PA-TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头超声检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及聚乙烯管道热熔对接接头无损检测技术，旨在提供一种PA‑TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头超声检测装置及方法。包括环绕安装在聚乙烯管道上的周向扫查轨道；其上装有周向扫查装置；连接杆一端固定在周向扫查装置顶部，另一端通过探头夹持器分别安装相控阵探头和单晶直探头；两个探头位于聚乙烯管道热熔对接接头的两侧，且探头的端部与聚乙烯管道之间保持间隙。超声检测仪具有超声相阵控检测和TOFD检测两种检测功能，相控阵探头同时作为超声相控阵检测和TOFD检测的声波发射探头。两种检测结果实时同步显示。克服了传统脉冲反射式超声检测技术存在结果不直观、数据无法记录和存储、难以对缺陷做出精确定位、定量等缺点。

PA-TOFD combined ultrasonic inspection device and method for polyethylene pipe hot melt butt joint

The invention relates to a nondestructive testing technique for polyethylene pipe hot melt butt joint, aiming at providing an ultrasonic testing device and method for polyethylene pipe hot melt butt joint combined with PA_TOFD. The utility model comprises a circumferential scanning track arranged around a polyethylene pipe, a circumferential scanning device installed thereon, a connecting rod one end fixed on the top of the circumferential scanning device, and a phased array probe and a single crystal straight probe respectively installed through a probe holder at the other end, and two probes located on both sides of the hot melt butt joint of the polyethylene pipe, and probes. The gap between the ends and polyethylene pipes is maintained. The ultrasonic detector has two functions: ultrasonic phased array detection and TOFD detection. The phased array probe acts as both ultrasonic phased array detection and TOFD detection acoustic emission probe. The two test results are displayed in real time. It overcomes the shortcomings of traditional pulse reflection ultrasonic testing technology, such as the result is not intuitive, the data can not be recorded and stored, and it is difficult to locate and quantify the defect accurately.

【技术实现步骤摘要】
PA-TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头超声检测装置及方法
本专利技术涉及聚乙烯管道热熔对接接头无损检测技术，具体涉及一种超声相控阵(PA)和超声衍射时差法(TOFD)结合的聚乙烯管道热熔对接接头的超声检测方法。
技术介绍
相比金属管道，聚乙烯管道具有韧性好、耐腐蚀、使用寿命长和经济环保等优势，已在海洋、油气、城市燃气等领域有数十年的成功应用经验，近年来开始被用在核电站输水管线，具有十分广阔的应用前景。热熔焊接是聚乙烯管道之间最常用的连接方式。其适用性强、成本较低，适用于外径较大的聚乙烯管，目前我国管径DN90以上的聚乙烯管道连接80％以上都采用热熔焊接方式。但由于热熔焊接工艺参数较多，施工操作较为复杂，受人为因素的影响，在聚乙烯管道接头处可能存在各种缺陷，使接头成为聚乙烯管道系统的薄弱环节。为提高聚乙烯管道的安全性，除通过正确选择焊接工艺和焊机外，还应有完善的接头缺陷检测和安全评定方法，防止含超标缺陷的管道投入运行。聚乙烯管道在运行之前需对所有接头进行外观检查、水压试验和无损检测。外观检查包括检查表面凹陷，核查焊接数据，监测水压试验过程是否发生泄漏。水压试验要求按照标准操作，在打压、稳压、泄压和保压阶段，管段任意位置均不能发生泄漏。然而外观检查只能发现明显的表面缺陷，且检查结果严重依赖检查人员的业务水平。水压试验只能识别聚乙烯管热熔对接接头中的贯穿裂纹，无法识别诸如裂纹、孔洞、工艺性缺陷和熔合面夹杂等缺陷，因此需要借助无损检测技术来识别这些具有安全隐患的缺陷。超声检测方法具有便捷、直观、无需安全防护设施等优点，已成为聚乙烯管道接头的首选方法。与金属材料不同，聚乙烯为黏弹高分子材料，超声波在聚乙烯中传播时，会发生衰减，声能随着传播距离不断减少，增加了聚乙烯管热熔对接接头的检测难度。针对聚乙烯管热熔对接接头检测技术，国内外很多专家和研究机构展开了研究。美国塑料管材协会(PPI)基于脉冲反射法的基本原理，开发了聚乙烯管热熔对接接头的超声检测系统，实现了对接头质量的分级，但无法识别出具体缺陷。英国焊接学会(TWI)使用公称频率为2.25MHz、折射角分别为45°和60°的超声纵波斜探头对聚乙烯管道热熔对接接头检测可靠性进行试验，发现脉冲回波法对夹杂类缺陷的检测灵敏度很低，更无法检出冷焊缺陷。上述方法均为脉冲发射法，无法解决超声回波较弱这一难点，因此在检测热熔对接接头时有明显的不足。超声相阵控检测也是采用脉冲回波技术，但与传统的超声脉冲回波技术不同的是，其利用多声束多角度扫描成像技术，实现声束聚焦和偏转，在较大范围内实现了焦点位置和焦点尺寸的控制和调节，保证整个声程范围内具有较为一致的检测分辨力，使检测图像更清晰，同时提高了检测速度。美国燃气研究协会(GRI)最早利用相控阵检测聚乙烯管道热熔对接接头，通过试验得出相控阵技术对壁厚较小的聚乙烯管道热熔对接接头具有较高的检测灵敏度。浙江省特种设备检验研究院的郭伟灿提出了一种针对聚乙烯管道热熔对接接头超声相控阵检测耦合聚焦技术，提高了检测灵敏度和检测深度。美国结构一体化公司(SI)的Caleb等人利用超声相控阵检测聚乙烯管热熔对接接头，实现了深度50mm范围内的缺陷检测，其通过实验研究发现超声相控阵检测对热熔对接接头内的体积形缺陷有较好的检测效果。对于面积形缺陷，受缺陷方向的影响，相控阵探头接收的反射回波较弱，导致检测结果失效或缺陷漏检，无法对缺陷进行定量分析。TOFD(衍射时差法)依靠从待检试件内缺陷的端角处得到的衍射能量来检测缺陷，与常规的超声检测不同，TOFD检测不用回波幅度对缺陷大小做定量测定，而是利用脉冲传播时间来实现缺陷定位和定量。90年代中期，美国RTD质量服务有限公司和FlourCorp公司进行合作研究，将TOFD技术用于聚乙烯管热熔对接接头检测，并结合计算机成像技术开发了针对热熔对接接头的设备。英国TWI在大量的试验基础上得出TOFD法对于聚乙烯接头中平面不连续的缺陷有很好的探测灵敏度，但是对于较小的平滑气孔和靠近表面的缺陷检测灵敏度不如常规超声。为了促进端角衍射发生，TOFD检测所用的探头要求可以发射大扩散角的声束，因此要求声波发射探头具有较小的尺寸。但随着检测深度的增加，声波在聚乙烯中衰减严重，接收回波能量较弱，无法检测壁厚较大的聚乙烯管热熔对接接头。增加探头的尺寸可提高声束能量，但会减弱声束的扩散性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种PA-TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头的超声检测装置及方法。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种PA-TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头超声检测装置，包括超声检测仪，该装置还包括一个环绕安装在聚乙烯管道上的周向扫查轨道；在周向扫查轨道上装有周向扫查装置，能在周向扫查控制装置的控制下沿周向扫查轨道进行周向环绕运行；一个平行于聚乙烯管道的连接杆以其端部固定在周向扫查装置的顶部，连接杆的另一端设有两个朝向聚乙烯管道表面的探头夹持器，分别装有通过信号线接至超声检测仪的相控阵探头和单晶直探头；两个探头位于聚乙烯管道热熔对接接头的两侧，且探头的端部与聚乙烯管道之间保持间隙。本专利技术中，在周向扫查轨道上设有滑道和齿条；一个步进电机的输出轴通过齿轮与周向扫查轨道上的齿条啮合，步进电机通过信号线接至周向扫查控制装置。本专利技术中，所述周向扫查控制装置包括控制主板、液晶显示屏和按键，控制主板通过信号线分别接至控制主板、液晶显示屏和按键。本专利技术中，所述探头夹持器活动套装在连接杆上，能沿着连接杆移动且通过锁扣锁定在连接杆上。本专利技术中，所述连接杆上设有用于定位探头夹持器的刻度尺。本专利技术进一步提供了利用前述装置实现PA-TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头超声检测的方法，包括下述步骤：(1)在检测前按所述装置连接关系进行设备安装，并连接好各接线和插头，在管道待检位置处涂覆耦合剂，然后启动超声检测仪；(2)将超声检测仪选择开关设定为超声相控阵检测，在周向扫查控制装置上设定周向扫查装置进行周向转动的速度和时间后，启动周向扫查装置；由相控阵探头进行扫描、缺陷定位和实时成像，该过程中超声检测仪根据使声束聚焦的延时法则驱动相控阵探头；扫描结束后，周向扫查装置自动停止运行；(3)将超声检测仪选择开关设定为超声衍射时差法检测，在周向扫查控制装置上设定周向扫查装置进行周向转动的速度和时间后，启动周向扫查装置；以相控阵探头作为声波发射探头、单晶直探头作为接收探头，该过程中超声检测仪根据声束发散的延时法则驱动相控阵探头发射柱面波，将单晶直探头接收到的信号显示为TOFD扫描成像，并与步骤(2)所得的相控阵检测成像进行同步显示；扫描结束后，周向扫查装置自动停止运行。本专利技术中，在超声检测仪上预置了聚乙烯管道热熔对接接头中常见缺陷定义特征的数值；当在周向扫查过程中检测到符合定义特征数值的缺陷时，超声检测仪自动报警并记录缺陷方位和检测图谱，用于对聚乙烯管道热熔对接接头的缺陷进行全面检测和评估。专利技术原理描述：本专利技术通过结合超声相控阵的聚乙烯管道热熔对接接头TOFD检测方法，周向采用机械扫查技术，实现聚乙烯管热熔对接接头的自动检测。超声相控阵检测采用常规使声束聚焦的延时法则，利用相控阵探头S扫描检测缺陷。为了提高检测速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PA‑TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头超声检测装置，包括超声检测仪，其特征在于，该装置还包括一个环绕安装在聚乙烯管道上的周向扫查轨道；在周向扫查轨道上装有周向扫查装置，能在周向扫查控制装置的控制下沿周向扫查轨道进行周向环绕运行；一个平行于聚乙烯管道的连接杆以其端部固定在周向扫查装置的顶部，连接杆的另一端设有两个朝向聚乙烯管道表面的探头夹持器，分别装有通过信号线接至超声检测仪的相控阵探头和单晶直探头；两个探头位于聚乙烯管道热熔对接接头的两侧，且探头的端部与聚乙烯管道之间保持间隙。

【技术特征摘要】
1.一种PA-TOFD结合的聚乙烯管道热熔对接接头超声检测装置，包括超声检测仪，其特征在于，该装置还包括一个环绕安装在聚乙烯管道上的周向扫查轨道；在周向扫查轨道上装有周向扫查装置，能在周向扫查控制装置的控制下沿周向扫查轨道进行周向环绕运行；一个平行于聚乙烯管道的连接杆以其端部固定在周向扫查装置的顶部，连接杆的另一端设有两个朝向聚乙烯管道表面的探头夹持器，分别装有通过信号线接至超声检测仪的相控阵探头和单晶直探头；两个探头位于聚乙烯管道热熔对接接头的两侧，且探头的端部与聚乙烯管道之间保持间隙。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在周向扫查轨道上设有滑道和齿条；一个步进电机的输出轴通过齿轮与周向扫查轨道上的齿条啮合，步进电机通过信号线接至周向扫查控制装置。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述周向扫查控制装置包括控制主板、液晶显示屏和按键，控制主板通过信号线分别接至控制主板、液晶显示屏和按键。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探头夹持器活动套装在连接杆上，能沿着连接杆移动且通过锁扣锁定在连接杆上。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接杆上设有用于定位探头夹持器的刻度尺。6.一种利用权利要求1所述装置实现PA-TOFD结合的聚乙烯管道热...

【专利技术属性】
技术研发人员：施建峰，秦胤康，郑津洋，郭伟灿，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33