PE管道电熔接头相控阵超声检测技术及析测过程.pdf

:64:特种设备安全技术2023年第6 期PE管道电熔接头相控阵超声检测技术及析测过程张文良毛晓刚王大刚摘要PE管道电熔接头相控阵超声检测技术是一项新型、成熟的无损检测技术，NB/T47013.15-2021相控阵超声检测标准与2 0 2 1 年颁布实施，但如何在现场进行电熔接头相控阵检测，标准要求却相对模糊，本文通过对PE管道电熔接头相控阵超声检测设备详细介绍，对该检测技术全过程测试，使该技术能够正确应用于现场检测。关键词相控阵超声主机PE管道电熔接头扫查架探头水封装置供水装置TOFD功能、分组扫查功能，支持双相控阵探头、相控1引言阵+TOFD同屏扫描等多种模式。双极性方波脉冲，脉相控阵超声检测技术是一项新兴的无损检测技术，冲电压：2 V-110V，步进大于等于2 V；全屏动态聚焦、因其原理结构使得该技术拥有其它无损检测无发比拟的任意面聚焦、等深度聚焦、投影面聚焦等多种聚焦模式，优势。PE管道电熔接头材质为聚乙烯（高分子材料）线扫/扇扫、B型/C型/D型等多种视图同屏显示。该加电阻丝（金属材料）镶嵌，通过电阻丝加热使高分子仪器能够满足PE管道电熔接头的线扫描检测。材料熔化将电熔接头与管道表面熔合在一起，冷却后电熔接头和管道将结合为一体，满足现场工况使用条件。现阶段磁粉、渗透、涡流检测技术无法对其进行检测；胶片射线、DR技术不能有效判断电熔接头内部缺陷；常规超声检测能够对其进行检测但操作手法要求高、缺陷判定比较困难、检测效率极低；相控阵超声技术克服了以上无损检测技术的缺点，以缺陷显示直观、检测效率高等优点得到业界普遍认可并已大力推广。2相控阵超声原理相控阵技术通过使用阵列探头，对探头的每个阵元施加相应的延迟发射和接收时间控制，实现发射波和接受波束的偏转和聚焦，达到检测目标。本文用到的是相控阵超声扫描方式中的线扫描，即将探头分成序列连续的组合晶片，采用相同延迟法则依次顺序激励，每组晶片以单一角度发射声束，在确定范围内沿相控阵探头长度方向扫描被检工件，以实现类似常规超声检测探头前后移动的检测效果，该方式只需将探头环绕工件进行扫查即可得到探头长度方向的所有数据，大大提高了检测效率。3相控阵超声仪器相控阵超声仪器包括相控阵仪器主机、探头、扫查器、编码器、水封装置、供水装置等。（1)仪器主机本文使用主机为某公司研制的supor-32pt型号设备（如图1），该设备具有3 2 通道相控阵功能、2 通道收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 5图1 仪器主机(2）探头本文使用的探头型号为5.0 L64-0.5-7-IH3（如图2、图3），5.0 代表中心频率为5MHz，L 表示线阵列探头，64代表阵元数量，0.5代表阵元中心距，7 代表阵元长度，IH3代表第三代高净化注水式探头。该探头端部设计有与水封装置配套的外延，尾部设有防误接6 4针双排接头，最后由锁紧卡具锁紧，保证现场操作安全、可靠。图2 探头（发射端）图3 探头（主机接口）（3）扫查架本文使用的为聚乙烯电熔接头相控阵检测链式扫5.0L64-0.5-7-HGSIUI2023年第6 期查架（如图4），能适应电熔接头外径范围为50 mm-400mm；能够匹配多种型号的编码器，可匹配5.0 L64-0.5-7-IH3或5.0 L128-0.5-7-IH2探头，该扫查架有主架、探头接口、水封装置接口、编码器接口、链式箍紧装置组成，其中链式箍紧装置采用长度不一的快接锁紧接头（如图5）来调节链条长度，通过猪尾钩（如图6）与链条端部连接使链条形成闭环，再通过猪尾钩装置上的调整螺钉及卡紧锁扣实现链条长度的微调及待测管件的箍紧功能。快接锁紧接头（如图7）的使用方法为将滚轮两侧钉帽向外侧拖拽至限位位置之后旋转一定角度即可将钉头打开到固定距离，之后将接头凸起端插入钉头移开的位置，凸端小孔与钉头对中，之后旋转顶帽至原始位置，通过接头内置弹簧的预紧力自动回归到滚轮圆心处的凹槽内，完成一个接头的连接，以此类推，根据管径不同选择合适管径大小的接头进行连接。每个快接锁紧接头两侧都带有两个滚动轮，便于现场检测时能够减小摩擦力，更容易控制探头的移动位移，降低技术人员的操作难度。特种设备安全技术过螺钉固定在扫查架接口上，中途用多股防干扰数据线通过1 4针快接接头与主机连接，快接接头（如图9）上刻有间距不同的刻槽来防止数据线连接错误，该接头同时具有锁死装置来防止接头检测过程中脱落；该编码器的作用是将探头的时时位移同步显示在主机屏幕并记录下来，便于对扫查部位进行精确定位。编码器通过主机可以设置编码器分辨率，其最小分辨率为2 2.2 5步/mm；可正向、反向检测，图像重复性在标准允许范围之内。EN-19CESTLIA图8 编码器:65图9 编码器快接接头（5）水封装置图4图5图6是一种能够连接供水管路将水封闭到固定空腔内作为耦合介质进行相控阵超声检测的装置（如图1 0），该装置有注水接头、储水腔、密封软垫组成，注水接头为两个多级台阶接头，方便供水软管快速牢固接人；储水腔为铝合金四方形框，能够起到固定探头、固定密封软垫、探头与管件之间形成空腔等作用，储水腔底部安装有两排共8只滚动轴承（如图1 1），用以减小密封垫与管件之间的摩擦力，方便检测；密封软垫通过调节螺丝与储水腔连在一起，起到与检测管件紧密贴合防止储水腔内存水流失过快的作用，并能通过调整螺丝调节密封垫与管件的压紧程度。使用水封装置的优点是水介质方便易取经济实惠、水压稳定能够保证检测图谱重现性，可以减少电熔套管表面刻槽的影响，不用配不同弧度的楔块，节省成本。图7（4）编码器是一种记录探头位移量的装置（如图8），通过编码轮的旋转，将旋转位移转换成一串数字脉冲信号通过数据线输入到相控阵主机，通过主机信号转换最终以位移量的方式显示在主机屏幕上；该编码器扫查轮装置通图1 0 水封装置（顶部）图1 1 水封装置（底部）:66:特种设备安全技术2023年第6 期（6）供水装置为探头耦合提供稳定水介质的装置（如图1 2），分为主机和管道两部分组成，主机集储水桶、水泵、充电电池为一体，容积为1 8 L，一次注水能够满足1 0 个探坑电熔接头的检测。注水过程通过水泵将水输送到需要的地方，主机自带充电电池，充电完成后可以不依靠外部电源就可以进行供水，方便室外操作；主机还具有水量调节旋钮，待密封软垫磨损严重，漏水较多时，可以调大供水量来保证检测能够正常进行。供水装置的管道均为透明塑料软管，方便监控供水质量，用快接锁紧接头与装置进行连接，管道中间设置有过滤装置，以过滤水中杂质，以免影响检测效果（快接接头及过滤装置见图1 3）。粗略扫查设备参数设置，首先将仪器恢复出厂设置，之后点击扫描按钮来切换界面，在扫描按钮下方点击基本按钮调出底部菜单找到探头选择项，选择与待检管件相适应的安装在主机上的探头型号，本本选择5.0 L64-0.5探头；之后按照底部菜单的选项一一进行设置，本次检测不需要楔块，楔块选择项选无；扫描深度调整为检测需要值，调整为50 mm，显示延迟选择默认值0 mm材料类型选自定义，回波类型本文采用纵波线扫描，所以选择纵波；材料声速PE管道选择2 2 0 0 m/s，设置后界面（如图1 5）。再点击左侧菜单声束选项调出新页面的底部菜单进行设置，扫描类型选择线扫；起始角度、结束角度、角度间距均不用设置，选择默认值；焦点根据具体工件进行选择，本次试验选择16mm；设置后界面（如图1 6）。371.23图1 2供水装置图1 5扫描中的基本设置图1 3 快接接头（图下方），过滤装置（图上方）4相控阵超声检测过程（1）设备主机技术参数的设置设备主机技术参数的设置主要分两个大类进行，第一类为不含编码器应用的粗略扫查，该方法只需用手持探头，将待测工件上涂抹耦合剂即可，类似于普通超声检测操作方法，不需加装扫查架、编码器、水封装置、供水装置等，该方法操作简单、省时省力，但仅限于对管件进行粗略扫查不具备记录备案、回放分析等功能。第二类为含编码器应用的精确扫查，该方法需将探头、编码器、水封装置等装配到扫查架上，供水装置管路连接完成，扫查架上链条调整到满足检测条件的长度。待所有组件调整完成后将探头安装到待检管件上进行检测（如图1 4），该检测方法能够生成检测图谱，技术人员能够对图谱进行分析，找出工件中的缺陷，并能对缺陷进行精确定位，还可以对图谱进行备案，随时调出图谱进行查询，是一种可记录的超声检测方式，符合特种设备检验规程要求，可以作为对埋藏缺陷精确定位的判据。图1 4精确扫查操作图图1 6 扫描中的声束设置继续点击左侧菜单孔径选项，调出新页面的底部菜单进行设置，起始阵元选1，结束阵元选择6 4，以上选择依据根据探头型号中的阵列数进行选择的；阵元步进选择1，阵元孔径选择1 6，即一次激发1 6 个晶片，每次步进1 列进行线扫描，设置后界面（如图1 7）。之后点击左侧计算按钮进行数据计算，粗略扫查设备参数设置完成。元图1 7 扫描中的孔径设置精确扫查设备参数设置，在粗略扫查设备参数设置的基础上，在主菜单中点击高级扫描（与粗略扫查中的扫描同一界面）切换界面，在高级扫描按钮下方点击显示模式按钮调出底部菜单找到显示组1 按钮选择A+B+C显示，底部菜单其余按钮为默认值（如图1 8）；再点击左侧菜单设置按钮调出新的底部菜单进行设置，点击扫查模式选择编码器正向；点击编码器选择，在列表中选择与实际编码器一致的型号；点击扫描步进按钮选择步进距离为0.5mm，Y 轴步进选择Omm，扫查距离可以根2023年第6 期据管道外径进行设置，以能覆盖全部扫描路径为宜（如图1 9）；继续点击左侧菜单控制按钮调出新的底部菜单进行设置，开启供水装置使探头与管件充分耦合，待B视图显示清晰的扫描图像后再点击底部菜单中的CD边框，通过调整顶部、底部、左侧、右侧边线使CD框能够框住B视图显示的所有电阻丝图像（如图2 0），注意CD框边界不能太大以正好框住所需图像为宜，目的是在C视图中能够更清晰显示电阻丝的形状特征，避免C视图中携带更多不必要的干扰。精确扫查设备参数设置完成。+0.0特种设备安全技术测的数据存储是非常重要的，所有现场检测的技术参数设置、检测过程、图谱分析等都可以通过存储的数据进行再现，这也是相控阵超声相对于普通超声的优势所在。存储方法为在主菜单中点击管理按钮（与粗略扫查中的扫描同一界面）切换界面，在管理按钮下方点击存储管理按钮调出底部菜单，文件类型选择参数，之后点击保存按钮，根据需要填写文件名字点击确定，数据存储便可完成（如图2 2）。1-3.pdatodatdatda:67 文科名图2 2数据存储界面图1 8 高级扫描中的显示模式设置5总结本文通过对PE管道电熔接头相控阵超声检测中使用到的设备主机、配套组件、具体参数设置、检测方法介绍，使得该检测技术从抽象变得具体可操作，对这一图1 9高级扫描中的设置模式设置C/图2 0 高级扫描中的控制模式设置（2）相控阵超声现场检测将所有组件装配完成后，将探头对准电熔接头电阻丝的位置，开启供水装置，因电熔接头有通电口凸台阻挡，所以将探头仅靠凸台位置标定为起始点，之后缓慢转动扫查架并关注C视图，做到视图图谱无断顿、抖动等有碍缺陷判断的图像即可，在扫查过程中需根据检测接头的具体情况对前述部分参数进行微调，如焦距微调、增益调整、延迟调整等直到屏幕显示参数符合标准要求为止，待扫查架旋转一周至通电口凸台不能转动时为止，即作为一次完整的周向检测（如图2 1）。如果电阻丝数量较多，探头长度不能完全覆盖电阻丝，则可以重复以上操作过程，覆盖区域以NB/T47013.15-2021附录A承压设备聚乙烯管道电熔接头相控阵超声检测方法和质量分级要求为准。图2 1 周向检测图谱（3）检测数据存储作为可记录超声检测技术中的一种，相控阵超声检新兴检测技术的推广、新取证人员能够快速适应现场检测都具有重要意义。现场检测由于周围环境不同、管道材质的细微区别、操作人员对技术原理的认知不同、检测设备的不同均会对检测结果产生很大的影响。本文采用具体设备、单一工件进行检测技术验证，存在一定的局限性，还需增加多个厂家设备、多种规格工件进行检测验证以便总结出更具普遍性、操作性的PE管道电熔接头相控阵超声检测技术。1】相控阵超声检测培训讲义（第4版）2 0 2 1 年5月：基金项目：河南省基本科研业务费支持项目-2 0 2 1 KY02作者张文良毛晓刚王大刚河南省锅炉压力容器安全检测研究院河南郑州邮编450 0 1 6与国际单位制并用的单位单位名称单位符号分min小时h日d度。角 分角 秒升吨参考文献用S1单位表示的值1min=60s1h=60min=3600s1d=24h=86400s1=(/180)rad1=(1/60)=(/10800)rad1=(1/60)=(/64800)rad1L1L=1dm*=10cm3t1t=10kg933333333333333933333333333333373（鲁力辑）