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聚乙烯管热熔接头超声相控阵检测及检出率定量分析
解俊炜;许卫荣;王强;陈本瑶
【摘要】基于超声相控阵技术,通过改变探头的频率(2.25MHz、5.00MHz),对定
制的聚乙烯试块中不同深度(10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35
mm、40mm)、直径分别为1mm和2mm的横通孔缺陷进行检测和分析,并利
用超声相控阵技术进行了检出率定量分析.研究结果表明:采用较低频率的探头,对较
大的缺陷能取得更好的检测结果.在95%的置信区间下限,90%缺陷检出率时,2.25
MHz探头和5.00MHz探头能检测到直径为1mm的横通孔缺陷深度分别为
26.21mm和14.98mm.
【期刊名称】《河南科技大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2019(040)003
【总页数】6页(P11-16)
【关键词】聚乙烯管;超声相控阵技术;横通孔缺陷;检出率
【作者】解俊炜;许卫荣;王强;陈本瑶
【作者单位】中国计量大学质量与安全工程学院,浙江杭州310018;湖州市特种设
备检测研究院,浙江湖州313000;中国计量大学质量与安全工程学院,浙江杭州
310018;湖州市特种设备检测研究院,浙江湖州313000
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
0引言
聚乙烯(polyethylene,PE)管相对于传统金属管道具有耐腐蚀、力学性能良好、环
保、使用寿命较长等优点,已广泛用于天然气输送、给水排污等领域[1-2]。但是
在现场施工中,由于焊接工艺、焊接环境及焊工技术等因素的影响,聚乙烯管焊接
接头不可避免地会产生一些缺陷,如孔洞、夹杂和未熔合等[3],这会给聚乙烯管
道的安全运行带来极大的安全隐患。因此,研究一种行之有效并且可操作的无损检
测技术,应用在聚乙烯管道热熔焊接接头上,具有重大意义。
目前,常用的聚乙烯管热熔焊接接头的检验方法有外观检查和翻边切除检验[4]。
文献[5]采用超声波检测了模拟制备的典型热熔焊接缺陷,分析了缺陷的超声波特
征,得出超声波对面积型和孔洞型缺陷有良好的检测能力,并能测定缺陷的深度。
文献[6]选用2MHz纵波对含典型缺陷的聚乙烯管焊接接头试块进行超声检测,得
出超声纵波倾斜入射的方式对焊接接头内部缺陷有很好的检测灵敏度,缺陷定位误
差为1~2mm。文献[7]采用X射线和超声波,对夹杂、气孔及未熔合缺陷的聚乙
烯试件进行检测,得出X射线对于未熔合缺陷的检测效果不好,其他缺陷都可以
被两种检测方法检出。文献[8]研制了基于相控阵聚焦和超声实时成像技术的超声
自动检测系统,能可靠地检测出聚乙烯热熔接头中的典型缺陷。文献[9]提出了超
声相控阵动态聚焦和S扫差成像技术,对聚乙烯管道热熔接头进行了检测,检测
结果验证了该方法的可行性。文献[10]使用微波扫描方法研究了聚乙烯热熔接头中
的冷焊缺陷,通过微波扫描图像对比可以识别冷焊缺陷。文献[11]研制了热熔接头
全自动超声检测系统,并通过制作典型缺陷的聚乙烯接头缺陷试样进行试验,试验
结果表明:系统能有效检出接头中的缺陷。综上,对于聚乙烯热熔接头内部缺陷开
展了各种无损检测研究,但是在现场施工中的应用及某些工艺缺陷检测(如冷焊检
测)都未能有效解决。
本文采用超声相控阵技术,使用水楔块,通过改变探头的频率(2.25MHz、5.00
MHz),对定制的聚乙烯试块中不同深度、直径分别为1mm和2mm的横通孔
缺陷进行检测和分析,并引入检出率(probabilityofdetection,POD)定量分析
了不同频率探头对超声相控阵缺陷检出率的影响。
1超声相控阵检测及分析
1.1试块信息
聚乙烯管热熔接头是由对接管两个熔融端面压在一起冷却形成的,其成分与母材区
一致,声学性能与母材区相似,又因为加工带有缺陷的热熔焊接接头的对比试块难
度较大,故用聚乙烯管母材定制对比试块进行相关研究。定制的试块是PE100试
块(400mm×40mm×80mm),依据JB/T8428—2015《无损检测超声试块通
用规范》[12]制造。试块加工成直径分别为1mm和2mm,间距都为5mm的
横通孔缺陷;两个半径分别为25mm
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