射線檢測在燃氣用埋地聚乙烯管道焊接接頭中的應(yīng)用

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(廣州特種設(shè)備檢測研究院， 廣州 510000)

聚乙烯管道以其耐腐蝕、重量輕造價低、安裝維修方便等優(yōu)點逐漸代替鋼管而在燃氣輸送管道中大量應(yīng)用，其焊接方式主要有熱熔和電熔兩種，焊接接頭無損檢測的研究主要集中在超聲波檢測,包括超聲相控陣檢測方面[1-4]。射線檢測具有直觀、可記錄，以及對體積形缺陷較敏感等優(yōu)點，特別是數(shù)字射線技術(shù)(DR)可利用分析軟件更加快捷和準(zhǔn)確地處理檢測結(jié)果，其在聚乙烯管道中的應(yīng)用值得研究和嘗試。

筆者通過試驗，探討了射線檢測在聚乙烯管道焊接接頭中的可行性。

1 聚乙烯材料射線檢測的可行性分析

任何物質(zhì)都會不同程度地吸收X射線，所以在射線穿過物質(zhì)時都會有不同程度的衰減，衰減程度可以通過式(1)來計算。

I=I0exp(-μT)

(1)

式中：I為穿透后的射線強度；I0為初始射線強度；μ為衰減系數(shù)；T為射線穿透物質(zhì)的厚度[5]。

物質(zhì)的衰減系數(shù)和其密度相關(guān)，密度越大，衰減系數(shù)越大。聚乙烯的密度為0.94～0.96 g·cm-3，鋁合金的密度為2.65～2.75 g·cm-3，由此可知，鋁合金的衰減系數(shù)比聚乙烯的衰減系數(shù)要大，射線對聚乙烯材料的透照相對更容易，故如能制定合適的工藝，利用射線檢測聚乙烯材料是可行的[6]。

2 選擇曝光參數(shù)

2.1 階梯孔型試塊

試驗用階梯孔型試塊的制作采用PE100材料，加工16個階梯，第一層階梯厚度為5 mm，第二層階梯厚度為5.1 mm，第三層階梯厚度為5.3 mm，以此類推，相鄰階梯厚度差從0.1～1.5 mm，最后一層階梯厚度為17 mm;在前15個階梯上各鉆一個孔，孔徑為0.1～1.5 mm，與相鄰兩階梯厚度差一致，將各階梯厚度差作為線型像質(zhì)計，則共有15條，寬度為0.1～1.5 mm。檢測設(shè)備采用以色列vidisco XRS-3脈沖式數(shù)字射線檢測系統(tǒng)。

2.2 焦距的選擇

因為聚乙烯材料對射線的吸收能力較弱，所以需選擇較低的脈沖數(shù)來進行曝光，筆者選擇5個脈沖數(shù)來進行曝光，試驗所用DR系統(tǒng)，滿量程灰度值為65 535，參照標(biāo)準(zhǔn)，DR圖像灰度應(yīng)控制為滿量程的20%～80%。表1為階梯試塊各階梯厚度對應(yīng)的灰度。由表1可以看出，焦距為800 mm時，各厚度的灰度在滿量程的50%左右，較為適中。通過階梯孔型試塊圖像(見圖1)可以看出，其能夠看清孔徑為0.1 mm的孔，而對于相鄰階梯間的厚度差則最小能看清0.6 mm的厚度差，說明對于體積型缺陷精度可達到0.1 mm，而對于線型缺陷精度要差一些。

表1 階梯試塊各階梯厚度對應(yīng)的灰度

圖1 焦距800 mm時,階梯試塊的射線檢測圖像

3 電熔和熱熔的焊接缺陷分析

聚乙烯管道焊接接頭分為電熔焊接接頭和熱熔焊接接頭，其中電熔焊接是通過加熱電熔管件內(nèi)的電阻絲將管材與管件逐漸融為一體的，而熱熔焊接是通過具有一定壓力的加熱板將連接部位熔融在一起的。無論是電熔焊接還是熱熔焊接，由于工藝、操作等原因，都會有一些焊接缺陷產(chǎn)生，例如孔洞、夾雜、氧化皮、未熔合、金屬絲錯位等缺陷。

4 人工缺陷的驗證試驗

在選擇好焦距后，對帶有不同缺陷的聚乙烯管道焊接接頭進行射線檢測驗證，試驗共制作4種人工缺陷，管材材料為PE100。

缺陷1：在焊接接頭中放置一粒沙，模擬在現(xiàn)場作業(yè)中掉入焊接部位的沙、灰塵等夾雜物。

缺陷2：在焊接接頭中加入一根草葉，模擬在現(xiàn)場作業(yè)中掉入焊接部位的線型夾雜物。

缺陷3：在管材內(nèi)部及邊緣制作出一些氧化皮。

缺陷4：在焊縫位置制作出未熔合缺陷。

對試件進行透照，得到檢測圖像如圖2所示。

從圖2可看出，試驗未能檢出沙粒和草葉，而可以清晰地顯示出氧化皮和未熔合。由此可知，雖然聚乙烯材料密度和沙粒、草葉的密度不同，但由于差別不大，且沙粒和草葉體積過小，所以在圖像中未能顯示出來；氧化皮則因其體積較大，在圖像中較為明顯；而未熔合由于焊接時受到某些因素的影響，熔合面局部形成縫隙或是局部聚乙烯分子纏結(jié)不牢，也能從圖像中看出缺陷位置。

圖2 人工缺陷的透照圖像及其放大圖像

5 結(jié)論

聚乙烯材料焊接接頭的射線檢測理論上是可行的，對于體積型缺陷，射線檢測能夠有效地檢測，但是對于較細小的線型缺陷，射線檢測還是較難檢出。目前聚乙烯材料焊接接頭的檢測方法，用得較多的仍然是超聲方法，對于如何用射線方法進行檢測方法，制定出合適的射線檢測工藝，還需進一步探討和研究。

[1] 夏紀真.無損檢測導(dǎo)論[M].廣州：中山大學(xué)出版社，2010:7.

[2] 李孟喜.無損檢測[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011:5.

[3] 劉貴民，馬麗麗.無損檢測技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010:137.

[4] 施克仁，郭寓岷.相控陣超聲成像檢測[M].北京：高等教育出版社,2010:26.

[5] 強天鵬.射線檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社,2007:18.

[6] 董寧光.淺析聚乙烯管道的焊接技術(shù)及其評價方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(15):128-130.