基于數(shù)字射線DR的玻璃鋼管道連接接頭檢測(cè)及應(yīng)用

張秉乾，張正棠

基于數(shù)字射線DR的玻璃鋼管道連接接頭檢測(cè)及應(yīng)用

張秉乾，張正棠

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，甘肅 蘭州 730050）

從數(shù)字射線DR無損檢測(cè)技術(shù)的原理、方法及主要特點(diǎn)出發(fā)，通過對(duì)玻璃鋼-玻璃鋼螺紋連接接頭拍片分析來論證數(shù)字射線DR的有效性。結(jié)果表明：數(shù)字射線DR檢測(cè)可以很好地穿透玻璃鋼材料，并且將玻璃鋼連接接頭焊口內(nèi)部結(jié)構(gòu)拍得非常清晰。該技術(shù)目前是玻璃鋼管檢測(cè)中較先進(jìn)的檢測(cè)方法，可以分辨出管本體、螺紋接頭中存在的具體缺陷類型和尺寸，但是，目前如何對(duì)玻璃鋼管本體及螺紋接頭中存在的各種缺陷進(jìn)行定級(jí)及評(píng)價(jià)尚無具體規(guī)范，還需進(jìn)一步研究。

玻璃鋼；管道；數(shù)字射線；檢測(cè)

玻璃鋼管是一種新型的復(fù)合材料，它的結(jié)構(gòu)主要是以樹脂作為基體材料，通過纏繞玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，玻璃鋼管與鋼管相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①摩阻系數(shù)小，水力特性比較好，管道流通效率高，節(jié)能效果顯著；②耐腐蝕性能好，使用壽命長(zhǎng)； ③施工維修過程簡(jiǎn)單方便、費(fèi)用低；④材質(zhì)輕，強(qiáng)度強(qiáng)；⑤制造工藝簡(jiǎn)單，可以生產(chǎn)任意規(guī)格產(chǎn)品。通過現(xiàn)場(chǎng)使用證明，玻璃鋼管道在地下排除第三方破壞外使用壽命可長(zhǎng)達(dá)50年左右，且對(duì)土壤無危害作用，是一種優(yōu)良的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，在石油化工、油氣田原油、注水的輸送、市政熱力管道給水排水等過程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1-3]。

近年來玻璃鋼材料除在油氣集輸方面應(yīng)用之外，一部分玻璃鋼材料也用于風(fēng)機(jī)葉片。在風(fēng)機(jī)葉片中應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)外的研究焦點(diǎn)基本集中在兩個(gè)方面，一是風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的性能，二是風(fēng)機(jī)葉片的疲勞壽命[4-7]。劉康[9-11]等在低溫環(huán)境下對(duì)纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的低溫性能作了整體分析，從而揭示了低溫環(huán)境下纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料性能的影響因素，并且證明了低溫環(huán)境下的影響因素主要是基體和纖維之間的界面效應(yīng)。同樣，曾紅燕、翁春曉[5-6]對(duì)玻璃纖維復(fù)合材料也進(jìn)行了超低溫性能測(cè)試，結(jié)果顯示，低溫環(huán)境下玻璃纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能會(huì)有一定程度的提升。BHARGAVA[8]則通過做實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到不同溫度下的葉片材料彈性模量和剪切強(qiáng)度，通過該研究得到了復(fù)合材料和溫度的關(guān)系，即隨著溫度的升高，材料的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和彈性模量均會(huì)下降，并且在小的變化范圍內(nèi)呈近似線性關(guān)系。但是溫度的變化不僅能改變?nèi)~片的材料力學(xué)屬性，也會(huì)導(dǎo)致葉片的應(yīng)力、應(yīng)變等的變化。

目前玻璃鋼材料的研究基本上基于材料性能研究，通過實(shí)驗(yàn)室力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)來研究玻璃鋼材料的基本性能，以及通過有限元手段對(duì)玻璃鋼材料進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析，而對(duì)玻璃鋼管道螺紋接頭質(zhì)量檢測(cè)未見報(bào)道，本文將通過數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼管道螺紋接頭進(jìn)行拍片從而分析管道接頭連接質(zhì)量。

1 數(shù)字射線DR檢測(cè)技術(shù)原理

數(shù)字平板直接成像是近幾年才發(fā)展起來的全新的數(shù)字化成像技術(shù)。數(shù)字平板技術(shù)與膠片或CR的處理過程不同，在兩次照射期間，不必更換膠片和存儲(chǔ)熒光板，僅僅需要幾秒鐘的數(shù)據(jù)采集，就可以觀察到圖像，檢測(cè)速度與效率大大高于膠片和CR技術(shù)。除了不能進(jìn)行分割和彎曲外，數(shù)字平板與膠片和CR具有幾乎相同的適應(yīng)性和應(yīng)用范圍。

數(shù)字平板技術(shù)有非晶硅、非晶硒和CMOS 3種。非金硅和非晶硒2種數(shù)字平板成像原理有所不同，非晶硅平板成像可稱為間接成像：X射線首先撞擊板上的閃爍層，該閃爍層與以所撞擊的射線能量成正比的關(guān)系發(fā)出光電子，這些光電子被下面的硅光電二極管陣列采集到，并且將它們轉(zhuǎn)化成電荷，X射線轉(zhuǎn)換為光線需要的中間媒體為閃爍層。而非晶硒平板成像可稱為直接成像：X射線撞擊硒層，硒層直接將X射線轉(zhuǎn)化成電荷。

射線透照被檢工件，衰減后的射線光子被數(shù)字探測(cè)器接收，經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換，通過計(jì)算機(jī)處理，以數(shù)字圖像的形式輸出在顯示器上。數(shù)字成像檢測(cè)與膠片照相在射線透照原理上是一致的，均是由射線機(jī)發(fā)出射線透照被檢工件，衰減、吸收和散射的射線光子由成像器件接收。不同點(diǎn)在于成像器件對(duì)于接收到的信息的處理技術(shù)：膠片照相是射線光子在膠片中形成潛影，通過暗室的處理，利用觀片燈來觀察缺陷；而數(shù)字成像則是利用計(jì)算機(jī)軟件控制數(shù)字成像器件，實(shí)現(xiàn)射線光子到數(shù)字信號(hào)再到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過程，最終在顯示器上進(jìn)行觀察和處理缺陷。

2 數(shù)字射線DR在玻璃鋼管檢測(cè)中的應(yīng)用

數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼管道檢測(cè)的成功應(yīng)用，不僅是在運(yùn)行過程中保障維護(hù)管道的使用安全，也可以對(duì)制造廠生產(chǎn)出廠制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)中利用數(shù)字射線DR來控制接頭連接質(zhì)量。通過使用數(shù)字射線DR可以對(duì)玻璃鋼管體、接頭、彎頭、三通等本體及連接部位加以控制，在生產(chǎn)、安裝、運(yùn)維中對(duì)管道質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)來判斷管道的連接好壞。

利用數(shù)字射線DR可以檢測(cè)出埋藏在玻璃鋼管中的孔隙、氣泡、分層、螺紋絲扣質(zhì)量，脫膠情況，在實(shí)際運(yùn)行中通過該手段檢驗(yàn)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于玻璃鋼管中缺陷，對(duì)玻璃鋼管道使用起到保駕護(hù)航的作用。

2.1 玻璃鋼管道接頭檢測(cè)應(yīng)用及分析

本次使用設(shè)備型號(hào)為MAPT160的發(fā)射機(jī)，焦距1 000 mm 、管電壓160 V、焦點(diǎn)尺寸2.5×2.5、管電流5 mA、曝光時(shí)間3 s、探測(cè)器類型為非金硅、探測(cè)器規(guī)格14×17、像素尺寸1 012、灰度值 3 000~6 000、信噪比100、放大倍數(shù)1∶1、圖像存儲(chǔ)格式BMP、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T33488.3—2017，玻璃鋼管規(guī)格（管徑132 mm、厚度6 mm），對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)玻璃鋼-玻璃鋼管道連接接頭拍片分析，實(shí)物如圖1所示。

圖2至圖5為數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片。

圖1 玻璃鋼-玻璃鋼螺紋連接接頭

圖2 數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

從圖2中可以清楚地看到玻璃鋼-玻璃鋼螺紋接頭的螺紋連接數(shù)量，以及膠黏劑的涂覆質(zhì)量，在接頭母扣左下角堆一層膠黏劑，而從接頭母扣端部直至公扣端部膠黏劑涂覆均勻且螺紋連接質(zhì)量較好，母扣螺紋齒數(shù)明顯多于公扣齒數(shù)，這種情況屬于兩種管子不是同一型號(hào)。出現(xiàn)這種問題的原因可能是材料采購和驗(yàn)收以及安裝過程中質(zhì)量把控不嚴(yán)，材料進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)該嚴(yán)格驗(yàn)收及標(biāo)記。

圖3 數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

從圖3可以看出在接頭右下角端部、左上角端部螺紋間有間隙，而且螺紋扣沒有完全上滿，這是在管子安裝時(shí)膠黏劑涂覆不均勻，由于目前玻璃鋼管道暫時(shí)還沒有相關(guān)檢驗(yàn)檢測(cè)方面無損檢測(cè)技術(shù)，導(dǎo)致玻璃鋼管道在制造、安裝及運(yùn)行中存在的一些埋藏缺陷無法識(shí)別，最終導(dǎo)致失效。

圖4 數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

圖5 數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼-玻璃鋼接頭所拍的底片

在圖4接頭左上角、圖5接頭左下角螺紋連接處都有黑點(diǎn)，由于目前玻璃鋼管無無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，因此還無法判斷該黑點(diǎn)是氣孔、夾渣還是其他類型缺陷，有待于進(jìn)一步深入研究，下一步將計(jì)劃通過對(duì)玻璃鋼檢測(cè)中出現(xiàn)的問題，結(jié)合試驗(yàn)研究對(duì)基于數(shù)字射線DR的玻璃鋼管的缺陷進(jìn)行定性分析。

從圖2至圖5中可以看出，每個(gè)連接接頭中均存在玻璃鋼螺紋未上滿的現(xiàn)象，這是由于玻璃鋼管在安裝及運(yùn)行中均無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來指導(dǎo)，沒有相應(yīng)的無損檢測(cè)手段來控制連接質(zhì)量，這將會(huì)導(dǎo)致從宏觀上無法看清螺紋內(nèi)部的連接狀況、連接質(zhì)量、膠黏劑的涂覆質(zhì)量以及可能存在螺紋連接接頭中缺陷，這也將為下一步制定玻璃鋼管道螺紋連接接頭數(shù)字射線DR的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以及玻璃鋼管道的施工驗(yàn)收規(guī)范做準(zhǔn)備，后續(xù)將全面、深入地研究玻璃鋼管的制造、安裝、運(yùn)行問題，為玻璃鋼管運(yùn)行提供一份安全保障。

從以上分析可知，利用數(shù)字射線DR對(duì)玻璃鋼管道連接接頭拍片效果很明顯，可以從底片中看到存在于玻璃鋼管道接頭里面的缺陷，可是目前沒有對(duì)玻璃鋼管道中存在的缺陷進(jìn)行定性及定量分析，下一步將繼續(xù)研究?jī)?yōu)化檢測(cè)參數(shù)，提高檢測(cè)精度。

3 結(jié) 論

1）文章介紹了數(shù)字射線DR的檢測(cè)原理，驗(yàn)證了數(shù)字射線DR可以用于玻璃鋼管道接頭的檢測(cè)；

2）下一步將對(duì)存在于玻璃鋼管道連接接頭中的缺陷進(jìn)行定性及定量分析，從而對(duì)玻璃鋼管道連接接頭內(nèi)部缺陷進(jìn)行深入研究。

［1］董劍，李寶菊．玻璃鋼管道在平山水源工程中的應(yīng)用[J]．給水排水，2001（7）：81-83．

［2］陳英?。Ａт摴茉诠艿垒斔こ讨械膽?yīng)用[J]．科技信息，2006（2）：69．

［3］張林軍，徐穎．玻璃鋼夾砂管道在給水與排水工程中的應(yīng)用[J]．徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（3）：26-29．

［4］劉康，汪榮順，石玉美，等. 纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的低溫性能[J]．低溫工程2006（5）：35-44.

［5］曾紅燕.低溫環(huán)境下復(fù)合材料層合板的應(yīng)力分析[D]．大連：大連理工大學(xué)，2014.

［6］翁春曉.超低溫用環(huán)氧樹脂及其碳纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料的研究[D]．武漢: 武漢理工大學(xué)，2012.

［7］徐德福，劉榮進(jìn)，夏建生. 低溫對(duì)單向玻璃鋼某些力學(xué)性質(zhì)的影響[J]．宇航學(xué)報(bào)，1986（2）：81-86.

［8］BHARGAVA P, ZEHNDER A T. High temperature shear strength of T650-35 / HFPE-II-52 polyimide matrix unidirectional composite[J].,2006, 46:2450-255.

［9］郭生武.油田用玻璃鋼管[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［10］魏斌，齊國(guó)權(quán)，吳寅，等. 油田集輸用玻璃鋼管接頭處開裂分析[J].石油管材與儀器，2015（1）：43-46.

［11］李厚補(bǔ)，李鶴林，戚東濤，等. 油田集輸管網(wǎng)用非金屬管存在問題分析及建議[J].石油儀器，2014，28（6）：4-8.

Detection and Application of FRP Pipe Joint Based on digital Ray DR

,

（Gansu Province Special Equipment Inspection and Testing Institute, Lanzhou Gansu 730050, China)

From the digital radiography (DR) non-destructive testing principle, method and main characteristics, the validity of digital radiography (DR) was demonstrated through analysis of glass fiber reinforced plastic-glass fiber reinforced plastic thread connector. The test results showed that the digital radiography (DR) testing was a good way to penetrate glass fiber reinforced plastic materials, and the internal structure of the FRP connection joint was very clear. At present, this technology is a relatively advanced detection method in the detection of glass steel tube, which can distinguish the specific defect types and dimensions in the pipe body and threaded joint. However, there is no specific specification on how to grade and evaluate the various defects in the glass steel tube body and threaded joint, and further research is needed.

Glass fiber reinforced plastics; Pipe; Digital rays; Detection

2020-08-06

張秉乾（1987-），男，甘肅省蘭州市人，工程師，碩士研究生， 2011年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，研究方向：壓力管道、壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)。

張正棠（1989-），男，工程師，碩士，研究方向：壓力管道、壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)、非金屬管道研究。

TQ050.4+2

A

1004-0935（2021）03-0346-03