聚乙烯管道电熔焊接及超声相控阵检测技术 -学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

2ntaa2mn生产应用
聚乙烯管道电熔爆接及超声相控阵检测技术
厦门市特种设备检验检测院(361004)伏喜斌
摘要介绍了聚乙烯管道的电熔焊接技术,对聚乙烯管道电熔焊工作原理进行了阐述,对影响焊接质量的因
素进行了分析。在影响焊接接头质量的因素中,能量偏差、环境温度、操作不当等是最为主要的因素,直接导致了
未熔合、金属丝错位、孔洞、夹杂及冷焊等缺陷的出现。阐述了超声相控阵技术实现电熔焊接头的缺陷识别,对缺
陷超声相控阵信号特征进行了分析,并通过实际的检测信号验证了特征分析的准确性,从而为保证聚乙烯管道焊
接接头质量提供了一种可靠的技术手段。
关键词;聚乙烯管道电熔焊超声相控阵
中图分类号:TG115.28
丝两端加一恒定电压,利用电阻丝的焦耳效应发热将
0前言
套筒与管材壁面附近的聚乙烯熔融并结合,冷却后使
聚乙烯( Polyethylene,PE)管道由于具有使用寿命管件与管材牢固、密封地结合在一起,其焊接过程如
长、耐腐蚀性好、密封性强以及经济实用等优点,近年图1所示。
来在管道的输送和修复领域得到了广泛应用,特别是
在燃气、自来水的输送等方面们。而管道安装过程中,
电源
其接头质量的好坏将直接影响着安全使用性能,可采
电
用的方法主要有热熔焊接与电熔焊接技术。其中,尤
极
电
极
以电熔焊接连接最为牢固,受人为因素影响最小。
聚乙烯管材
电熔焊由于电熔套的包裹,焊接接头的好坏不能
熔融结合
从外表直接观测到,通常通过试压的方法对接头的质
聚乙烯管材
量进行检验
但试压往往存在着破坏性和危险
电阻丝
电熔套筒
性,因此无损检测技术是最为理想的方法。目前,针对
聚乙烯管道的超声无损检测技术还处于初始应用阶
图1电熔焊示意图
段,通过反射波形来实现对缺陷的判断,往往依赖于检
验者的经验。为此,有必要利用一种更为直观的无损
电熔焊的操作步骤分为:①切割管材并标记管材
检测方法,目前超声相控阵技术能够很好的实现这
插入管件的深度;②切削管端口;③擦拭管件;④装夹
目的
管件;⑤熔接;⑥冷却。
文中对聚乙烯管道的电熔焊接技术进行了阐述,
电熔焊接的优点是自动化程度高、操作简单、接头
分析了影响焊接质量的因素,同时介绍了超声相控阵较为牢固可靠,但不足之处是管件加工工艺复杂、成本
技术实现对电熔焊接头的缺陷识别。
相对较高,并且对操作人员的技术水平要求较高。
1.2影响电熔焊接头质量的因素
聚乙烯道电熔焊接技术概述
由于各种干扰因素的影响,聚乙烯管道电熔焊时,
近年来随着技术的进步,电熔焊接技术的应用日焊接接头处会出现各种缺陷,常见的缺陷主要有未熔
益广泛,特别是在天然气的输送方面。
合、金属丝错位、孔洞、夹杂和冷焊等。
聚乙烯管道电熔焊接原理
影响电熔焊质量的因素主要有:①电源波动造成
聚乙烯管道电熔焊的基本原理是通过在加热电阻的能量输人偏差;②焊接参数输人错误造成的错误焊
接;③管件自身电阻大小不均造成的能量偏差;④环境
收稿日期:2012-05-10
温度对熔接量的影响;管材嵌入不当等不良操作对
2012年第7期49
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焊接质量的影响。
等缺陷。
2电熔焊缺陷超声相控阵检测
未熔合主要指在熔融界面上,即套筒内壁与管外
壁间出现没有完全熔合在一起的现象。未熔合缺陷信
目前,聚乙烯管道电熔焊接头的检测方法有破坏号出现在金属丝的下方。夹杂是焊前沽有的污物存在
性试验、目视检测及超声检測等。传统的超声波检测于焊后熔接界面中,出现在金属丝的下方,为条形
由于易受聚乙烯界面多次反射回波的干扰,很难实现缺陷。
对聚乙烯电熔焊接头缺陷的识别。超声相控阵技术由
孔洞主要指出现在熔合界面外的孔形缺陷,位
于声能集中,因此很好地克服了这一难点。
置大多在金属丝的上方或侧上方,也有极少数出现
2.1超声相控阵检测技术
在金属丝的下方,为圆形缺陷。金属丝错位是指原
超声相控阵聚焦技术的原理是运用电子技术,按均匀排布的电阻丝在焊接后发生了水平或垂直方向
计算得到的时序控制激发各个单元,使各单元发出的的位移。
超声波同时到达该焦点。
冷焊是电熔焊接头中危害性最大的缺陷,根据文
超声相控阵检测技术的基本特点是相控,包括发献[5]的研究成果,可通过检测冷焊特征线来确定。冷
射相控和接收相控。发射相控是利用电子技术调整阵焊特征线在电阻丝信号线的上方,贯通套筒的整个焊
元的发射相位和超声波强度,以实现焦点位置和聚焦接区域,并且具有一定的宽度。
方向的动态调整;接收相控是发射相控的逆过程,是利2.2.2超声相控阵检测应用
用电子技术和信号处理技术对阵元接收到的检测信号
在聚乙烯燃气管道电熔焊接完成后,采用型号为
进行相控逆处理,以获得缺陷信号的位置与特征信息,CTS-602超声相控阵检測仪,探头型号为T15F64,进
超声相控阵检测过程如图2所示。
行焊缝质量检测,其过程如图3所示。
超声相控阵
检测仪
探头
电阻丝
电熔套筒
聚乙烯管材
熔融结合面
图3现场检测过程
图2超声相控阵检测示意图
当电熔焊接头中不存在缺陷时,其超声相控阵图
超声相控阵技术采用的探头是由多个晶片组成,像如图4所示。
多个晶片采用略微差别的时间来激发,通过对多个晶
片的延迟控制,来实现声東偏转控制,扫查更广阔
区域。
界面多次回波产生的干扰
2.2电熔焊缺陷超声相控阵检测
root 000
2.2.1超声相控阵检测信号
电阻丝图像
正常焊接条件下,电熔焊接头中电阻丝排布规整,
没有明显错位现象,电熔套筒内壁与管材外壁熔融为
管材内壁面回波图像
体,熔合面没有间隙和孔洞。当焊接不当,电熔焊接
头中将出现未熔合、孔洞、夹杂以及金属丝错位和冷焊
图4焊接完好的超声相控阵图像
502012年第7期