聚乙烯管道热熔对接接头耦合聚焦超声检测方法及检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种聚乙烯管道热熔对接接头焊接质量的检测方法及检测装置。目的是提供的检测方法及检测装置应具有灵敏度高、检测精度高、可靠性高的特点，且检测效率较高，操作失误率低。技术方案是：聚乙烯管道热熔对接接头耦合聚焦超声检测方法，按以下方法实现：１）使耦合剂液体定位在管道接头熔合区外表面；２）采用球形曲晶片的超声波探头浸没在耦合剂液体中，使焦点定位于管道接头熔合区的中线；３）超声波探头沿着管道直径方向进行直线扫查运动以及沿着管道圆周方向进行匀速扫查运动；获得的信号数据由计算机处理后形成Ｃ扫描图像。超声检测装置包括：耦合盛装装置、采用球形曲晶片的超声波探头、机械扫查装置、信号处理与控制系统和计算机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压力管道的检测方法及装置，具体是聚乙烯管道热熔对接接 头焊接质量的检测方法及检测装置。
技术介绍
聚乙烯管道广泛用于燃气等危险介质的输送。聚乙烯管道之间的连接最常 用的连接方法为热熔对接。热熔对接适用性强，操作简单且成本经济，但热熔 焊接的工艺参数较多，施工操作较为复杂，因此焊接质量受人为因素的影响较 大。由于聚乙烯管道接头处有可能存在各种缺陷，且绝大多数聚乙烯管道事故 都是由接头缺陷引起的，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提高接头质量外，还应有完 善的接头缺陷检测和安全评定方法，防止带超标缺陷管道投入运行。目前，聚乙烯管道接头缺陷检测方法主要有破坏性试验、目视检测以及超 声检测等。破坏性检测是一种统计抽检性质的检测方法，不能针对某一特定的 接头进行检测；而目视检测由于不能直接观察到接头内部的状况，因此其可靠 性也不能得到保证。超声检测虽然能够直接获得材料内部的状态信息，可以对 一些有宏观尺寸的缺陷进行判别，如气孔、夹杂以及金属丝错位等，但对工艺 性缺陷(如焊接压力、温度不够等)检测可靠性有待进一步提高。但是，由于聚乙烯材料的声学特性以及聚乙烯管道热熔接头的结构形状，超 声检测的主要困难有1)聚乙烯材料的声学特性与金属材料存在很大的差别。从宏观来看，金属材料的声阻抗约为聚乙烯材料的6至16倍，声波衰减系数约为聚乙烯材料的0.1 倍，由此可见，'聚乙烯材料能够比金属材料吸收更多的声波能量。其次，从微 观来看，聚乙烯作为一种高分子聚合物是一种粘弹性材料，材料的粘性使得其具有耗损能量的本领，声波在聚乙烯材料中传播时，由于聚乙烯材料的粘滞性 点，分子运动产生摩擦力，使一部分声能变为热能，使得材料对声波的粘滞吸 收衰减增大；另外，聚乙烯的分子主要是链结构，且多为长链，其主链是相互 缠绕在一起的，结构较金属杂乱，这就增加了声波的散射，使能量通过散射形 式而耗损。2) 聚乙烯管道在对接过程中， 一部分材料被熔化并在操作压力作用下被 挤出内外表面，形成内外表面巻边，巻边影响了检测表面的平整度，在超声检 测时会影响探头和工件的接触以及会产生轮廓回波，对超声检测产生影响。3) 聚乙烯管道焊接产生的缺陷中，由于焊接工艺不完善(如焊接压力过 高或过低、焊接温度过高或过低等)导致接头性能不能满足要求，该类工艺性 缺陷至今尚未找到一种有效的检测方法。德国是聚乙烯管道接头无损检测技术研究和检测仪器开发的先行者。20世 纪70年代中期时开发了检测聚乙烯热熔接头的低速超声波斜探头；80年代初， 美国燃气研究学会GRI(Gas Research Institute)开始开发应用于聚乙烯管的超声 检测设备，并于80年代末推出商业化的产品；此外，英国焊接学会TWI(The Welding Institute)也在聚乙烯管接头的无损检测上做了许多研究工作；美国塑料 管材学会PPI(Plastic Pipe Institute)基于脉冲反射法开发了聚乙烯管热熔接头的 超声检测系统——Ultra-Mc，美国McElory Mfg.Inc公司已实现该系统的商品化； 英国TWI使用超声频率为2.25MHz，发射角度为60。和45。的超声探头检测了聚 乙烯管接头。上述方法都采用脉冲反射法，研究表明脉冲反射法对未熔合缺 陷，特别是冷焊的检测灵敏度很低，而且为脉冲反射法无法解决超声回波较弱 这一难点，因此在检测接头时有明显的不足。90年代，美国Flour Corp公司和RTD质量服务有限公司合作研究，基于 TOFD法并结合计算机成像技术开发了针对热熔焊接接头的设备，但由于该系统超声检测成像图不直观，因此对检测人员的检测水平有要求较高。此外，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，但是对于冷焊的检测仍然无能为力。2006年起，美国能源 部核管理委员会(the U.S. Nuclear Regulatory Commission under U.S. Department of Energy,简称NRC)采用TOFD (衍射时差)法和超声相控阵技术对聚乙烯 管道热熔对接接头进行试验研究，初步研究表明，TOFD (衍射时差)法和超声 相控阵技术能够检测部分未熔合缺陷，并通过破坏性试验的验证；2008年5月， NRC提交了聚乙烯热熔对接接头未熔合缺陷无损检测能力的评定研究报告。报 告结论中说明这些工作正处于起步阶段，其中包含几种无损检测方法，但不完 善。因此，在该方面仅能得到有限的结论。国内对聚乙烯管道接头无损检测技术研究刚起步，其中，无锡市苏台工业检 测技术研究主要采用双晶聚焦探头针对4 36mm壁厚的聚乙烯管道对接焊缝以 及聚乙烯管道90。套接焊缝的超声检测。所起草的JB/T 10622-2006《无损检测 聚乙烯管道焊缝超声检测》是国内首部针对聚乙烯管道焊缝无损检测的标准。 但还存在一些问题，主要是O无法对热熔接头的未熔合缺陷进行检测和评估； 2)无法精确确定缺陷的自身高度；3)无法在检测过程中进行实时成像。超声 检测设备研制方面在国内尚属空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提供一种聚乙烯管道热熔对接 接头的超声检测方法以及相应的检测装置，该检测方法及检测装置应具有灵敏 度高、检测精度高、可靠性高的特点，并且检测效率较高，操作失误率低。本专利技术提供的技术方案是聚乙烯管道热熔对接接头耦合聚焦超声检测方 法，按以下方法实现1)采用耦合剂液体，耦合剂的声速2000-2300m/s，声阻抗在2.0 X106kg/m2.s-2.7X 106kg/m2.s;耦合剂直接定位在被检管道接头熔合区的外表面；2) 超声波探头采用球形曲晶片，该超声波探头浸没在耦合剂液体中，使焦 点定位于聚乙烯管道接头熔合区的中线，以使声束能够聚焦到原焦点位置或其 附近；3) 超声波探头作两个方向的扫査运动沿着被检管道直径方向进行直线扫 査运动以及沿着被检管道圆周方向进行匀速扫查运动；使探头焦区始终覆盖聚 乙烯管道接头熔合区；釆用C扫描实时成像设备，按设定的路径作空间扫描； 探头获得的超声信号数据送入计算机进行处理后形成C扫描图像。所述的耦合剂包括以下成分及体积百分比甘油55-65、水玻璃30-40、水 3-8，消泡剂适量。所述的耦合剂包括以下成分及重量份甘油60、水玻璃35、水5，消泡剂适量。配有耦合剂补充装置，以自动补偿所损失的耦合剂。聚乙烯管道热熔对接接头耦合聚焦超声检测装置，包括1) 耦合盛装装置；装置的内腔中密封盛满耦合剂，并且该装置的底端部位 与被检区域的外部曲面形状相适合以达到良好的曲面匹配效果；2) 超声波探头采用球形曲晶片；该探头定位在耦合盛装装置的内腔中，且 在耦合剂液体浸没状况下发射和接收超声波，并形成聚焦声场；3) 机械扫查装置；该装置分为上下往复运动机构和管道周向匀速运动装置， 其中，上下往复运动机构定位在耦合盛装装置的内腔中，该机构包括由直线动 力机构带动的探杆，探头固定在探杆的一端，以使探头沿着被检管道的直径方 向往复运动；管道周向匀速运动装置安装在管道周向外部被检区域旁边，以带 动耦合盛装装置绕管道周向本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚乙烯管道热熔对接接头耦合聚焦超声检测方法，按以下方法实现：　１）采用耦合剂液体，耦合剂的声速２０００－２３００ｍ／ｓ，声阻抗在２．０×１０↑［６］ｋｇ／ｍ↑［２］．ｓ－２．７×１０↑［６］ｋｇ／ｍ↑［２］．ｓ；耦合剂直接定位在被检管道接头熔合区的外表面；　２）超声波探头采用球形曲晶片，该超声波探头浸没在耦合剂液体中，使焦点定位于聚乙烯管道接头熔合区的中线，以使声束能够聚焦到原焦点位置或其附近；　３）超声波探头作两个方向的扫查运动：沿着被检管道直径方向进行直线扫查运动以及沿着被检管道圆周方向进行匀速扫查运动；使探头焦区始终覆盖聚乙烯管道接头熔合区；采用Ｃ扫描实时成像设备，按设定的路径作空间扫描；探头获得的超声信号数据送入计算机进行处理后形成Ｃ扫描图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑津洋，丁守宝，郭伟灿，施建峰，
申请(专利权)人：浙江省特种设备检验研究院，浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]