PE 管焊缝缺陷超声检测效果的模糊评价

接近遥
2.2 缺陷检测实验 采用 HS620 超声波探伤仪和 5 种类型探头参
照标准 JB/T 4730.3要 要要2005 分别校正声速尧零偏尧 前沿尧K 值袁在人工预制横孔缺陷的对比试块上制作 距离-波幅曲线渊DAC 曲线冤后袁对焊缝处含有气孔尧 夹杂尧裂纹尧脱层的 PE 管试块分别进行探伤遥 如图 4 所示袁 其中 q 是缺陷距焊缝中心线的距离袁S3 是缺陷 波幅最大反射点至试板左端的距离袁q 和 S3 确定缺 陷的位置遥 S1 是缺陷左端至试板左端的距离袁S2 是缺 陷右端至试板左端的距离袁S2-S1 即为缺陷宽度 L遥探 伤结果见表 1遥
0引言
近年来袁塑料管因其良好的耐腐蚀性尧成型加工
收稿日期院2015-12-26曰收到修改稿日期院2016-03-04 基金项目院四川理工学院人才引进项目渊2009xjkRL003冤 作者简介：王仕芳渊1989-冤袁男袁湖南永州市人袁硕士研究生袁 专业方向为塑料管无损检测遥 通信作者院李 俊渊1971-冤袁男袁四川南充市人袁教授袁主要从 事计算机测控技术及塑料无损检测工作。
率越高衰减就越大袁同时为了超声检测时有足够的穿 透性和灵敏度袁使用频率又不能太低袁故采用 2 MHz
或 2.5 MHz 的检测频率遥 而高衰减限制了收发探头
之间距离袁但可以调整楔形块的角度使之适合缺陷信 号显示袁因此选用 63.4毅或 68.2毅的折射角渊即 K 值取 2 或 2.5冤遥 由于管道检测面为曲面袁传统的平面型超 声斜探头与被检测面的接触均为线接触袁造成超声
国内外的研究热点[8-9]袁相关研究已获得一些进展袁如 超声波衍射时差法渊TOFD冤尧超声相控阵列技术检测
塑料熔接管道缺陷[10-12]遥 然而袁基于 TOFD 和超声相控阵列技术的检测方
法相对繁琐尧设备较贵袁需要额外的附件配合使用袁 工程应用受到一定程度的限制遥 为此袁本研究针对
PE 管材的特点袁基于普通数字超声检测仪袁对 PE 管 热熔焊接接头处不同种类缺陷的检测效果及其评价
对各种类型缺陷的检出率和定量效果的基础上袁利用模糊评价方法评估其检测效果袁并验证其正确性遥 结果表明院不
同类型探头对 PE 管缺陷检出率和定量效果差异明显袁可通过选用适合的超声波探头检测 PE 管焊缝缺陷遥
关键词院聚乙烯曰无损检测曰超声波检测曰模糊评价
文献标志码院A
文章编号院1674-5124渊2016冤08-0039-05
出实验 PE 管声速袁并在检测前对声速尧零偏尧前沿尧
K 值进行校正曰使用人工预制横孔缺陷的对比试块
制作距离-波幅渊DAC冤曲线袁然后在带缺陷的试件上
进行检测并记录数据遥
位置 1 焊缝
bh
位置 2 琢
S 图 1 超声扫描范围
制作标准探头和 缺陷试块
声发射测声速
制作 DAC 曲线 缺陷检测及数据记录
超声波参数校检 渊声速尧零偏尧前沿尧K 值冤
s = 淄 渊 t2- t1 冤 / 2
渊1冤
式中院淄 要 要要超声波在物体中传播速度曰
s 要 要 要物体表面到缺陷的距离遥
1.2 实验方案
由于 PE 材料性质与钢有很大不同袁故超声波检 测缺陷时需考虑以下关键问题院探头参数袁管道接头
几何特性及热影响区域袁材料声速袁扫描范围遥 1冤探头参数确定遥 PE 材料衰减大且声速小袁频
Abstract: For the security risks caused by defects during polyethylene pipe operation袁 ultrasonic technology was used to inspect various defects in heat melting welds of polyethylene pipes 渊especially field welding冤袁 and fuzzy evaluation was carried out for the effect of defect inspection. By selecting and manufacturing different types of ultrasonic probes and PE pipe weld defect test blocks袁 five kinds of customized probes were used to inspect and analyze four kinds of common weld defects of PE pipes: pore袁 inclusion袁 crack and delamination. Based on the relevance ratio and quantitative effect of various types of defects with different probes袁 the fuzzy evaluation method was used to evaluate the inspection results and verify its validity via tests. The results show that: by using different types of probes袁 the difference of relevance ratio and quantitative effect on PE pipe defects are very obvious袁 thus PE pipe weld defects can be inspected by using proper ultrasonic probes. Keywords: polyethylene曰 nondestructive testing曰 ultrasonic testing曰 fuzzy evaluation
3 模糊评价
模糊评价法的实质是以模糊数学为理论基础袁 利用模糊变换原理和最大隶属度原则袁对受到多种
试样
焊缝 缺陷
探头
q
图 4 探伤示意图
表 1 超声探伤结果 1冤
探头型号 淤2P9伊9K2.5 平底 于2P9伊9K2.5 弧面 盂2P13伊13K2.5 平底 榆2P13伊13K2.5 弧面 虞2.5P13伊13K2 平底
渊四川理工学院机械工程学院袁四川 自贡 643000冤
摘 要院针对聚乙烯管道运行过程中因存在缺陷而导致的安全风险袁采用超声波技术检测聚乙烯管热熔焊接渊特别
是现场焊接冤焊缝处的各种缺陷袁并对缺陷的检测效果展开模糊评价遥 通过选用和制作不同类型的超声探头和 PE 管
焊缝缺陷试块袁分别采用 5 种定制探头检测及分析 4 种常见的 PE 管焊缝缺陷院气孔尧夹杂尧裂纹尧脱层遥 在不同探头
在将管道焊缝接头加工成条状试样后袁去除内外翻边袁
以减小内外翻边对超声检测产生干扰遥
3冤材料声速遥 为了确定超声波在 PE 管中的声速袁
采用声发射方式进行测定袁并在标准试块上进行声
速校正遥
4冤扫描范围遥 如图 1 所示袁PE 管壁厚 10 mm袁垂
直方向接近上表面距离 h 是检测盲区袁b 为探头前
沿遥 由式渊2冤知水平扫描范围为 S-b=10K-b袁垂直扫
2 的时间为 t1袁到达位置 3 的时间为 t2袁信号先后到达 两个探头之间的时差 驻t=渊t2-t1冤袁以 D 表示两探头间的 距离袁淄 表示声波在试样中的传播速度袁则声速为
淄 = D / 驻t = D / 渊 t2 - t1 冤
渊3冤
截取一段长 300 mm 的 PE 管袁采用双通道声发
射测试系统 PCI-2 和两个 DP15I 探头袁在位置 1 发出
第 42 卷第 8 期 2016 年 8 月
中国测试 CHINA MEASUREMENT & TEST
Vol.42 No.8 August，2016
doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2016.08.008
PE 管焊缝缺陷超声检测效果的模糊评价
王仕芳袁 李 俊袁 李 涛袁 陈 超袁 高 宁
图 2 实验流程图
第 42 卷第 8 期
王仕芳等：PE 管焊缝缺陷超声检测效果的模糊评价
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
41
t2
t1
D
1
2
3
图 3 声速检测原理
2 实验及分析
2.1 声速实验
本研究采用声发射中的时差线定位技术[15]测声
速袁其定位原理如图 3 所示袁位置 1 为声发射信号源袁
位置 2 和位置 3 各有一探头袁信号从位置 1 到达位置
Fuzzy evaluation of ultrasonic testing effect of PE pipe weld defect
WANG Shifang袁 LI Jun袁 LI Tao袁 CHEN Chao袁 GAO Ning 渊Department of Mechanical Engineering袁Sichuan University of Science & Engineering袁Zigong 643000袁China冤
缺陷类型
气孔 夹杂 裂纹 脱层 气孔 夹杂 裂纹 脱层 气孔 夹杂 裂纹 脱层 气孔 夹杂 裂纹 脱层 气孔 夹杂 裂纹 脱层
波散射严重袁灵敏度大大降低遥 为提高检测效果袁特 制作弧形底面的探头与管道曲率相配合遥 根据日本尧
美国相关标准袁曲率半径为 R1 的试块袁其探头曲率
半径可选择为
0.9耀1.5R
遥 [14]
1
因此袁本研究中所用
5
种
探头分别为淤2P9伊9K2.5 平底尧于2P9伊9K2.5 弧形底
面尧盂2P13伊13K2.5 平底尧榆2P13伊13K2.5 弧形底面尧
虞2.5P13伊13K2 平底袁其中两个特制弧形探头底面直
径为 160 mm遥
2冤试块制作遥 实验选取 SDR11 系列袁公称直径
准160 mm 的聚乙烯管进行热熔焊接 袁分别产生气
孔尧夹杂尧裂纹尧脱层 4 种缺陷袁并制成宽 60 mm尧长
200 mm 包含接头的条状试块遥 由于塑料管热熔焊接
过程中要产生翻边渊即卷边冤袁为了避免翻边的影响袁
热熔焊接经济可靠袁连接简单快速袁已广泛应用
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中国测试
2016 年 8 月
于各种规格的 PE 管道连接遥 然而袁施工现场热熔焊 接接头的性能易受各种环境条件和焊接工艺的影
响袁接头处不可避免地容易产生各种缺陷袁如气孔尧 夹杂尧未焊透等袁从而降低焊接质量袁诱发管道失效袁
严重时甚至可能引发重大安全事故[7]遥 因此袁PE 管材 热熔焊接焊缝的无损检测至关重要遥 随着金属无损 检测技术的发展袁复合材料的超声检测已成为近年来
方法进行研究袁以期实现 PE 等塑料管超声波检测的 工程化应用遥
1 检测原理及实验方案
1.1 超声检测原理 超声检测利用脉冲回波反射原理进行缺陷检
测袁 即探头发射脉冲经过耦合剂到达被测物体表面 产生始波袁进入物体后遇到缺陷产生缺陷回波袁由物
体表面反射的脉冲信号时间 t1 及缺陷反射的脉冲信 号时间 t2袁得出渊t2-t1冤为超声波由物体表面到达缺陷 并返回至物体表面所经历的时间遥 根据超声波在被 检物体中的传播速度袁计算缺陷与物体表面的相对 位置[13]为
特性和抗污染性等特点袁应用发展极其迅速袁逐渐替 代了钢管在各方面的应用[1-2]遥 聚乙烯渊polyethylene袁 PE冤 管作 为 一种 绿 色 环 保型 塑 料 管 材 袁 综 合 性 能 优 越袁预期使用寿命长渊可达 50 年冤[3]袁在城镇燃气输 送尧农业灌溉尧工业流体运输等领域得到了广泛应用遥 根据最近的一项经济研究[4-6]袁仅欧洲联盟 2012 年生 产塑料就达 4 590 万吨袁其中 PE 占 29.5%遥
描范围为 10-h=10-b/K遥
K = tan琢 = b / h = S / 10
渊2冤
具体实验方案如图 2 所示袁本研究采用纵波脉冲
反射法袁参照标准 JB/T 4730.3要要要2005叶承压设备
无损检测 超声波检测曳进行试验袁根据 PE 材料的特
性袁制作专用的斜探头和 PE 试块曰使用声发射法测
声信号袁将探头分别置于位置 2尧位置 3 接头声信号
并记录接收信号的时间 t1尧t2袁其中 D=150 mm遥 结果 显示袁6 次测量声速分别是 2092.05袁1913.27袁2 127.66袁
1 981.51袁2 475.25袁2 362.20 m/s袁取平均值得到平均
声速 2 158.66 m/s袁与文献[1]给出的纵波声速 2 150 m/s