[发明专利]聚乙烯管道热熔焊接质量的微焦点三维CT成像检测方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及石油行业的压力管道检测技术领域，确切地说涉及一种聚乙烯管道热熔焊接质量的微焦点三维CT成像检测方法。 

背景技术

聚乙烯（PE）管道具有许多优势，例如良好的耐腐蚀性能、焊接性能、环保性能、力学性能，较长的使用寿命、重量轻、连接方便等，因此备受燃气界青睐。在各个城市的中、低压燃气管道系统中，都把聚乙烯管作为首选管材。在城市燃气管道中，聚乙烯管道之间的连接方法主要是热熔焊接。该方法适应性强、操作简单且成本低，在工程中被广泛采用。它的主要工艺流程如下：在机架上装夹好管材管件，对焊接表面进行铣削后，用热板对其进行加热，加热完成后，取出热板，闭合机架，使得焊接表面带压接触，接头逐渐冷却，两焊接表面慢慢融为一体，形成严密牢固的聚乙烯管道焊接接头。 

管道热熔接头无法做到与管体完全一致，接头是聚乙烯管道最为薄弱的地方，接头处的缺陷是管道安全运行最大的威胁。聚乙烯管道焊接接头处可能存在的缺陷有冷焊、过焊、焊缝过短、不对中、裂纹、孔洞和熔合面夹渣等。要提高聚乙烯管道的安全性，必须对这些缺陷进行有效可靠的检测，才能及时采取措施，防止出现更为严重的事故。 

聚乙烯管道焊接接头的检测方法有破坏性检测和非破坏性检测两种，破坏性检测是一种抽样检测方法，无法针对现场对接接头进行检测，主要用于焊机厂家的产品开发。非破坏性检测包括目视检测和无损检测。目视检测是根据工程实践经验，通过肉眼观察管道接头外观及尺寸来判断焊接质量的优劣，有很大的局限性，可靠性差，并且无法观察到焊接的内部缺陷。无损检测主要包括超声检测和微波扫描的检测方法。超声检测技术能够反应出部分管道内部缺陷状态，但由于聚乙烯是一种高分子材料，它对超声波能量的吸收和损耗大，容易增加声波的散射，使得检测的难度加大，而且超声检测工艺性缺陷（如冷焊）的检测较为困难。微波扫描技术虽不使用耦合剂，但需要在检测前对接头进行处理，增加检测步骤的复杂性。最大的问题在于，以上这些无损检测技术得到的结果为照片或者信号图，均为二维图形，需要经过辨别和分析才能得到缺陷的相关信息，并不能直观反应缺陷的空间位置、大小和类型。 

相对而言，超声检测是目前较为有效的方法；近几年，很多检验、检测单位以《无损检测聚乙烯管道焊缝超声检测》（JB/T10662-2006）推荐标准作为依据，对聚乙烯管道焊接接头进行超声波检测；超声波可以实现对常见内部宏观焊接缺陷的检测，但灵敏度不高，不能分辨小颗粒缺陷等；而且难以检测出因焊接工艺（如温度、压力等）引起的缺陷，如冷焊；冷焊缺陷危险性大且难以发现，这是因为大多数的冷焊表现为焊接接头良好，但实际上熔合区只是刚刚形成，界面层的聚乙烯分子并未充分地扩散与缠结，分子之间渗透的深度不足，接头连接强度不够；另外，聚乙烯比金属材料声速小，声波衰减系数大，超声回波小，不容易对缺陷定性、定量，影响检测结果的准确性，同时也增加了超声检测的难度。 

经过试验发现，微波扫描法可以检测出冷焊缺陷，但此方法整体上还处于初步探索阶段，而且目前只证明了未熔合、裂纹等少数几种缺陷检测的有效性。 

国内学者在传统超声检测的基础上做了大量的研究，并取得了新的进展。2008 年，郑津洋教授等首次提出了聚乙烯管道热熔焊接接头耦合聚焦超声波检测方法及检测装置，但未广泛应用于工程实践。 

南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室的于润桥等测量了聚乙烯管道的纵横波声速及热熔焊接接头声衰减系数，确定了聚乙烯管道的声学性能。采用小波域去噪理论去除噪声，提高了检测回波的信噪比。试验表明，超声波检测方法适用于聚乙烯管道热熔焊接质量的检测，但其准确性和现场适用性还有待提高。 

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种聚乙烯管道热熔焊接质量的微焦点三维CT成像检测方法，该检测方法具有检测精度高、可靠性好等优点，尤其是可以再现三维物体，直观得到缺陷的位置、形状和大小等信息，解决了对缺陷的空间定位、深度定量以及综合定性的问题。 

本发明是通过采用下述技术方案实现的： 

一种聚乙烯管道热熔焊接质量的微焦点三维CT成像检测方法，其特征在于步骤包括：

a、布置微焦点三维CT成像装置：选取相互配套使用的X射线管和平板探测器，平板探测器与集成有执行三维CT成像执行程序的计算机连接，X射线管和平板探测器分别置于检测平台的两端，在X射线管和平板探测器之间的检测平台上布置焊接接头，且焊接接头能够自由旋转并在X射线管和平板探测器之间能自由移动；