埋地聚乙烯管道热熔接头的超声相控阵检测

康新刚

摘 要： 埋地聚乙烯管道的质量受到热熔接头质量的影响，所以要严格按照程序进行热熔连接，并做好检测，而在检测工艺上超声相控阵检测属于可行性较高的检测方式，集合了超声相控阵S扫描和动态聚焦技术，能够有效检测出埋地聚乙烯管道热熔接头缺陷，为提升热熔接头质量提供保障。

关键词： 埋地聚乙烯管道；热熔接头；超声相控阵检测

【中图分类号】 TU996 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）14-0193-01

在城市埋地管道网建设中，由于聚乙烯管道有着维护成本低、运行耗能低、寿命长等特点被广泛应用，也因为其可靠性和质量安全性备受业界关注。在应用中接头焊接是较为重要环节，也是常发生问题的环节，所以对于热熔接头进行无损检测是确保接头质量的重要工作。在检测中与常规超声检测相比较，超声相控阵技术能够在更大范围内焦点聚焦以及尺寸动态调控，确保一个范围内检测分辨率相一致，同时还能缩短检测时间。在超声相控阵检测中，图像的表现形式有S、B视图，更为直观，让检测更为便捷。所以说，超声相控阵技术应用于埋地聚乙烯管道热熔接头质量检测中意义重大。

一、常规检测技术和聚乙烯管道热熔接头缺陷

（一）常规检测技术及不足。

目视检测、破坏性检测、常规无损检测等均是目前常见的热熔接头质量检测方式，但是均存在不同程度的不足，其中目测检测无法观察到接头内部的情况，难以保证检测的有效性；破坏性检测在应用中主要是抽样检测，在工地的应用性不强；而常规无损检测包括超声波检测、X射线检测、红外线热成像等，后两种在面状缺陷和埋藏缺陷检测上灵敏度不高，而超声的不足主要有：首先，聚乙烯管道热熔接头会有焊接卷边，超声扫查中会形成轮廓回波；其次，聚乙烯属于高分子材料，有着更为严重的声波散射、声波衰竭系数、声阻抗等，会影响超声回波[1]。

（二）聚乙烯管道热熔接头缺陷及检测。

在聚乙烯管道系统中接头焊接是比较薄弱的一环，容易产生各种缺陷，究其原因主要有环境、人工操作、焊接工艺等，根据缺陷的形态、成因等，缺陷主要呈现为工艺缺陷（融合面过短、不对中、过焊、冷焊）、熔合面夹杂、孔洞、裂纹；其中工艺缺陷能够利用外观来检测，不过熔合面夹杂、孔洞、裂纹这几种缺陷存在于接头内部，熔合面夹杂和裂纹是面积型缺陷，而孔洞是体机型缺陷，通过超声波主声束能够检测到体机型缺陷，探头能够收到反射回波；但是面积型缺陷，如果声束轴线不和缺陷方向垂直，在缺陷指向性和探头指向性的双方面影响下，常规的超声声束角无法改变，仅能扫查到一定角度内的缺陷，所以需要应用更为有效的超声检测技术[2]。

二、埋地聚乙烯管道热熔接头超声相控阵检测

（一）检测试块。

在超声相控阵检测中聚乙烯试块能够确定ACG修正和定位精度测试，所以在试块的选择上，要和聚乙烯有着相类似的声学特性和表面粗糙度，要使用弧面作为检测面，并以该面中心点为轴心，作半径为25mm的半弧，将35根1mm金属丝预埋于此，间距保持在6°。

（二）仪器和探头。

仪器为便携式超声相控阵检测仪，行线阵斜探头纵波检测，探头频率为5MHz，扫描深度1.32cm，灵敏度直径为0.1cm的孔，检测对象为de160×14.6mm的埋地聚乙烯管。

（三）耦合剂选择。

耦合剂在超声检测中，能够让声能在受检材料和探头之间传递，所以越高的耦合剂，有着越高的声强透射率；结合折射定律和声波反射，声速方面受检材料和耦合剂越相似，两者之间会产生越少的反射声损失，能有更多的超声波透视进受检材料内，让检测灵敏度更高；在界面不会生成聚焦声束折射，而是聚焦在原焦点位置。

（四）检测结果。

通过S扫描获得聚乙烯管道热熔接头典型缺陷和无缺陷图像，之后利用破坏性试验对缺陷进行了验证，保证了结果的准确性。其中，无缺陷焊接热熔接头，在影像中内外表信号均清晰显示，除了设备自身干扰信号，内外表信号之间再无其它信号；未熔合缺陷在内外表信号之间以贯穿型表现，主要处于在融合面上；熔合面夹杂缺陷在内外表面信号之间，以单个信号表现，主要处于熔合线上；孔洞缺陷影像清晰，在内外表面信号之间信号明显[3]。

（五）检测分析。

超声相控阵检测的结果表明，通过超声成像能够准确、快速的辨别热熔接头的缺陷，提升了检测的便利性；另外，通过超声相控阵检测，能够获得热熔接头典型缺陷超声影像，根据不同的影像表现，能够辨别不同的聚乙烯管道热熔接头缺陷，利用工程验证，显示此项将测技术具有可行性。

结束语

在埋地聚乙烯管道热熔接头的检测中，可以在熔合区多个位置檢测，要求探头在管件和外表面有较好的耦合，不过很多管件这个位置存在台阶、字迹、凹凸等状况，因此直探头的耦合性不良，会影响检测，所以要对相控阵聚焦的位置进行调整，让探头远离这个位置，在耦合良好的位置检测。另外，确定好探头、扫描方向、检测位置后，要对于不易检测部位进行多区域扫描，以便完成检测，确保检测的有效性。

参考文献

[1] 竺哲明， 黄伟勇， 郭伟灿. 聚乙烯管道热熔对接接头的超声相控阵检测[J]. 无损检测， 2017， 39（1）：38-41.

[2] 李曼曼， 马旭卿， 雷素敏，等. 聚乙烯管道电熔接头超声波检测的适用性[J]. 煤气与热力， 2017（11）：1-9.

[3] 伏喜斌. 聚乙烯管道电熔接头缺陷超声相控阵成像模拟和实验研究[J]. 机电工程， 2018（1）：106-109.