專利名稱：：聚烯烴管道電熔焊接接頭冷焊缺陷的超聲檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種壓力管道的檢測(cè)方法，具體是聚烯烴管道電熔接頭焊接質(zhì)量的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：聚烯烴管道廣泛用于燃?xì)獾任ｋU(xiǎn)介質(zhì)的輸送，管材之間的連接是影響其結(jié)構(gòu)完整性及持久強(qiáng)度的重要環(huán)節(jié)。其中電熔焊接由于施工操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輕便，焊接速度快，成為聚烯烴管道連接的主要方法。其基本原理是將高阻值的加熱元件預(yù)先埋入套管內(nèi)壁，套在兩根管道管子的接頭處之后，對(duì)加熱元件進(jìn)行通電加熱，使套筒的內(nèi)表面和管道(或管件)的外表面分別熔化，冷卻固化后成為一個(gè)整體，從而達(dá)到焊接目的。由于聚烯烴管道接頭處有可能存在各種缺陷，且絕大多數(shù)聚烯烴管道事故都是由接頭缺陷引起的，使接頭成為聚烯烴管道系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。例如，盡管管道接頭的焊接有具體的操作規(guī)定(例如每種焊機(jī)對(duì)各種不同材料及直徑的管道接頭都有規(guī)定的焊接時(shí)間)，但還是由于各種原因常常造成焊接時(shí)間或焊接功率的不足，以至出現(xiàn)焊接接頭的冷焊缺陷，而現(xiàn)有的檢測(cè)手段幾乎都無法有效的檢測(cè)出這種缺陷。因?yàn)榘l(fā)生冷焊時(shí)，套筒內(nèi)壁和管材外壁的聚烯烴材料已經(jīng)發(fā)生熔化并相互擴(kuò)散，但是由于輸入熱量不夠，界面層分子并未充分的擴(kuò)散和纏結(jié)，分子之間相互滲透的深度不夠，因此連接強(qiáng)度不能達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度要求。為提高聚烯烴管道的安全性，除通過正確選擇焊接工藝和悍機(jī)提高接頭質(zhì)量外，還應(yīng)有完善的接頭缺陷安全評(píng)定方法，防止帶超標(biāo)缺陷管道投入運(yùn)行。目前，聚烯烴管道電熔焊接接頭的檢測(cè)方法有破壞性試驗(yàn)、目視檢測(cè)以及超聲檢測(cè)等。破壞性檢測(cè)是一種統(tǒng)計(jì)抽檢性質(zhì)的檢測(cè)方法，不能針對(duì)某一特定的接頭進(jìn)行檢測(cè)；而目視檢測(cè)由于不能直接觀察到接頭內(nèi)部的狀況，因此其可靠性也不能得到保證。超聲檢測(cè)雖然能夠直接獲得材料內(nèi)部的狀態(tài)信息，可以對(duì)一些有宏觀尺寸的缺陷進(jìn)行判別，如氣孔、夾雜以及金屬絲錯(cuò)位等，但卻無法檢測(cè)出接頭冷焊的情況。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上述
背景技術(shù)：
的不足，提出一種電熔焊接接頭冷焊程度的檢測(cè)方法，該方法應(yīng)具有檢測(cè)精度高、形象直觀、簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是聚烯烴管道電熔焊接接頭冷焊缺陷的超聲檢測(cè)方法，按以下方法實(shí)現(xiàn)一、利用超聲檢測(cè)方法對(duì)正常焊接的管材與接頭焊接部分的某一截面的進(jìn)行檢測(cè)，獲得超聲反射信號(hào)圖像，測(cè)得該超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離丄；二、對(duì)待測(cè)電熔接頭同樣進(jìn)行超聲檢測(cè)，獲得某一關(guān)心截面的超聲反射信號(hào)圖像，測(cè)得該超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離L';三、根據(jù)上述二個(gè)圖像中的特征線距離金屬絲的遠(yuǎn)近來判斷該待測(cè)電熔接頭是否存在冷焊缺陷。將所述的丄和z:代入公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中W以百分比表示，表征待測(cè)試樣的冷焊程度，從而判斷該焊接接頭是否存在冷焊缺陷。所述的超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離丄'或丄可用軟件測(cè)得。本發(fā)明提供的檢測(cè)方法可以通過比較樣本電熔套筒以及待測(cè)電熔套筒內(nèi)部的超聲圖，直觀地判別出待測(cè)電熔套筒的焊接質(zhì)量情況以及是否存在冷焊缺陷，不但檢測(cè)精度較高，形象直觀，能檢測(cè)任何特定的接頭，而且檢測(cè)方式簡(jiǎn)單方便，非常適用于工程中應(yīng)用。圖1電熔接頭焊接過程示意圖。圖2是電熔接頭的超聲檢測(cè)方式示意圖。圖3是PE材料同一時(shí)間焊接與功率的超聲成像對(duì)比示意圖。圖4是PE材料不同時(shí)間、功率下特征線與金屬絲的距離對(duì)比示意圖。圖5是PPR材料電熔接頭不同時(shí)間下特征線與金屬絲的距離對(duì)比示意圖。具體實(shí)施例方式聚烯烴電熔接頭焊接基本原理是將高阻值的金屬絲C(電熱絲)預(yù)先埋入套管內(nèi)壁，通過電熱絲發(fā)熱使金屬絲周圍的聚烯烴升溫熔化并彼此融合，冷卻后即可形成焊接接頭。在焊接過程中，靠近金屬絲的聚烯烴材料溫度迅速升高，當(dāng)溫度升高至聚烯烴的熔點(diǎn)附近時(shí)，晶區(qū)開始熔化，并形成熔化區(qū)，隨著焊接時(shí)間的延長(zhǎng)，熔化區(qū)不斷擴(kuò)大，熔化區(qū)與固態(tài)的交接線A按一定規(guī)律向套管外壁位移(圖l所示)。通過理論研究表明此交接線A與金屬絲的距離與加熱時(shí)間、輸入功率、環(huán)境溫度等參數(shù)密切相關(guān)；對(duì)同一材料規(guī)格的聚烯烴電熔接頭，在一定的焊接工藝條件下(焊接時(shí)間、輸入功率、焊接初始溫度)，此交接線與金屬絲間的距離為某一定值。因此可以采用此交接線與金屬絲間的距離來間接表征冷焊的嚴(yán)重程度。發(fā)明人通過大量試驗(yàn)研究，采用現(xiàn)有的超聲成像技術(shù)對(duì)電熔接頭進(jìn)行超聲檢測(cè)(檢測(cè)示意圖見圖2;圖中D為電熔接頭，E為超聲探頭，G為管材，C為電熱絲)，探測(cè)到金屬絲上方一定距離位置的超聲反射信號(hào)線，本發(fā)明中用作判別冷焊程度的特征線t。通過大量不同規(guī)格電熔接頭進(jìn)行超聲檢測(cè)實(shí)時(shí)錄像，以及不同深度位置的溫度場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，證實(shí)超聲檢測(cè)所發(fā)現(xiàn)的特征線t就是電熔接頭熔化區(qū)與固態(tài)區(qū)的交接線A。其形成原因主要是在聚烯烴電熔接頭焊接過程中，存在于材料中的氣體、水等在焊接熱的作用下向外擴(kuò)散，并通過熔化區(qū)到達(dá)固態(tài)區(qū)，最后匯集在熔化區(qū)與固態(tài)區(qū)的交界處，形成一條微小氣隙線，從而形成超聲波反射信號(hào)。此外，熔化區(qū)凝固后聲學(xué)特征與固態(tài)區(qū)的聲學(xué)特征的微小差別也有助于此特征線的形成。此特征線與金屬絲的距離與焊接時(shí)間與功率有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。大量的試驗(yàn)證明同一焊接時(shí)間與功率下此特征線與金屬絲的距離基本一致。圖3為三組同一時(shí)間與功率焊接電熔接頭的超聲成像圖(共9個(gè)圖)。從圖中看出，同一焊接時(shí)間與功率下特征線與金屬絲的距離基本相同，通過軟件測(cè)得此距離最大偏差為0.1ram，由此可以說明以此特征線與金屬絲的距離來判斷冷焊程度有可靠的重復(fù)性。通過試驗(yàn)表明此特征線與金屬絲的距離隨著焊接熱量(焊接時(shí)間、焊接功率)變化而變化，并有著單調(diào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，以此特征線與金屬絲的距離來判斷冷焊程度，在技術(shù)上是可行的。以PE80材料DN90電熔接頭為例，不同焊接熱量(焊接時(shí)間T、焊接功率P)情況下特征線與金屬絲的距離對(duì)比見圖4(共14個(gè)圖)。通過軟件可測(cè)得的特征線與金屬絲的距離，針對(duì)PE80材料DN63、DN90、DN110三種規(guī)格的電熔接頭進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得的特征線與金屬絲的距離見表1。從表l可以看出1)特征線與金屬絲的距離隨著焊接時(shí)間、焊接功率的增加而增加；2)如果焊接時(shí)間或焊接功率大于等于正常值的50%，特征線與金屬絲的距離與輸入的焊接熱量(焊接時(shí)間和焊接功率的乘積)相關(guān)，采用不同的焊接時(shí)間與焊接功率，如果焊接時(shí)間和焊接功率的乘積相同，則特征線與金屬絲的距離也基本相同。3)特征線與金屬絲的距離和電熔焊接時(shí)間與功率有著近似的線性關(guān)系，如果焊接時(shí)間或焊接功率大于等于正常值的50%，特征線與金屬絲的距離與輸入的焊接熱量(焊接時(shí)間和焊接功率的乘積)有著近似的線性關(guān)系；這從電熔接頭焊接時(shí)全過程超聲檢測(cè)錄像可以看出，當(dāng)此特征線形成后，以近似均勻的速度隨焊接時(shí)間的增加向外推進(jìn)；另外，從電熔接頭熱力學(xué)模型分析，當(dāng)熔合區(qū)交接線與金屬絲的距離遠(yuǎn)小于套筒內(nèi)徑，在焊接時(shí)套筒外表面溫度變化不大時(shí)，焊接時(shí)不發(fā)生降解、金屬絲錯(cuò)位情況下，從數(shù)值分析結(jié)果也可證明上述線性可近似成立。因此，冷焊程度可近似用下式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中//—冷焊程度(代表正常焊接輸入熱量，以百分比表示)Z'—冷焊時(shí)特征線與金屬絲的距離(mm)丄一正常焊接時(shí)特征線與金屬絲的距離(咖)因此，一種聚烯烴管道電熔焊接接頭的超聲檢測(cè)方法，可按以下方法實(shí)現(xiàn)一、利用超聲檢測(cè)方法對(duì)正常焊接(標(biāo)準(zhǔn)焊接時(shí)間以及焊接功率，通常由焊接工藝試驗(yàn)確定)的管材與接頭焊接部分的某一截面的進(jìn)行檢測(cè)，獲得超聲反射信號(hào)圖像(圖像中出現(xiàn)在金屬絲上方的一條特征線反射信號(hào)，可對(duì)儀器進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚焦，使特征線能清晰顯示)，用軟件(超聲檢測(cè)設(shè)備所配置軟件)測(cè)得該超聲反射信號(hào)圖像中(電熔接頭中間區(qū)域)的特征線與金屬絲的距離i(為減少誤差，以特征線圖像和金屬絲圖像的中心為測(cè)量基點(diǎn))；二、對(duì)待測(cè)電熔接頭同樣進(jìn)行超聲檢測(cè)，獲得某一關(guān)心截面的超聲反射信號(hào)圖像，用軟件測(cè)得該超聲反射信號(hào)圖像中(電熔接頭中間區(qū)域)的特征線與金屬絲的距離Z';三、根據(jù)上述二個(gè)圖像中的特征線距離金屬絲的遠(yuǎn)近來判斷該待測(cè)電熔接頭是否存在冷焊缺陷。一般情況下丄〉丄'，這可以作為一種定性分析方法。進(jìn)一步，采用定量分析時(shí)，可將將所述的丄和丄'代入公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中//一冷焊程度，以百分比表示(代表正常焊接時(shí)的輸入熱量)，表征待測(cè)試樣的冷焊程度，從而判斷該焊接接頭是否存在冷焊缺陷。對(duì)大量冷焊試樣進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，由公式l所表證的冷焊程度與實(shí)際輸入的焊接熱量的對(duì)比結(jié)果見表2，從表2可知，在焊接熱量大于等于正常焊接熱量值的50%時(shí)，由公式(1)所表征的冷焊程度與實(shí)際數(shù)值的偏差范圍為-4.1%~4.2%，精度能夠滿足工程應(yīng)用的要求。根據(jù)大量冷焊試樣的力學(xué)性能試驗(yàn)(拉伸、剝離、高溫靜壓、常溫靜壓試驗(yàn))。當(dāng)冷焊試驗(yàn)焊接時(shí)輸入的熱量值小于等于70%正常值時(shí)，試樣的力學(xué)性能不能全部滿足電熔接頭產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求；當(dāng)冷焊試驗(yàn)焊接時(shí)輸入的熱量值大于75%正常值時(shí)，試樣的力學(xué)性能能滿足電熔接頭產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求；考慮到以特征線為參數(shù)表征的冷焊程度^與實(shí)際有不到5%的偏差，因此在實(shí)踐中，以H值80呢為基準(zhǔn)，當(dāng)^大于等于80%時(shí)，可判定為合格；當(dāng)^小于80%時(shí)，試樣存在冷焊缺陷。本發(fā)明的結(jié)論不僅適用于PE80材料，還適用于PEIOO、PPR、PP等聚烯烴類管道的電熔接頭；理由是聚烯烴類材料的性能與PE80材料相似。以浙江中材管道科技股份有限公司生產(chǎn)的PPR材料DN63電熔接頭為例圖5為100y。T和70%T焊接時(shí)得到的超聲檢測(cè)圖，用超聲檢測(cè)法測(cè)得正常焊接(100%T)電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為2.3咖，70%T焊接的電熔接頭其特征線與金屬絲的距離為1.6mm;可知^=1.6/2.3=69.6%，與實(shí)際值比較，其誤差為0.4%。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)聚烯烴電熔焊接接頭中冷焊缺陷的判別，非常適用于工程中應(yīng)用。實(shí)施例l:以PE80材料DN90電熔接頭為例，用超聲檢測(cè)法測(cè)得正常焊接電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為3.2mm;而用超聲檢測(cè)法測(cè)得待測(cè)電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為2.6mm;可知〃=2.6/3.2=81.3%，可判定為合格。實(shí)施例2:以PE80材料DN110電熔接頭為例，用超聲檢測(cè)法測(cè)得正常焊接電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為3.7mm;而用超聲檢測(cè)法測(cè)得待測(cè)電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為2.2咖；可知/^=2.2/3.7=56.8%，可判定為不合格。實(shí)施例3:以PE80材料DN63電熔接頭為例，用超聲檢測(cè)法測(cè)得正常焊接電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為2.4mm;而用超聲檢測(cè)法測(cè)得待測(cè)電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為2.0膽；可知/^=2.0/2.4=83.3%，可判定為合格。實(shí)施例4:以浙江中材生產(chǎn)的PPR材料DN63電熔接頭為例，用超聲檢測(cè)法測(cè)得正常焊接電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為2.3mm;而用超聲檢測(cè)法測(cè)得待測(cè)電熔接頭的特征線與金屬絲的距離為1.6nnn;可知^二1.6/2.3=69.6%，可判定為不合格。表l特征線與金屬絲的距離和電熔焊接時(shí)輸入時(shí)間和功率的關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2冷焊程度與實(shí)際輸入的焊接熱量的對(duì)比結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、聚烯烴管道電熔焊接接頭冷焊缺陷的超聲檢測(cè)方法，按以下方法實(shí)現(xiàn)一、利用超聲檢測(cè)方法對(duì)正常焊接的管材與接頭焊接部分的某一截面的進(jìn)行檢測(cè)，獲得超聲反射信號(hào)圖像，測(cè)得該超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離L；二、對(duì)待測(cè)電熔接頭同樣進(jìn)行超聲檢測(cè)，獲得某一關(guān)心截面的超聲反射信號(hào)圖像，測(cè)得該超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離L′；三、根據(jù)上述二個(gè)圖像中的特征線距離金屬絲的遠(yuǎn)近來判斷該待測(cè)電熔接頭是否存在冷焊缺陷。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚烯烴管道電熔焊接接頭冷焊缺陷的超聲檢測(cè)方法，其特征在于將所述的丄和丄'代入公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中//以百分比表示，表征待測(cè)試樣的冷焊程度，從而判斷該焊接接頭是否存在冷焊缺陷。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚烯烴管道電熔焊接接頭冷焊缺陷的超聲檢測(cè)方法，其特征在于所述的超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離丄'或丄可用軟件測(cè)得。全文摘要本發(fā)明涉及一種聚烯烴管道電熔焊接接頭焊接質(zhì)量的檢測(cè)方法。目的是提出的檢測(cè)方法應(yīng)具有檢測(cè)精度高、形象直觀、簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)。技術(shù)方案是聚烯烴管道電熔焊接接頭冷焊缺陷的超聲檢測(cè)方法，按以下方法實(shí)現(xiàn)一、利用超聲檢測(cè)方法對(duì)正常焊接的管材與接頭焊接部分的某一截面的進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得該超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離L；二、對(duì)待測(cè)電熔接頭同樣進(jìn)行超聲檢測(cè)，獲得該超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離L′；三、根據(jù)上述二個(gè)圖像中的L與L′判斷該待測(cè)電熔接頭是否存在冷焊缺陷。將所述的L和L′代入公式H=L′/L，從而判斷該焊接接頭是否存在冷焊缺陷。所述的超聲反射信號(hào)圖像中的特征線與金屬絲的距離L′或L可用軟件測(cè)得。文檔編號(hào)G01N29/04GK101101276SQ20071006920公開日2008年1月9日申請(qǐng)日期2007年6月5日優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日發(fā)明者丁守寶,卉王,鄭津洋,郭偉燦申請(qǐng)人:浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)中心;浙江大學(xué)