[发明专利]一种管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测方法

说明书

技术领域

本发明是一种应用于管道补口热收缩带粘接质量评价或其他与热收缩带-钢管结构类似的粘接结构粘接质量评价的管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法，涉及超声波的测量、金属材料的一般防蚀和管道系统技术领域。

背景技术

管道补口是两段管道焊接处的防腐作业。在埋地钢质管道的施工过程中，管道补口是保证管道防腐完整性的重要工序，也是保证整个管道外防腐层质量的关键环节。目前，国内3PE防腐管线几乎全部采用聚乙烯热缩材料进行补口，但在管道安装建设期间和投入运行使用中均发现了许多质量问题，开挖检测发现补口失效所占比例不小，对管线形成了腐蚀危害风险。

为保证管道补口质量，在现场作业完成后，需要对其进行质量检验，其中剥离强度是补口质量的重要指标，一般的合格标准是在管体温度25±5℃的剥离强度应不小于50N/cm。目前通用的剥离强度检测方法是：先将防腐层沿环向划开宽度约为20mm、长10cm左右的长条，并撬起一端，应用测力计以10mm/min的速率垂直钢管表面匀速拉起防腐层，并记录测力计稳定数值，由此得到剥离强度。这种检测方式具有破坏性，操作较复杂，且检验结果代表性不强，无法全面评估补口质量；此外，在检测温度过低时，热收缩带一拉就断，传统的剥离强度检测方法根本无法实施。

超声检测具有无损伤、效率高、操作方便等特点，如果能够将超声检测技术应用在热收缩带的剥离强度检验中，将大大提高管道补口粘接质量的检测效率，提高管道补口现场作业的生产效率和产品质量，这对目前蓬勃发展的能源产业以及需求量巨大的管道类产业都具有重要意义。目前已经出现了一些针对粘接结构的研究成果，但大多还处在实验室研究阶段，且专门针对管道补口热收缩带粘接质量超声检测的研究极少，尚未有公开报道。

发明内容

本发明的目的是发明一种提高粘接质量的评价效率、促进补口质量提升的管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法。

本发明使用水浸式超声脉冲回波法对管道补口进行检测，检测原理图见图1。检测探头1布设在热收缩带2外侧，检测探头1与热收缩带2之间通过水膜4耦合。检测时检测探头1发射超声波6，超声波6在热收缩带2表面形成投透射波7和反射波9，接着透射波7在热收缩带2与管道钢材3的粘接面5形成透射8和反射波10，最后透射波8多次在钢材3中反射形成一次反射回波11和二次反射12，检测探头1接收这些反射回波，并利用反射回波信号的强度、能量等指标与热收缩带2剥离强度的关系进行粘接质量评价。

本发明亦适用于接触式脉冲回波法，但需要选用与管道补口热收缩带材料声阻抗相匹配的超声探头。

本发明的管道补口热收缩带粘接质量评价流程（见图2）为：

1）获得检测信号

采用超声脉冲回波法对管道补口热收缩带2上的某点进行检测，得到热收缩带2表面的反射波9、热收缩带2与钢材3的粘接面5的反射波10、钢材3底面反射波11和反射波12；

2）选择时间窗口及频带范围

在回波信号中，反射波11和反射波12信号较弱，反映粘接质量的信息主要包含在粘接面5的反射波10中；反射波9只与热收缩带2的表面情况及实验条件有关，不包含反映粘接质量的信息；因此，在选择时间窗口时，应完全包含粘接面5反射波10的相关信号，尽量排除热收缩带2表面反射波9的相关信号，并包含前几次信号稍强的底面反射波11和12；

在回波信号进行傅立叶变换之后的频谱中，振幅最大的谐振峰称为主峰，与粘接质量有关的信息主要包含在主峰左侧的低频带范围内；选择频带范围时，应排除主峰附近的频谱信号，同时排除零点附近可能出现的异常增大的频谱信号，在此基础上保证足够宽的频带范围，以尽量包含更多可以反映粘接质量的信息；

3）计算平均功率及低频能量

平均功率E_T可以反映粘接质量，其值大小与剥离强度基本成反比；E_T的计算公式为

其中，t₁表示时间窗口的起始位置，t₂表示时间窗口的结束位置，t₂=t₁+Δt₂，Δt₂表示时间窗口的宽度；x(t)表示信号的时域波形信号；

x(t)在时间窗口内的平均值Ex定义为：

低频能量E_F也可以反映粘接质量，其值大小同样与剥离强度基本成反比；E_F的计算公式为