基于數字射線DR的玻璃鋼管道連接接頭檢測及應用

張秉乾，張正棠

基于數字射線DR的玻璃鋼管道連接接頭檢測及應用

張秉乾，張正棠

（甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730050）

從數字射線DR無損檢測技術的原理、方法及主要特點出發，通過對玻璃鋼-玻璃鋼螺紋連接接頭拍片分析來論證數字射線DR的有效性。結果表明：數字射線DR檢測可以很好地穿透玻璃鋼材料，并且將玻璃鋼連接接頭焊口內部結構拍得非常清晰。該技術目前是玻璃鋼管檢測中較先進的檢測方法，可以分辨出管本體、螺紋接頭中存在的具體缺陷類型和尺寸，但是，目前如何對玻璃鋼管本體及螺紋接頭中存在的各種缺陷進行定級及評價尚無具體規范，還需進一步研究。

玻璃鋼；管道；數字射線；檢測

玻璃鋼管是一種新型的復合材料，它的結構主要是以樹脂作為基體材料，通過纏繞玻璃纖維作為增強材料，玻璃鋼管與鋼管相比具有以下優點： ①摩阻系數小，水力特性比較好，管道流通效率高，節能效果顯著；②耐腐蝕性能好，使用壽命長； ③施工維修過程簡單方便、費用低；④材質輕，強度強；⑤制造工藝簡單，可以生產任意規格產品。通過現場使用證明，玻璃鋼管道在地下排除第三方破壞外使用壽命可長達50年左右，且對土壤無危害作用，是一種優良的節能環保產品，在石油化工、油氣田原油、注水的輸送、市政熱力管道給水排水等過程建設領域的應用越來越廣泛，創造了良好的經濟效益和社會效益[1-3]。

近年來玻璃鋼材料除在油氣集輸方面應用之外，一部分玻璃鋼材料也用于風機葉片。在風機葉片中應用中，國內外的研究焦點基本集中在兩個方面，一是風機葉片結構的性能，二是風機葉片的疲勞壽命[4-7]。劉康[9-11]等在低溫環境下對纖維增強聚合物基復合材料的低溫性能作了整體分析，從而揭示了低溫環境下纖維增強聚合物基復合材料性能的影響因素，并且證明了低溫環境下的影響因素主要是基體和纖維之間的界面效應。同樣，曾紅燕、翁春曉[5-6]對玻璃纖維復合材料也進行了超低溫性能測試，結果顯示，低溫環境下玻璃纖維復合材料的力學性能會有一定程度的提升。BHARGAVA[8]則通過做實驗，對實驗數據進行分析得到不同溫度下的葉片材料彈性模量和剪切強度，通過該研究得到了復合材料和溫度的關系，即隨著溫度的升高，材料的抗拉強度、抗壓強度、剪切強度和彈性模量均會下降，并且在小的變化范圍內呈近似線性關系。但是溫度的變化不僅能改變葉片的材料力學屬性，也會導致葉片的應力、應變等的變化。

目前玻璃鋼材料的研究基本上基于材料性能研究，通過實驗室力學性能實驗來研究玻璃鋼材料的基本性能，以及通過有限元手段對玻璃鋼材料進行應力、應變分析，而對玻璃鋼管道螺紋接頭質量檢測未見報道，本文將通過數字射線DR對玻璃鋼管道螺紋接頭進行拍片從而分析管道接頭連接質量。

1 數字射線DR檢測技術原理

數字平板直接成像是近幾年才發展起來的全新的數字化成像技術。數字平板技術與膠片或CR的處理過程不同，在兩次照射期間，不必更換膠片和存儲熒光板，僅僅需要幾秒鐘的數據采集，就可以觀察到圖像，檢測速度與效率大大高于膠片和CR技術。除了不能進行分割和彎曲外，數字平板與膠片和CR具有幾乎相同的適應性和應用范圍。

數字平板技術有非晶硅、非晶硒和CMOS 3種。非金硅和非晶硒2種數字平板成像原理有所不同，非晶硅平板成像可稱為間接成像：X射線首先撞擊板上的閃爍層，該閃爍層與以所撞擊的射線能量成正比的關系發出光電子，這些光電子被下面的硅光電二極管陣列采集到，并且將它們轉化成電荷，X射線轉換為光線需要的中間媒體為閃爍層。而非晶硒平板成像可稱為直接成像：X射線撞擊硒層，硒層直接將X射線轉化成電荷。

射線透照被檢工件，衰減后的射線光子被數字探測器接收，經過一系列的轉換變成數字信號，數字信號經放大和A/D轉換，通過計算機處理，以數字圖像的形式輸出在顯示器上。數字成像檢測與膠片照相在射線透照原理上是一致的，均是由射線機發出射線透照被檢工件，衰減、吸收和散射的射線光子由成像器件接收。不同點在于成像器件對于接收到的信息的處理技術：膠片照相是射線光子在膠片中形成潛影，通過暗室的處理，利用觀片燈來觀察缺陷；而數字成像則是利用計算機軟件控制數字成像器件，實現射線光子到數字信號再到數字圖像的轉換過程，最終在顯示器上進行觀察和處理缺陷。

2 數字射線DR在玻璃鋼管檢測中的應用

數字射線DR對玻璃鋼管道檢測的成功應用，不僅是在運行過程中保障維護管道的使用安全，也可以對制造廠生產出廠制造、現場安裝等各個環節中利用數字射線DR來控制接頭連接質量。通過使用數字射線DR可以對玻璃鋼管體、接頭、彎頭、三通等本體及連接部位加以控制，在生產、安裝、運維中對管道質量進行檢驗來判斷管道的連接好壞。

利用數字射線DR可以檢測出埋藏在玻璃鋼管中的孔隙、氣泡、分層、螺紋絲扣質量，脫膠情況，在實際運行中通過該手段檢驗可及時發現存在于玻璃鋼管中缺陷，對玻璃鋼管道使用起到保駕護航的作用。

2.1 玻璃鋼管道接頭檢測應用及分析

本次使用設備型號為MAPT160的發射機，焦距1 000 mm 、管電壓160 V、焦點尺寸2.5×2.5、管電流5 mA、曝光時間3 s、探測器類型為非金硅、探測器規格14×17、像素尺寸1 012、灰度值 3 000~6 000、信噪比100、放大倍數1∶1、圖像存儲格式BMP、檢測標準GB/T33488.3—2017，玻璃鋼管規格（管徑132 mm、厚度6 mm），對油田現場玻璃鋼-玻璃鋼管道連接接頭拍片分析，實物如圖1所示。

圖2至圖5為數字射線DR對玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片。

圖1 玻璃鋼-玻璃鋼螺紋連接接頭

圖2 數字射線DR對玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

從圖2中可以清楚地看到玻璃鋼-玻璃鋼螺紋接頭的螺紋連接數量，以及膠黏劑的涂覆質量，在接頭母扣左下角堆一層膠黏劑，而從接頭母扣端部直至公扣端部膠黏劑涂覆均勻且螺紋連接質量較好，母扣螺紋齒數明顯多于公扣齒數，這種情況屬于兩種管子不是同一型號。出現這種問題的原因可能是材料采購和驗收以及安裝過程中質量把控不嚴，材料進場后應該嚴格驗收及標記。

圖3 數字射線DR對玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

從圖3可以看出在接頭右下角端部、左上角端部螺紋間有間隙，而且螺紋扣沒有完全上滿，這是在管子安裝時膠黏劑涂覆不均勻，由于目前玻璃鋼管道暫時還沒有相關檢驗檢測方面無損檢測技術，導致玻璃鋼管道在制造、安裝及運行中存在的一些埋藏缺陷無法識別，最終導致失效。

圖4 數字射線DR對玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

圖5 數字射線DR對玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

在圖4接頭左上角、圖5接頭左下角螺紋連接處都有黑點，由于目前玻璃鋼管無無損檢測標準，因此還無法判斷該黑點是氣孔、夾渣還是其他類型缺陷，有待于進一步深入研究，下一步將計劃通過對玻璃鋼檢測中出現的問題，結合試驗研究對基于數字射線DR的玻璃鋼管的缺陷進行定性分析。

從圖2至圖5中可以看出，每個連接接頭中均存在玻璃鋼螺紋未上滿的現象，這是由于玻璃鋼管在安裝及運行中均無標準規范來指導，沒有相應的無損檢測手段來控制連接質量，這將會導致從宏觀上無法看清螺紋內部的連接狀況、連接質量、膠黏劑的涂覆質量以及可能存在螺紋連接接頭中缺陷，這也將為下一步制定玻璃鋼管道螺紋連接接頭數字射線DR的檢測標準，以及玻璃鋼管道的施工驗收規范做準備，后續將全面、深入地研究玻璃鋼管的制造、安裝、運行問題，為玻璃鋼管運行提供一份安全保障。

從以上分析可知，利用數字射線DR對玻璃鋼管道連接接頭拍片效果很明顯，可以從底片中看到存在于玻璃鋼管道接頭里面的缺陷，可是目前沒有對玻璃鋼管道中存在的缺陷進行定性及定量分析，下一步將繼續研究優化檢測參數，提高檢測精度。

3 結 論

1）文章介紹了數字射線DR的檢測原理，驗證了數字射線DR可以用于玻璃鋼管道接頭的檢測；

2）下一步將對存在于玻璃鋼管道連接接頭中的缺陷進行定性及定量分析，從而對玻璃鋼管道連接接頭內部缺陷進行深入研究。

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［6］翁春曉.超低溫用環氧樹脂及其碳纖維織物增強復合材料的研究[D]．武漢: 武漢理工大學，2012.

［7］徐德福，劉榮進，夏建生. 低溫對單向玻璃鋼某些力學性質的影響[J]．宇航學報，1986（2）：81-86.

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Detection and Application of FRP Pipe Joint Based on digital Ray DR

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（Gansu Province Special Equipment Inspection and Testing Institute, Lanzhou Gansu 730050, China)

From the digital radiography (DR) non-destructive testing principle, method and main characteristics, the validity of digital radiography (DR) was demonstrated through analysis of glass fiber reinforced plastic-glass fiber reinforced plastic thread connector. The test results showed that the digital radiography (DR) testing was a good way to penetrate glass fiber reinforced plastic materials, and the internal structure of the FRP connection joint was very clear. At present, this technology is a relatively advanced detection method in the detection of glass steel tube, which can distinguish the specific defect types and dimensions in the pipe body and threaded joint. However, there is no specific specification on how to grade and evaluate the various defects in the glass steel tube body and threaded joint, and further research is needed.

Glass fiber reinforced plastics; Pipe; Digital rays; Detection

2020-08-06

張秉乾（1987-），男，甘肅省蘭州市人，工程師，碩士研究生， 2011年畢業于蘭州理工大學過程裝備與控制工程專業，研究方向：壓力管道、壓力容器檢驗檢測。

張正棠（1989-），男，工程師，碩士，研究方向：壓力管道、壓力容器檢驗檢測、非金屬管道研究。

TQ050.4+2

A

1004-0935（2021）03-0346-03