專利名稱：聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力管道的檢測領(lǐng)域，具體是一種聚乙烯管道電熔接頭焊接質(zhì)量的微波掃描檢測方法。
背景技術(shù)：
聚乙烯(PE)管道具有許多卓越的性能，如耐低溫、耐腐蝕、韌性好、抗開裂、連接方便、良好的抗刮能力、良好的快速裂紋傳遞抵抗能力等，在實踐中其壽命為鋼管的4倍。 因此，聚乙烯管已成為城市輸氣管網(wǎng)、中低壓供水管網(wǎng)的最佳選擇，聚乙烯管道之間的連接方法主要有熱熔焊接和電熔焊接兩種，熱熔焊接和電熔焊接在工藝上區(qū)別較大。熱熔焊接的技術(shù)成熟，連接費用較低，在使用大公稱直徑管道的場合，熱熔焊接較為常見。電熔焊接的主要工藝流程如下首先將所需連接的兩管端部插入埋有電阻絲的電熔套筒中，并使三者緊密接觸，然后通電，使電熔管件內(nèi)的電阻絲發(fā)熱，在熱量作用下，管材外壁面和管件內(nèi)壁面逐漸熔融為一體，當焊接結(jié)束時，接頭慢慢冷卻后，形成嚴密牢固的接頭。電熔焊接設(shè)備投資低，操作簡單易掌握，施工效率高，焊接質(zhì)量受人為因素的影響較小，適合在公稱直徑較小的管道連接上使用，有著良好的發(fā)展前景。聚乙烯管道電熔接頭處可能存在各種不同的缺陷，主要包括裂紋、未熔合、氣孔、 夾雜、冷焊等。其中，對冷焊缺陷這樣的工藝性缺陷的檢測是最困難的，因為這種缺陷一般不表現(xiàn)為接頭處宏觀結(jié)構(gòu)的變化，但是對接頭的質(zhì)量和性能會產(chǎn)生很大的影響。接頭處的缺陷對聚乙烯管道的安全性是一個很大的威脅，絕大多數(shù)聚乙烯管道事故都是由接頭缺陷引起的。因此，要提高聚乙烯管道的安全性，必須提供有效可靠的接頭缺陷檢測方法和完善的接頭安全評定方法?，F(xiàn)有的聚乙烯管道焊接接頭的檢測方法主要有破壞性檢驗和非破壞性檢驗兩類。 接頭的破壞性檢驗，本質(zhì)上是對焊接界面粘接能力的評定。破壞性試驗是一種抽檢性質(zhì)的檢測方法，現(xiàn)階段大多用于焊機廠家的產(chǎn)品開發(fā)。接頭的非破壞性檢驗主要指目視檢測和超聲檢測。目視檢測還沒有形成國家或行業(yè)標準，檢測方法主要根據(jù)工程經(jīng)驗形成，檢測時僅通過目測外觀及尺寸來判斷質(zhì)量好壞，無法觀察到焊接的內(nèi)部缺陷，可靠性有所欠缺。超聲檢測能夠直接獲得材料內(nèi)部的狀態(tài)信息，可以對一些宏觀缺陷進行判別，但是對工藝性缺陷(如冷焊)的檢測比較困難。聚乙烯是一種高分子材料，相比金屬材料會吸收和損耗更多的聲波能量，并且由于其結(jié)構(gòu)比金屬材料復雜，易于增加聲波的散射，這些都增加了聚乙烯管道接頭超聲檢測的難度。更為重要的是，超聲方法對工藝性缺陷的檢測有很大困難， 而目前為止尚未找到工藝性缺陷的有效檢測手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法。該檢測方法具有可檢測多種類型的缺陷、檢測靈敏度和精度高、可靠性好等優(yōu)點，特別是可以有效地檢測冷焊等工藝性缺陷，操作簡便，成本較低。
本發(fā)明的技術(shù)方案是—種聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，首先將所需連接的兩管端部插入埋有電阻絲的電熔套筒中，并使電熔套筒與兩管端部三者緊密接觸；然后通電，使電熔管件內(nèi)的電阻絲發(fā)熱；在熱量作用下，管材外壁面和管件內(nèi)壁面逐漸熔融為一體，當焊接結(jié)束時，接頭冷卻后，形成嚴密牢固的聚乙烯管道電熔接頭；用微波掃描裝置檢測聚乙烯管道電熔接頭，微波探頭中的發(fā)射器向被測接頭發(fā)射微波，微波經(jīng)過兩個接收傳感器記錄基線波幅，然后穿透接頭表面進入其內(nèi)部，當行進中的微波遇到缺陷的時候，介電常數(shù)的變化使微波發(fā)生反射；被反射的微波信號與發(fā)射的微波信號發(fā)生干涉，由接收傳感器接收并轉(zhuǎn)換成電壓信號，連同掃描位置信息一起經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后輸入計算機中，獲得掃描圖像，根據(jù)掃描圖像得到電熔接頭內(nèi)缺陷的相關(guān)信息；該微波掃描裝置包括微波探頭、機械掃描裝置、掃描控制系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、計算機，微波探頭的一端安裝于機械掃描裝置上，微波探頭的另一端與聚乙烯管道的電熔接頭相對應(yīng)；機械掃描裝置安裝在聚乙烯管道周向外部被檢電熔接頭旁邊，計算機的輸出端經(jīng)掃描控制系統(tǒng)連接機械掃描裝置，微波探頭的輸出端經(jīng)信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)連接計算機的輸入端；其中，微波探頭包含一個微波發(fā)射器和A、B兩個接收傳感器，其中兩個接收傳感器并列放置，相隔1/4微波波長的距離；機械掃描裝置包括直線步進電機和由直線步進電機帶動的可以往復運動的探桿，微波探頭固定在探桿的一端。所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，按以下步驟實現(xiàn)(1)將微波探頭定位于聚乙烯管道的電熔接頭融合區(qū)外表面的一側(cè)；(2)微波探頭沿電熔接頭外表面進行連續(xù)掃描，掃描速度為2-30cm/S，檢測時所用的微波頻率為1G-200GHZ ；(3)微波探頭獲得的信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，輸入計算機進行處理，形成掃描圖像。所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，微波探頭進行勻速掃描或變速掃描。所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，在對聚乙烯管道電熔接頭進行掃描時，避免使用耦合劑。所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，微波探頭與電熔接頭外表面進行接觸掃描；或者，采用微波探頭靠近電熔接頭外表面的方式進行掃描。所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，微波探頭與接頭外表面之間的距離控制在0_5cm。本發(fā)明的原理如下微波是一種頻率范圍在0. 3-300GHz (優(yōu)選為lG_200GHz)之間的電磁波，當微波從一種介質(zhì)進入到另一種具有不同介電常數(shù)的介質(zhì)中時，兩種介質(zhì)介電常數(shù)的差異使微波發(fā)生反射或折射。材料中的缺陷可以看作是具有與周圍材料不同的介電常數(shù)的介質(zhì)，當行進中的微波遇到缺陷的時候，介電常數(shù)的變化使微波發(fā)生反射。反射信號與發(fā)射的微波信號發(fā)生干涉，經(jīng)微波探頭轉(zhuǎn)變成電壓信號，再經(jīng)信號放大和數(shù)字化轉(zhuǎn)變得到掃描圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明提供的檢測方法和檢測裝置能夠有效可靠地檢測聚乙烯管道電熔接頭的各種類型的缺陷，具體優(yōu)點如下(1)與常規(guī)的超聲、射線等無損檢測方法相比，本發(fā)明聚乙烯管道電熔接頭缺陷的微波掃描檢測方法，將包含微波發(fā)射和接收裝置的微波探頭定位于聚乙烯管道電熔接頭融合區(qū)外表面的一側(cè)；微波探頭沿接頭外表面以一定的速度移動以進行掃描；獲得的微波信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換和計算機處理后得到掃描圖像。采用微波檢測可通過空氣實現(xiàn)從探頭到被測電熔接頭的有效耦合，因此不需要使用耦合劑，可避免耦合劑帶來的材料污染問題，并且不會引起一系列反射的混淆；(2)本發(fā)明傳播中的微波其幅度和相位的信息比較容易獲得；(3)本發(fā)明在探頭和被測接頭之間不要求物理接觸，可以不接觸表面實施快速檢測；(4)本發(fā)明微波探頭可以用固態(tài)器件組成，既牢固又可靠；(5)本發(fā)明能夠有效地檢測出電熔接頭中的各種體積型缺陷和面積型缺陷，尤其是可以有效地檢測出諸如冷焊缺陷這樣的工藝性缺陷，這是其它無損檢測方法所無法實現(xiàn)的。(6)微波檢測技術(shù)主要用于對介電材料的檢測，如樹脂基復合材料、橡膠、陶瓷、玻璃鋼等。在國內(nèi)，目前尚未見有關(guān)微波技術(shù)對聚乙烯管道焊接接頭檢測的報道，因此本發(fā)明的實施有望填補該領(lǐng)域國內(nèi)的空白。


圖1是本發(fā)明提供的檢測方法的原理框圖。圖2是本發(fā)明提供的微波掃描裝置的使用狀態(tài)示意圖。圖3是本發(fā)明提供的檢測方法的檢測原理示意圖。圖4是完好無缺陷的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描圖像。圖5是含有冷焊缺陷的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描圖像。圖6是含有裂紋缺陷的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描圖像。圖中，1聚乙烯管道；2電熔接頭；3微波探頭；4探桿；5機械掃描裝置；6掃描控制系統(tǒng)；7信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；8計算機；9發(fā)射器；10接收傳感器；11缺陷。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。如圖1-2所示，本發(fā)明聚乙烯管道1的電熔接頭2微波掃描檢測裝置，包括微波探頭3、機械掃描裝置5、掃描控制系統(tǒng)6、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)7、計算機8等，微波探頭3的一端安裝于機械掃描裝置5上，微波探頭3的另一端與聚乙烯管道1的電熔接頭2相對應(yīng)；機械掃描裝置5安裝在聚乙烯管道1周向外部被檢電熔接頭2旁邊，機械掃描裝置5帶動微波探頭3運動實現(xiàn)掃描；計算機8的輸出端通過電纜經(jīng)掃描控制系統(tǒng)6連接機械掃描裝置5， 控制機械掃描裝置和微波探頭的移動；微波探頭3的輸出端通過電纜經(jīng)信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)7連接計算機8的輸入端，信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)7接收由微波探頭3傳送的電壓信號與掃描位置信息， 并進行信號轉(zhuǎn)換，以便形成掃描圖像；計算機8實現(xiàn)實時成像并利用軟件對圖像進行分析；本發(fā)明中，微波探頭3包含一個微波發(fā)射器9和A、B兩個接收傳感器10，其中兩個接收傳感器并列放置，相隔1/4微波波長的距離(圖幻，工作時分別產(chǎn)生一個干涉圖樣， 兩個干涉圖樣的差別信息通過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸入計算機形成掃描圖像。本發(fā)明中，機械掃描裝置5包括直線步進電機和由直線步進電機帶動的可以往復運動的探桿4，微波探頭3固定在探桿4的一端，使微波探頭3可以沿著聚乙烯管道1的電熔接頭2的外表面作往復運動(圖2)。本發(fā)明中，信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)7由位置傳感器、信號放大器和數(shù)/模信號轉(zhuǎn)換器組成， 微波探頭3與位置傳感器電連接，微波探頭3的電壓信號輸出端與信號放大器連接，對電壓信號進行放大；位置傳感器和信號放大器的輸出端與數(shù)/模信號轉(zhuǎn)換器連接，數(shù)/模信號轉(zhuǎn)換器的輸出端連接計算機8。首先將所需連接的兩管端部插入埋有電阻絲的電熔套筒中，并使電熔套筒與兩管端部三者緊密接觸；然后通電，使電熔管件內(nèi)的電阻絲發(fā)熱；在熱量作用下，管材外壁面和管件內(nèi)壁面逐漸熔融為一體，當焊接結(jié)束時，接頭慢慢冷卻后，形成嚴密牢固的聚乙烯管道電熔接頭；用微波掃描裝置檢測聚乙烯管道電熔接頭時，微波探頭3中的發(fā)射器9向電熔接頭2發(fā)射微波，微波經(jīng)過兩個接收傳感器10 (A、B)記錄基線波幅，然后穿透接頭表面進入其內(nèi)部，材料中的缺陷可以看作是具有與周圍材料不同的介電常數(shù)的介質(zhì)，當行進中的微波遇到缺陷11的時候，介電常數(shù)的變化使微波發(fā)生反射。被反射的微波信號與發(fā)射的微波信號形成干涉圖樣，由接收傳感器接收并轉(zhuǎn)換成電壓信號，連同掃描位置信息一起經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后輸入計算機中，獲得掃描圖像。根據(jù)掃描圖像可以得到電熔接頭內(nèi)缺陷的相關(guān) fn息ο如圖1-3所示，本發(fā)明聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，按以下步驟實現(xiàn)(1)將微波探頭3定位于聚乙烯管道1的電熔接頭2融合區(qū)外表面的一側(cè)；(2)微波探頭3沿電熔接頭2外表面進行連續(xù)掃描，可勻速掃描，也可變速掃描，掃描速度為2-30cm/s，檢測所用的微波頻率為1G-200GHZ ；在對聚乙烯管道電熔接頭進行掃描時，不需要任何耦合劑；微波探頭3可以與電熔接頭2外表面進行接觸掃描，也可以靠近電熔接頭2外表面的方式進行掃描。(3)微波探頭3獲得的微波信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)7，進行信號轉(zhuǎn)換后，輸入計算機8進行處理，形成掃描圖像。實施例1使用本發(fā)明提供的微波檢測裝置對一完好無缺陷的聚乙烯管道電熔接頭進行檢測。先對接頭外表面進行簡單處理，使其光滑平整，然后按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案中的步驟對接頭進行檢測，使用的微波頻率為MGHz，采用勻速掃描，掃描速度為20cm/s，微波探頭與接頭外表面之間的距離控制在2cm ；本實施例中，接收傳感器A、B記錄的信號通過基線波幅分別予以顯示，得到的微波掃描圖像見圖4。圖中X坐標代表軸向方向，Y坐標代表徑向方向。該電熔接頭的高熱影響區(qū)的寬度大約為0.25英寸，中線位置大約在Y = 2處。該電熔接頭的掃描圖像在整個軸向方向都比較均勻，幾乎沒有波動。實施例2使用本發(fā)明提供的微波檢測裝置對一含有冷焊缺陷的聚乙烯管道電熔接頭進行檢測。先對接頭外表面進行簡單處理，使其光滑平整，然后按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案中的步驟對接頭進行檢測，使用的微波頻率為MGHz，采用勻速掃描，掃描速度為lOcm/s，微波探頭與接頭外表面之間的距離控制在3cm;本實施例中，接收傳感器A、B記錄的信號通過基線波幅分別予以顯示，當行進中的微波遇到缺陷的時候，介電常數(shù)的變化使微波發(fā)生反射。 被反射的微波信號與發(fā)射的微波信號形成干涉圖樣，得到的微波掃描圖像見圖5。以實施例1為參照例，該電熔接頭的高熱影響區(qū)波動比較明顯，中線位置發(fā)生偏離，局部出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。實施例3使用本發(fā)明提供的微波檢測裝置對一含有裂紋缺陷的聚乙烯管道電熔接頭進行檢測。先對接頭外表面進行簡單處理，使其光滑平整，然后按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案中的步驟對接頭進行檢測，使用的微波頻率為MGHz，采用勻速掃描，掃描速度為15cm/s，微波探頭與接頭外表面之間的距離控制在4cm;本實施例中，接收傳感器A、B記錄的信號通過基線波幅分別予以顯示，當行進中的微波遇到缺陷的時候，介電常數(shù)的變化使微波發(fā)生反射。 被反射的微波信號與發(fā)射的微波信號形成干涉圖樣，得到的微波掃描圖像見圖6。以實施例 1為參照例，該電熔接頭的高熱影響區(qū)略寬，可以觀察到明顯的不連續(xù)現(xiàn)象。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本本發(fā)明的限定范圍。
權(quán)利要求
1.一種聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，其特征在于，首先將所需連接的兩管端部插入埋有電阻絲的電熔套筒中，并使電熔套筒與兩管端部三者緊密接觸；然后通電， 使電熔管件內(nèi)的電阻絲發(fā)熱；在熱量作用下，管材外壁面和管件內(nèi)壁面逐漸熔融為一體，當焊接結(jié)束時，接頭冷卻后，形成嚴密牢固的聚乙烯管道電熔接頭；用微波掃描裝置檢測聚乙烯管道電熔接頭，微波探頭中的發(fā)射器向被測接頭發(fā)射微波，微波經(jīng)過兩個接收傳感器記錄基線波幅，然后穿透接頭表面進入其內(nèi)部，當行進中的微波遇到缺陷的時候，介電常數(shù)的變化使微波發(fā)生反射；被反射的微波信號與發(fā)射的微波信號發(fā)生干涉，由接收傳感器接收并轉(zhuǎn)換成電壓信號，連同掃描位置信息一起經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后輸入計算機中，獲得掃描圖像，根據(jù)掃描圖像得到電熔接頭內(nèi)缺陷的相關(guān)信息；該微波掃描裝置包括微波探頭、機械掃描裝置、掃描控制系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、計算機，微波探頭的一端安裝于機械掃描裝置上，微波探頭的另一端與聚乙烯管道的電熔接頭相對應(yīng)；機械掃描裝置安裝在聚乙烯管道周向外部被檢電熔接頭旁邊，計算機的輸出端經(jīng)掃描控制系統(tǒng)連接機械掃描裝置，微波探頭的輸出端經(jīng)信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)連接計算機的輸入端；其中，微波探頭包含一個微波發(fā)射器和A、B兩個接收傳感器，其中兩個接收傳感器并列放置，相隔1/4微波波長的距離；機械掃描裝置包括直線步進電機和由直線步進電機帶動的可以往復運動的探桿，微波探頭固定在探桿的一端。
2.按照權(quán)利要求1所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，其特征在于，按以下步驟實現(xiàn)(1)將微波探頭定位于聚乙烯管道的電熔接頭融合區(qū)外表面的一側(cè)；(2)微波探頭沿電熔接頭外表面進行連續(xù)掃描，掃描速度為2-30cm/s，檢測時所用的微波頻率為1G-200GHZ ；(3)微波探頭獲得的信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，輸入計算機進行處理，形成掃描圖像。
3.按照權(quán)利要求1所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，其特征在于，微波探頭進行勻速掃描或變速掃描。
4.按照權(quán)利要求1所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，其特征在于，在對聚乙烯管道電熔接頭進行掃描時，避免使用耦合劑。
5.按照權(quán)利要求1所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，其特征在于，微波探頭與電熔接頭外表面進行接觸掃描；或者，采用微波探頭靠近電熔接頭外表面的方式進行掃描。
6.按照權(quán)利要求1所述的聚乙烯管道電熔接頭的微波掃描檢測方法，其特征在于，微波探頭與接頭外表面之間的距離控制在0-5cm。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓力管道的檢測領(lǐng)域，具體是一種聚乙烯管道電熔接頭焊接質(zhì)量的微波掃描檢測方法。用微波掃描裝置檢測聚乙烯管道電熔接頭，微波探頭中的發(fā)射器向被測接頭發(fā)射微波，微波經(jīng)過兩個接收傳感器記錄基線波幅，然后穿透接頭表面進入其內(nèi)部，當行進中的微波遇到缺陷的時候，介電常數(shù)的變化使微波發(fā)生反射；被反射的微波信號與發(fā)射的微波信號發(fā)生干涉，由接收傳感器接收并轉(zhuǎn)換成電壓信號，連同掃描位置信息一起經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后輸入計算機中，獲得掃描圖像，根據(jù)掃描圖像得到電熔接頭內(nèi)缺陷的相關(guān)信息。該檢測方法具有可檢測多種類型的缺陷、檢測靈敏度和精度高、可靠性好等優(yōu)點，特別是可以有效地檢測冷焊等工藝性缺陷，操作簡便，成本較低。
文檔編號G01N22/02GK102401804SQ201110341360
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者潘柏定, 潘金平, 祝新偉, 譚連江 申請人:嘉興市特種設(shè)備檢測院