面缺陷7的数量相等。将不同尺寸的内表面缺陷7分配给不同小扇形区域，并用记号笔将分配的内表面缺陷7的半径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用记号笔标记为一个“×”符号，“×”符号位于小扇形区域的角平分线上，缺陷加工点4中心点到内弧线距离为小扇形区域分配的内表面缺陷7的半径。

第五步：缺陷加工

如图3所示，管体缺陷加工采用钻床进行制作，由于缺陷可见，不存在制作失败的可能，每种类型的缺陷的每个尺寸均制作一个。

将管段固定在钻床上，有缺陷加工点4的一端朝向钻头。用半径为R的钻头在每个缺陷加工点的中心处进行钻孔，钻孔深度大于2R，R为缺陷加工点4处分配的缺陷的半径。缺陷制作过程中，由于埋藏缺陷6的缺陷加工点位于小扇形区域中心处，用钻床加工的钻孔与管段的内表面和外表面都有一定的距离，实现了埋藏缺陷的制作；由于内表面缺陷7的缺陷加工点4与小扇形区域的内弧线距离刚好为缺陷半径，用钻床加工的钻孔会与管段内表面相切，加工过程中产生的切削余量，使管段内表面被切削掉，在管段内形成表面开口的凹槽，实现内表面缺陷7的制作。外表面缺陷5的制作原理与内表面缺陷7的制作原理是一样的。

本发明的内表面缺陷5和外表面缺陷7的加工，保证了钻头在加工过程中有足够的轴向受力面，避免了钻头受侧向力过大而折断，同时又保证了加工过程中钻头能够破坏管壁一侧而形成表面凹槽。

第六步：试块切割

用电锯将制作好缺陷的管道本体沿横轴轴向切割成块瓦片状的试块，每个试块包含一种类型的缺陷，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，即可完成非金属管道本体缺陷仿真试块的制作。

实施例1

本实施例为城镇燃气PE管道管体缺陷仿真试块制作方法，具体包括以下步骤：

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。将样管的无缺陷部分沿纵轴轴向分割成长度为250mm的管段，取其中一段作为本体缺陷试块制作的管段。

第二步：缺陷类型选择和缺陷类型分布

聚乙烯管道本体存在的缺陷类型和缺陷尺寸参数见表1；将缺陷分布端面等分为三个扇形区域，分别定义为外表面缺陷面1，埋藏缺陷面2和内表面缺陷面3。

第三步：缺陷位置标记

每一种类型的缺陷制作3个尺寸的缺陷，缺陷半径分别为3mm、5mm和7mm，缺陷轴向长度均为30mm；

外表面缺陷面1中，用记号笔将外表面缺陷区1的扇形端面均匀分割为3个小扇形区域，将设计的外表面缺陷5按照确定的缺陷半径以从小到大的顺序顺时针方向依次分配给3个小扇形区域，并用记号笔将分配的缺陷半径写在对应的小扇形区域内。在三个小扇形区域标记中分别标记缺陷加工点4，缺陷加工点4用记号笔标记为一个“×”符号，“×”符号位于小扇形区域的角平分线上，每个小扇形区域中的缺陷加工点4到小扇形区域外弧线距离为小扇形区域内分配的外表面缺陷5的半径。

在埋藏缺陷面2中，用记号笔将埋藏缺陷面2的扇形端面均匀分割为3个小扇形区域，将设计的埋藏缺陷6按照确定的缺陷半径以从小到大的顺序顺时针方向依次分配给3个小扇形区域，并用记号笔将分配的埋藏缺陷6的半径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用记号笔标记为一个“×”符号，“×”符号位于小扇形区域的角平分线上，小扇形区域中的缺陷加工点4到小扇形区域外弧线和内弧线的距离相等。

在内表面缺陷面3中，用记号笔将内表面缺陷面3的扇形端面均匀分割为3个小扇形区域，将设计的内表面缺陷7按照确定缺陷半径以从小到大的顺序顺时针方向依次分配给3个小扇形区域，并用记号笔将分配的内表面缺陷7的半径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用记号笔标记为一个“×”符号，“×”符号位于小扇形区域的角平分线上，每个小扇形区域中的缺陷加工点4到小扇形区域内弧线距离为小扇形区域分配的内表面缺陷7的半径。

第四步：缺陷加工

将管段固定在钻床上，将缺陷分布端面朝向钻头，分别用半径为3mm、5mm和7mm的钻头在缺陷加工点4的中心处进行钻孔，钻孔深度为30mm。

第六步：试块切割

用电锯将制备好缺陷的管段沿横轴轴向切割成块瓦片状的试块，每个试块只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，即可完成聚乙烯管本体缺陷仿真试块的制作。

本发明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，进一步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，也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。

Claims (10)

1.一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1，选择缺陷类型，将不同类型缺陷形状和尺寸进行标准化，确定缺陷的尺寸表征；

S2，缺陷分布设计，管道本体缺陷用单根管段进行制作，所述单根管段的一个端面为缺陷分布端面，在缺陷分布端面内制作缺陷；

S3，确定缺陷的数量和缺陷尺寸，根据缺陷尺寸在缺陷分布端面加工缺陷，得到缺陷加工好的管道本体缺陷管段；

S4，沿轴向将所述管道本体缺陷管段切割成为瓦片状，得到非金属管道本体缺陷仿真试块。

2.根据权利要求1所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S1中，所述缺陷类型包括外表面缺陷(5)、埋藏缺陷(6)和内表面缺陷(7)，所述外表面缺陷(5)的形状为圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽的尺寸用半径和长度表征；所述埋藏缺陷(6)的形状为圆柱形，所述圆柱形的尺寸用半径和长度表征；所述内表面缺陷(7)的形状为圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽的尺寸用半径和长度表征。

3.根据权利要求2所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S3中，外表面缺陷(5)中心点到缺陷分布端面外弧线的距离等于外表面缺陷(5)的半径。

4.根据权利要求2所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S3中，埋藏缺陷(6)中心点到缺陷分布端面外弧线和内弧线的距离相等。

5.根据权利要求2所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S3中，内表面缺陷(7)的中心点到缺陷分布端面内弧线的距离等于内表面缺陷(7)的半径。

6.根据权利要求1所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S3中，缺陷分布端面上同一类型的缺陷数量和尺寸均至少为3个。

7.根据权利要求1所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S3中，管体缺陷加工采用钻床进行制作，钻头的半径为R，钻孔深度大于2R，R为缺陷半径。

8.根据权利要求1所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S2中，将缺陷分布端面等分为三个扇形，三个扇形区域分别为外表面缺陷面(1)、埋藏缺陷面(2)和内表面缺陷面(3)，分别在外表面缺陷面(1)中制备外表面缺陷(5)，在埋藏缺陷面(2)中制备埋藏缺陷(6)，在内表面缺陷面(3)中制备内表面缺陷(7)。

9.根据权利要求1所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S2中，所述制作管道本体缺陷的单根管段选择表面光洁无缺陷的样管，将样管的无缺陷部分纵向轴向分割成长度为100mm～300mm的管段，取其中一段作为制作管道本体缺陷的单根管段。

10.根据权利要求1所述的一种非金属管道本体缺陷无损检测仿真试块的制作方法，其特征在于，步骤S4中，管道本体缺陷管段切割时采用电锯进行切割，得到的每个非金属管道本体缺陷仿真试块包含一种缺陷类型，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。

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