射线检测在燃气用埋地聚乙烯管道焊接接头中的应用

2018-03-07，，

无损检测 2018年2期

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(广州特种设备检测研究院，广州 510000)

聚乙烯管道以其耐腐蚀、重量轻造价低、安装维修方便等优点逐渐代替钢管而在燃气输送管道中大量应用，其焊接方式主要有热熔和电熔两种，焊接接头无损检测的研究主要集中在超声波检测,包括超声相控阵检测方面[1-4]。射线检测具有直观、可记录，以及对体积形缺陷较敏感等优点，特别是数字射线技术(DR)可利用分析软件更加快捷和准确地处理检测结果，其在聚乙烯管道中的应用值得研究和尝试。

笔者通过试验，探讨了射线检测在聚乙烯管道焊接接头中的可行性。

1 聚乙烯材料射线检测的可行性分析

任何物质都会不同程度地吸收X射线，所以在射线穿过物质时都会有不同程度的衰减，衰减程度可以通过式(1)来计算。

I=I0exp(-μT)

(1)

式中：I为穿透后的射线强度；I0为初始射线强度；μ为衰减系数；T为射线穿透物质的厚度[5]。

物质的衰减系数和其密度相关，密度越大，衰减系数越大。聚乙烯的密度为0.94～0.96 g·cm-3，铝合金的密度为2.65～2.75 g·cm-3，由此可知，铝合金的衰减系数比聚乙烯的衰减系数要大，射线对聚乙烯材料的透照相对更容易，故如能制定合适的工艺，利用射线检测聚乙烯材料是可行的[6]。

2 选择曝光参数

2.1 阶梯孔型试块

试验用阶梯孔型试块的制作采用PE100材料，加工16个阶梯，第一层阶梯厚度为5 mm，第二层阶梯厚度为5.1 mm，第三层阶梯厚度为5.3 mm，以此类推，相邻阶梯厚度差从0.1～1.5 mm，最后一层阶梯厚度为17 mm;在前15个阶梯上各钻一个孔，孔径为0.1～1.5 mm，与相邻两阶梯厚度差一致，将各阶梯厚度差作为线型像质计，则共有15条，宽度为0.1～1.5 mm。检测设备采用以色列vidisco XRS-3脉冲式数字射线检测系统。

2.2 焦距的选择

因为聚乙烯材料对射线的吸收能力较弱，所以需选择较低的脉冲数来进行曝光，笔者选择5个脉冲数来进行曝光，试验所用DR系统，满量程灰度值为65 535，参照标准，DR图像灰度应控制为满量程的20%～80%。表1为阶梯试块各阶梯厚度对应的灰度。由表1可以看出，焦距为800 mm时，各厚度的灰度在满量程的50%左右，较为适中。通过阶梯孔型试块图像(见图1)可以看出，其能够看清孔径为0.1 mm的孔，而对于相邻阶梯间的厚度差则最小能看清0.6 mm的厚度差，说明对于体积型缺陷精度可达到0.1 mm，而对于线型缺陷精度要差一些。

表1 阶梯试块各阶梯厚度对应的灰度

图1 焦距800 mm时,阶梯试块的射线检测图像

3 电熔和热熔的焊接缺陷分析

聚乙烯管道焊接接头分为电熔焊接接头和热熔焊接接头，其中电熔焊接是通过加热电熔管件内的电阻丝将管材与管件逐渐融为一体的，而热熔焊接是通过具有一定压力的加热板将连接部位熔融在一起的。无论是电熔焊接还是热熔焊接，由于工艺、操作等原因，都会有一些焊接缺陷产生，例如孔洞、夹杂、氧化皮、未熔合、金属丝错位等缺陷。

4 人工缺陷的验证试验

在选择好焦距后，对带有不同缺陷的聚乙烯管道焊接接头进行射线检测验证，试验共制作4种人工缺陷，管材材料为PE100。

缺陷1：在焊接接头中放置一粒沙，模拟在现场作业中掉入焊接部位的沙、灰尘等夹杂物。

缺陷2：在焊接接头中加入一根草叶，模拟在现场作业中掉入焊接部位的线型夹杂物。

缺陷3：在管材内部及边缘制作出一些氧化皮。

缺陷4：在焊缝位置制作出未熔合缺陷。

对试件进行透照，得到检测图像如图2所示。

从图2可看出，试验未能检出沙粒和草叶，而可以清晰地显示出氧化皮和未熔合。由此可知，虽然聚乙烯材料密度和沙粒、草叶的密度不同，但由于差别不大，且沙粒和草叶体积过小，所以在图像中未能显示出来；氧化皮则因其体积较大，在图像中较为明显；而未熔合由于焊接时受到某些因素的影响，熔合面局部形成缝隙或是局部聚乙烯分子缠结不牢，也能从图像中看出缺陷位置。