李沧; 孙宝财; 张国强
【期刊名称】《《机械研究与应用》》
【年(卷),期】2019(032)005
【总页数】3页(P163-165)
【关键词】非金属压力管道; DR检测; 聚乙烯焊接接头 【作 者】李沧; 孙宝财; 张国强
【作者单位】甘肃省特种设备检验检测研究院 甘肃 兰州 730050; 兰州理工大学 石油化工学院 甘肃 兰州 730050
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ055
0 引 言
随着经济社会的高速发展，人民众对燃气需求量日渐增长，燃气管道也得到了迅速发展。燃气管道的材料也从最初单一钢制管道逐步向聚乙烯管道转变，聚乙烯管取代钢管的潮流已不可逆转。聚乙烯管简称PE管，且其具有很长的使用寿命、耐腐蚀性能强、焊接操作简单、柔韧性能优良、施工效率高、经济性好等优势。我国在经过多年尝试和试验后，目前在燃气管道行业已大量采用聚乙烯管来输送天然气。目前我国燃气行业对燃气管道安装工程中热熔焊对接接头焊接质量的检验要求规定[1]：在焊接完成之后，首先对100%的聚乙烯焊缝进行翻边对称性和接头对正性检查，并且翻边切除检验长度不少于焊缝总长度10%(含背弯试验的抽查)。当抽取试样检查的焊缝表面外观质量无问题后，则认为抽检的该批管道焊缝全部合格，然后按验收规范要求进行最终的压力试验。可见对聚乙烯焊接接头的检验仅仅是外观检查和压力试验，不能代表整个焊接接头的质量是否完好，检验标准中也无如何进行焊缝内部缺陷的检测手段。与其他金属制承压设备相比，PE管道无相关无损检测手段和标准规范[2-4]。因此，急需提出一种有效、可靠的燃气用于PE管焊缝探伤方法来对聚乙烯焊接接头进行检测，来保证燃气管道安全运行，保障人民众生命和财产的安全。本文通过研究提出一种利用X射线数字成像——DR检测来对聚乙烯管道焊缝进行检 弹簧包测的方法。typec转usb
1 DR检测系统
伴随着高新技术的快速发展，小焦点X射线机的出现和计算机数字图像处理技术也得到了了快速发展，X射线数字成像检测技术(DR)逐渐在PE燃气管道焊缝无损检测中得到应用。其工作原理为：X射线管激发出X射线后，形成锥形X射线束，锥型束X射线击穿PE管，射线透过被检工件后，用数字平板探测器来接收衰减后的X射线光子，通过平板探测器转换成为数字信号。 通过计算机的数据处理，最终以数字图像的形式在显示器上输出。DR检测具有灵敏度高、检测时所需射线剂量低；实际曝光时间短，检测效率高；无暗室洗片环节，不使用药水，保护环境；图像保存便捷，检测结果实时成像。该系统主要由计算机成像及控制模块、数字探测平板模块、WIFI连接模块、X射线激发控制模块组成。
2 PE管连接方式及焊接缺陷的产生原因
PE管连接方式主要有机械连接、电熔连接以及热熔连接三种。在工程应用中，PE管和金属管或者PE管和其他材质塑料管之间进行连接时，一般采用机械连接。在燃气管道系统内，PE管之间的连接越来越普及，其应用主要根据管径大小分为电熔和热熔焊接。
研究表明，聚乙烯管道失效位置中管道失效概率占33%，而管件与接头连接处的失效占66%，是管道本体失效的两倍[5]。在管道本体失效的位置，可以考虑从原材料的角度进行工艺改进，也可以考虑在管道的安装敷设过程中加以控制；而聚乙烯管道管件与焊接接头的失效，则可以在安装过程中通过加强检测等工程手段来减少。PE管焊接接头可能存在以下缺陷类型：电熔焊、热熔焊在焊接准备阶段如果氧化皮未去除或者去除不干净，或者带入杂质、在焊接阶段热输入量不足，则会产生融合面缺陷或冷焊；在组对过程中如果带入低沸点液体，如水、油等，则会产生孔洞；焊接温度太高，则会导致过焊[6-7]；若在冷却过程中施加压力不足，则会造成裂纹类缺陷；以及由于强力组对导致电阻丝错位等其他缺陷[8]。在热熔连接中，由于在热熔焊接时运用了热工具，塑料材料的加热熔融和熔接是分两个步骤来进行的，这就需要操作人员的熟练程度，操作不当会导致材料不能完全融合或产生较大的残余应力。常见的电熔焊接缺陷和热熔焊接缺陷如图1、图2 所示。
图1 电熔焊接缺陷
图2 热熔焊缺陷
3 缺陷试件的制备及检验
根据聚乙烯焊接时产生缺陷的种类，制备金属夹杂、孔洞、壁厚不一致、金属丝错位等缺陷试件，通过DR来验证是否能够可靠检测出人为缺陷。泥鳅工厂化养殖技术
(1) 夹杂 夹杂是焊接完成后残留在焊缝内部的熔渣、异物。其形成原因是：焊接时，接头管材两端面有异物存在，在焊接过程中异物夹在熔池中直接形成夹杂；或者接头端面有高于PE材料熔点的材料夹在焊缝中心，如铁丝等。
(2) 孔洞 孔洞分为气孔或缩孔。气孔是在焊接时残留在熔池中的低熔点物质由于高温变成气体在熔池凝固时未能及时逸出而造成的气孔，一般为球状或椭圆状。其形成原因有：焊接端面油污未清理干净，加热时气态的油污未能及时从熔池中逸出；或者材料成型过程中材料内部的水分在焊接加热时分解产生气体来不及排出。缩孔是因为聚乙烯材料在冷却过程中体积缩小，而此时如果由于施加的压力不足，熔融的母材无法填充产生空隙而形成缩孔。如图3、4所示，孔洞类缺陷通过DR检测能够比较清晰的识别，具有较高的缺陷检出率。
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图3 金属夹杂物DR检测 图4 孔洞DR检测
(3) 壁厚不一致 在PE燃气管道现场组焊时，如有操作人员失误，将同一管径，不同壁厚的管道组焊在一起时，由于管径一致，热熔焊接后从外观无法进行判别，但是会影响管道的安全使用。通过DR检测，可以很好的识别该类缺陷，具有较高的灵敏度。如图5所示。
(4) 电阻丝错位 在电熔焊接时，需要将电熔套(弯头或三通)与管材提前对接好，对接时，管件或管材存在压扁或不圆时，强力组对会将电熔套内排布整齐的电阻丝移位，在电熔焊通电时电阻丝错位会导致短路，使得电熔套与管材有效融合面减少，降低接头连接强度，为燃气管道的安全平稳运行留下隐患。如图6所示。
图5 壁厚不一致DR检测 图6 电阻丝错位DR检测
4 PE管特点及DR检测的应用
钢材与PE材料在1000倍的显微镜中晶粒结构有显著差异，如图7、图8所示，钢的晶粒结合非常致密、有明显的晶界，碳素钢密度为7.8～7.9 g/cm3。PE材料的结构疏松，密度为0.94～0.96 g/cm3，因此PE的衰减系数要比钢衰减系数小很多，即采用较低的能量(管电压)可保证在穿透工件的同时获得较好的对比度。
图7 金属材料显微组织结构
图8 PE材料显微组织结构
由于PE材料和钢材在材料特性上的区别所造成的的影响使得在对PE材料进行X射线透照时不可能完全照搬常规钢材料的X 射线检测工艺，包括设备、管电压、曝光时间、焦距、胶片系统等都可能有所不同。
为验证X射线能否用于PE管焊缝探伤，制作了一热熔对接焊管试件，材料为PE80，管径De110，SDR17.6。用减小的电流、管电压，减低曝光能量的X射线透照该试件，试样及透照图像如图9、10所示。快速厌氧胶
立式导热油加热器图9 热熔对接接头 图10 X射线透照图像
从透照图像可看出，PE管试件的焊缝较清晰，由于受管径的限制，采用双壁单影的透照方式，PE管对接焊接是受热融化挤压成型，其内外都有翻边，翻边可看做焊缝的余高来处理，而且翻边高度一般规定不大于3 mm。由此可以得出以下结论：对于PE材料对接焊缝，X射线能够作为一种检测灵敏度好、缺陷检出率高的检测手段。
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