埋地聚乙烯管道熱熔接頭的超聲相控陣檢測

康新剛

摘 要： 埋地聚乙烯管道的質量受到熱熔接頭質量的影響，所以要嚴格按照程序進行熱熔連接，并做好檢測，而在檢測工藝上超聲相控陣檢測屬于可行性較高的檢測方式，集合了超聲相控陣S掃描和動態聚焦技術，能夠有效檢測出埋地聚乙烯管道熱熔接頭缺陷，為提升熱熔接頭質量提供保障。

關鍵詞： 埋地聚乙烯管道；熱熔接頭；超聲相控陣檢測

【中圖分類號】 TU996 【文獻標識碼】 A【文章編號】 2236-1879（2018）14-0193-01

在城市埋地管道網建設中，由于聚乙烯管道有著維護成本低、運行耗能低、壽命長等特點被廣泛應用，也因為其可靠性和質量安全性備受業界關注。在應用中接頭焊接是較為重要環節，也是常發生問題的環節，所以對于熱熔接頭進行無損檢測是確保接頭質量的重要工作。在檢測中與常規超聲檢測相比較，超聲相控陣技術能夠在更大范圍內焦點聚焦以及尺寸動態調控，確保一個范圍內檢測分辨率相一致，同時還能縮短檢測時間。在超聲相控陣檢測中，圖像的表現形式有S、B視圖，更為直觀，讓檢測更為便捷。所以說，超聲相控陣技術應用于埋地聚乙烯管道熱熔接頭質量檢測中意義重大。

一、常規檢測技術和聚乙烯管道熱熔接頭缺陷

（一）常規檢測技術及不足。

目視檢測、破壞性檢測、常規無損檢測等均是目前常見的熱熔接頭質量檢測方式，但是均存在不同程度的不足，其中目測檢測無法觀察到接頭內部的情況，難以保證檢測的有效性；破壞性檢測在應用中主要是抽樣檢測，在工地的應用性不強；而常規無損檢測包括超聲波檢測、X射線檢測、紅外線熱成像等，后兩種在面狀缺陷和埋藏缺陷檢測上靈敏度不高，而超聲的不足主要有：首先，聚乙烯管道熱熔接頭會有焊接卷邊，超聲掃查中會形成輪廓回波；其次，聚乙烯屬于高分子材料，有著更為嚴重的聲波散射、聲波衰竭系數、聲阻抗等，會影響超聲回波[1]。

（二）聚乙烯管道熱熔接頭缺陷及檢測。

在聚乙烯管道系統中接頭焊接是比較薄弱的一環，容易產生各種缺陷，究其原因主要有環境、人工操作、焊接工藝等，根據缺陷的形態、成因等，缺陷主要呈現為工藝缺陷（融合面過短、不對中、過焊、冷焊）、熔合面夾雜、孔洞、裂紋；其中工藝缺陷能夠利用外觀來檢測，不過熔合面夾雜、孔洞、裂紋這幾種缺陷存在于接頭內部，熔合面夾雜和裂紋是面積型缺陷，而孔洞是體機型缺陷，通過超聲波主聲束能夠檢測到體機型缺陷，探頭能夠收到反射回波；但是面積型缺陷，如果聲束軸線不和缺陷方向垂直，在缺陷指向性和探頭指向性的雙方面影響下，常規的超聲聲束角無法改變，僅能掃查到一定角度內的缺陷，所以需要應用更為有效的超聲檢測技術[2]。

二、埋地聚乙烯管道熱熔接頭超聲相控陣檢測

（一）檢測試塊。

在超聲相控陣檢測中聚乙烯試塊能夠確定ACG修正和定位精度測試，所以在試塊的選擇上，要和聚乙烯有著相類似的聲學特性和表面粗糙度，要使用弧面作為檢測面，并以該面中心點為軸心，作半徑為25mm的半弧，將35根1mm金屬絲預埋于此，間距保持在6°。

（二）儀器和探頭。

儀器為便攜式超聲相控陣檢測儀，行線陣斜探頭縱波檢測，探頭頻率為5MHz，掃描深度1.32cm，靈敏度直徑為0.1cm的孔，檢測對象為de160×14.6mm的埋地聚乙烯管。

（三）耦合劑選擇。

耦合劑在超聲檢測中，能夠讓聲能在受檢材料和探頭之間傳遞，所以越高的耦合劑，有著越高的聲強透射率；結合折射定律和聲波反射，聲速方面受檢材料和耦合劑越相似，兩者之間會產生越少的反射聲損失，能有更多的超聲波透視進受檢材料內，讓檢測靈敏度更高；在界面不會生成聚焦聲束折射，而是聚焦在原焦點位置。

（四）檢測結果。

通過S掃描獲得聚乙烯管道熱熔接頭典型缺陷和無缺陷圖像，之后利用破壞性試驗對缺陷進行了驗證，保證了結果的準確性。其中，無缺陷焊接熱熔接頭，在影像中內外表信號均清晰顯示，除了設備自身干擾信號，內外表信號之間再無其它信號；未熔合缺陷在內外表信號之間以貫穿型表現，主要處于在融合面上；熔合面夾雜缺陷在內外表面信號之間，以單個信號表現，主要處于熔合線上；孔洞缺陷影像清晰，在內外表面信號之間信號明顯[3]。

（五）檢測分析。

超聲相控陣檢測的結果表明，通過超聲成像能夠準確、快速的辨別熱熔接頭的缺陷，提升了檢測的便利性；另外，通過超聲相控陣檢測，能夠獲得熱熔接頭典型缺陷超聲影像，根據不同的影像表現，能夠辨別不同的聚乙烯管道熱熔接頭缺陷，利用工程驗證，顯示此項將測技術具有可行性。

結束語

在埋地聚乙烯管道熱熔接頭的檢測中，可以在熔合區多個位置檢測，要求探頭在管件和外表面有較好的耦合，不過很多管件這個位置存在臺階、字跡、凹凸等狀況，因此直探頭的耦合性不良，會影響檢測，所以要對相控陣聚焦的位置進行調整，讓探頭遠離這個位置，在耦合良好的位置檢測。另外，確定好探頭、掃描方向、檢測位置后，要對于不易檢測部位進行多區域掃描，以便完成檢測，確保檢測的有效性。

參考文獻

[1] 竺哲明， 黃偉勇， 郭偉燦. 聚乙烯管道熱熔對接接頭的超聲相控陣檢測[J]. 無損檢測， 2017， 39（1）：38-41.

[2] 李曼曼， 馬旭卿， 雷素敏，等. 聚乙烯管道電熔接頭超聲波檢測的適用性[J]. 煤氣與熱力， 2017（11）：1-9.

[3] 伏喜斌. 聚乙烯管道電熔接頭缺陷超聲相控陣成像模擬和實驗研究[J]. 機電工程， 2018（1）：106-109.