專利名稱：聚乙烯管道熱熔接頭焊接焊縫區(qū)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料管道或塑料復(fù)合管道焊接質(zhì)量檢測工藝。更具體地說，本發(fā)
明涉及一種聚乙烯管道熱熔接頭焊接焊縫區(qū)檢測方法。
背景技術(shù)：
聚乙烯管道由于具有良好的耐腐蝕性、優(yōu)良的焊接性能和較長的使用壽命等優(yōu) 勢，而被廣泛應(yīng)用于給水工程和燃?xì)廨斔皖I(lǐng)域。我國目前新鋪設(shè)的城市燃?xì)夤艿澜^大多數(shù) 為聚乙烯管道。熱熔焊接連接費用低、密封性良好，在工程中被廣泛采用。然而管道接頭由 于無法做到像管材本體一樣的一致性，成為管道系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)。 目前國內(nèi)外對聚乙烯管道熱熔接頭焊接質(zhì)量的評定主要依賴對巻邊形狀的目視 判定。然而，熱熔焊接工序多、工藝復(fù)雜，不同的焊接條件下也會形成外觀形狀相似的巻邊， 從而導(dǎo)致這種質(zhì)量評定方法可靠性低。比如，較低的加熱溫度與較大的焊接壓力形成的熱 熔巻邊的形狀與正常焊接接頭的巻邊形狀十分相似，難以用肉眼區(qū)分。 國內(nèi)外學(xué)者對聚乙烯管道熱熔接頭焊接過程進行了數(shù)值模擬研究(谷侃鋒，高 密度聚乙烯壓力管道熱板焊接接頭應(yīng)力場有限元模擬，天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003; Shillitoe， S. ， etal. Finite element approach to butt fusion welding analysis, Journal of Process MechanicalEngineering， 1990)，發(fā)現(xiàn)焊縫厚度不僅與焊接工藝過程 有明確的對應(yīng)關(guān)系，而且還直接關(guān)系到接頭的焊接質(zhì)量。因此，可以用焊縫區(qū)的形狀、大小 來判斷熱熔焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。但是由于聚乙烯熱熔焊接是通過將管材加熱至熔融，然后迅 速在焊接壓力下粘接在一起，即焊縫材料實際上是管材熔融后形成的，焊縫與管材材料的 分子結(jié)構(gòu)是相同的，因此在熱熔焊接后難以區(qū)分出焊縫區(qū)與非焊縫區(qū)的聚乙烯。
美 國P. Barber博 士 (Some microstructural features of the welds in butt-welded polyethyleneand polybutene pipes, Journal of materials science)提
出一種聚乙烯管道熱熔接頭焊縫區(qū)的觀測方法，他將切下來的熱熔接頭試樣在67t:的鉻酸
(chromic acid)溶液中刻蝕三天之后，放在光學(xué)顯微鏡下觀察(放大16倍)，觀測到熱熔 焊區(qū)的形狀。但他的方法工藝過程較復(fù)雜，而且觀測到的焊縫區(qū)形狀十分模糊，不易辨別， 因而難以工程化應(yīng)用。 目前國內(nèi)外尚無一種方便快捷可靠地檢測聚乙烯管道熱熔接頭的焊接焊縫區(qū)的 方法。 發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種聚乙烯管道熱熔接頭焊接焊縫區(qū)檢測方 法。 為解決該技術(shù)問題，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案 (1)將待檢測的聚乙烯管道熱熔接頭在距離熔接面約8 30mm處切斷，確保斷面 平整并且與軸線相垂直； (2)將超聲相控陣的探頭放置于斷面上，獲得超聲反射信號圖像；
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(3)調(diào)節(jié)超聲相控陣實時成像設(shè)備的增益，直至圖像中部出現(xiàn)三根超聲反射信號 線，保存圖像； (4)用圖像軟件測量第(3)步驟所得圖像里，位于中間的超聲反射信號線最大長 度的像素數(shù)，記為^ ;測量其上面或下面的超聲反射信號線上某一點O至中間線的距離的 像素數(shù)，記為N2 ;然后測得0點距離檢測區(qū)邊界距離的像素數(shù)，記為N3 ;則，
0點距離熔接面的距離L為z = 7" 0點距離檢測區(qū)邊界的距離S為 仏 S = #-D 公式中，D為管材厚度； (5)按照步驟(4)的方法，通過測量獲得上、下兩根超聲反射信號線上不同位置的 被測量點的L值與S值，即可繪制出整個焊縫區(qū)的形狀。
本發(fā)明的有益效果在于 利用本發(fā)明所述方法，可以準(zhǔn)確快速地測繪出聚乙烯管道熱熔接頭焊縫區(qū)形狀與 尺寸，從而可以反推出待檢測接頭的焊接工藝。 (1)可以有效地對聚乙烯管道熱熔接頭焊接工藝不正常的缺陷進行檢測與表征， 如焊縫區(qū)過窄，焊縫區(qū)邊界貼近熔接面則說明熱熔焊接過程壓力過大； (2)可以對發(fā)生事故的熱熔接頭的進行事故責(zé)任分析，如通過對發(fā)生失效的熱熔 接頭進行焊縫區(qū)檢測，并與正常焊接工藝的接頭焊縫進行比較，可以判斷該接頭是否按照 正常的焊接工藝進行焊接操作。如果焊縫區(qū)形狀不正常，則極可能是由于施工方未按照工 藝標(biāo)準(zhǔn)焊接造成接頭失效；如果焊縫區(qū)形狀與正常焊接接頭焊縫區(qū)形狀相同，則可能是管 材質(zhì)量問題或第三方原因造成。
圖1聚乙烯管熱熔焊接接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2熱熔接頭融合區(qū)檢測圖。 圖1中的附圖標(biāo)記管材1、內(nèi)壁面2、凹槽3、內(nèi)巻邊4、熔接面5、焊縫6、焊縫區(qū)邊 界7、外巻邊8、焊縫區(qū)邊界9、外壁面10。 圖2中的附圖標(biāo)記檢測區(qū)邊界11、焊縫區(qū)邊界超聲反射信號線12、熔接面超聲反 射信號線13、焊縫區(qū)邊界超聲反射信號線14。
具體實施例方式
聚乙烯管熱熔焊接接頭結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括管材1、內(nèi)巻邊4、外巻邊6和焊 縫7，其中焊縫7由熱熔焊接過程的熔融區(qū)形成。焊縫區(qū)域的大小往往與焊接質(zhì)量有著直接 的關(guān)系。譬如焊縫過短可能是由于焊接溫度不夠?qū)е氯廴趨^(qū)深度太小，或者焊接壓力過大 導(dǎo)致熔融區(qū)材料都被擠到焊縫外面形成巻邊；焊縫區(qū)域過大可能是由于焊接壓力太小，或 者焊接溫度過高引起的。焊縫過短或者過大的情況都會導(dǎo)致焊接接頭的質(zhì)量低于正常焊接接頭。 但是，由于聚乙烯管道熱熔接頭的焊縫材料與管材材料一致，導(dǎo)致焊接結(jié)束后無 法區(qū)分出焊縫材料和管材本體(即焊接后無法區(qū)分哪些材料曾經(jīng)被加熱至熔融)。
本發(fā)明提出利用超聲相控陣實時成像設(shè)備檢測熱熔接頭的焊縫區(qū)，并測定其范圍 尺寸的方法。成像后的熱熔接頭的焊縫區(qū)如圖2所示。圖2中部的三根橫線分別對應(yīng)于焊 縫區(qū)邊界8、熔接面9(中間線)和焊縫區(qū)邊界IO。焊縫區(qū)邊界8和熔接面9之間，或焊縫 區(qū)邊界10和熔接面9之間的寬度即為單邊焊縫區(qū)寬度，由此即可確定焊縫區(qū)尺寸。
本實施例中，基于超聲相控陣實時成像的聚乙烯管道熱熔接頭焊縫區(qū)測定方法按 照以下步驟實施 (1)將待檢測的聚乙烯管道熱熔接頭在距離熔接面約8 30mm處切斷，確保斷面 平整并且與軸線相垂直； (2)將超聲相控陣的探頭放置于斷面上，獲得超聲反射信號圖像； (3)調(diào)節(jié)超聲相控陣實時成像設(shè)備的增益，直至圖像中部出現(xiàn)三根超聲反射信號
線，保存圖像； (4)用圖像軟件測得所述圖像的中間一根超聲反射信號線的最大長度(即圖中黑 色區(qū)域的橫線長度)的像素數(shù)，記為^ ;測得最上面(或下面) 一根超聲反射信號線(即圖 2中焊縫區(qū)邊界超聲反射信號線12或14)上某一點0(圖2所示)至中間線(即圖2中熔 接面超聲反射信號線13)的距離的像素數(shù)，記為N2 ;然后測得0點距離邊界的距離的像素 數(shù)，記為N3。管材厚度記為D，則0點距離熔接面的距離L可以用如下公式計算 0點距離檢測區(qū)邊界(管材內(nèi)表面或外表面)的距離S為
^i⑦ (5)通過在焊縫區(qū)邊界超聲反射信號線上的不同位置按照步驟(4)的方法進行測 點，獲得上、下兩根超聲反射信號線上不同位置的被測量點的L值與S值，即可繪制出整個 焊縫區(qū)的形狀。 還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上 實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián) 想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種聚乙烯管道熱熔接頭焊接焊縫區(qū)檢測方法，包括以下步驟(1)將待檢測的聚乙烯管道熱熔接頭在距離熔接面約8～30mm處切斷，確保斷面平整并且與軸線相垂直；(2)將超聲相控陣的探頭放置于斷面上，獲得超聲反射信號圖像；(3)調(diào)節(jié)超聲相控陣實時成像設(shè)備的增益，直至圖像中部出現(xiàn)三根超聲反射信號線，保存圖像；(4)用圖像軟件測量第(3)步驟所得圖像里，位于中間的超聲反射信號線最大長度的像素數(shù)，記為N1；測量其上面或下面的超聲反射信號線上某一點O至中間線的距離的像素數(shù)，記為N2；然后測得O點距離檢測區(qū)邊界距離的像素數(shù)，記為N3；則，O點距離熔接面的距離L為 <mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub> <msub><mi>N</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>·</mo><mi>D</mi> </mrow>O點距離檢測區(qū)邊界的距離S為 <mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>N</mi><mn>3</mn> </msub> <msub><mi>N</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>·</mo><mi>D</mi> </mrow>公式中，D為管材厚度；(5)按照步驟(4)的方法，通過測量獲得上、下兩根超聲反射信號線上不同位置的被測量點的L值與S值，即可繪制出整個焊縫區(qū)的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及塑料管道焊接質(zhì)量檢測工藝，旨在提供一種聚乙烯管道熱熔接頭焊接焊縫區(qū)檢測方法。該方法包括(1)將待檢測的聚乙烯管道熱熔接頭在距離熔接面約8～30mm處切斷；(2)將超聲相控陣的探頭放置于斷面上，獲得超聲反射信號圖像；(3)調(diào)節(jié)超聲相控陣實時成像設(shè)備的增益，直至圖像中部出現(xiàn)三根超聲反射信號線，保存圖像；測量獲得上、下兩根超聲反射信號線上不同位置的被測量點的L值與S值，即可繪制出整個焊縫區(qū)的形狀。該方法可準(zhǔn)確快速地測繪出聚乙烯管道熱熔接頭焊縫區(qū)形狀與尺寸，從而反推出待檢測接頭的焊接工藝?？梢杂行У貙垡蚁┕艿罒崛劢宇^焊接工藝不正常的缺陷進行檢測與表征，對發(fā)生事故的熱熔接頭的進行事故責(zé)任分析。
文檔編號G01B17/06GK101769728SQ20101010425
公開日2010年7月7日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者徐平, 施建峰, 李翔, 秦永泉, 鄭津洋, 郭偉燦 申請人:浙江大學(xué)