聚乙烯燃?xì)夤艿离娙酆附咏宇^相控陣超聲檢測(編制說明)

1、聚乙烯燃?xì)夤艿离娙酆附咏宇^相控陣超聲檢測編制說明標(biāo)準(zhǔn)起草小組O二O年一月一、標(biāo)準(zhǔn)制定的目的和意義燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁┕艿酪蚓哂心透g、 壽命長、性能穩(wěn)定、流體阻 力小和造價低等優(yōu)異性能，目前廣泛應(yīng)用于城市燃?xì)夤艿赖妮斔?。PE燃?xì)夤艿滥壳皟煞N常用的連接方式之一是電熔連接，即把兩根直通的 PE管道對接處同時插入電熔套筒內(nèi)，利用通電加熱，使兩根PE管道接頭局部熱熔化后焊接起來。焊接電壓不穩(wěn)定等因素使得焊接質(zhì)量難以 保證，而PE管一般要求壽命達(dá)50年以上，所以PE管的焊接質(zhì)量的好 壞直接影響到管道系統(tǒng)的安全和壽命。據(jù)燃?xì)夤臼鹿式y(tǒng)計，近80%的燃?xì)庑孤┦鹿识际怯捎陔娙酆附淤|(zhì)量不良引起的，為了安全起見，非常

2、有必要對PE管焊縫進(jìn)行內(nèi)部缺陷的全面探傷。為了對 PE管焊接缺 陷探傷，我們研究可以現(xiàn)場中進(jìn)行的有效的 PE管電熔接頭非破壞性探 傷方法。與金屬管道相比，PE管的焊接接頭目前還沒有成熟的無損檢測方 法，檢驗PE電熔焊接接頭焊接質(zhì)量的方法為外觀檢查、靜液壓試驗和 剝離試驗等破壞性試驗。破壞性試驗對少量的貫穿性缺陷敏感，對大量 存在的非貫穿性缺陷并不適用。由于只能檢測到大的貫穿焊接缺陷，而 對未焊透未融合等較小的卻有很大危害性的焊接缺陷無能為力。一旦PE電熔焊接接頭存在缺陷，極易引發(fā)燃?xì)庑孤?，?dǎo)致爆炸等嚴(yán)重的安全事 故，直接威脅社會公共安全和人民的人身財產(chǎn)安全。因此制定地方標(biāo) 準(zhǔn)聚乙烯燃?xì)夤艿离娙?/p>

3、焊接接頭相控陣超聲檢測具有重要意義二、工作簡況1、任務(wù)來源廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會 2019年 12月 2日廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié) 會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)聚乙烯燃?xì)夤艿离娙酆附咏宇^相控陣超聲檢測 立項公告 （粵特協(xié) 201933號）文件批準(zhǔn)由廣東省特種設(shè)備檢測院、廣州特種 承壓設(shè)備檢測研究院、 中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院、 多浦樂電子科技有限公司等 單位負(fù)責(zé)起草廣東省種設(shè)備行業(yè)協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) 聚乙烯燃?xì)夤艿离娙酆?接接頭相控陣超聲檢測。2、制定過程本標(biāo)準(zhǔn)原是廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)計劃項目， 新標(biāo)準(zhǔn)化法頒布實施后， 該 標(biāo)準(zhǔn)省市場監(jiān)管局決定不再作為地方標(biāo)準(zhǔn)， 鼓勵作為團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研制。 原 省局標(biāo)準(zhǔn)立項后， 個單位即即組織成立了標(biāo)準(zhǔn)編

4、制工作小組， 制訂標(biāo)準(zhǔn) 制定工作計劃， 并明確標(biāo)準(zhǔn)編制工作小組的組織形式、 工作步驟、 進(jìn)度 安排等，制定了較為詳細(xì)的項目實施計劃和方案。項目組歷經(jīng)了項目準(zhǔn)備、項目調(diào)研、討論稿編制、征求專家意見、 修改完善等幾個階段， 形成了目前的征求意見稿， 標(biāo)準(zhǔn)編制工作概要如 下：1、2019年8月2019年11月，成立標(biāo)準(zhǔn)編制工作組，會同有關(guān)企業(yè)，召開多次標(biāo)準(zhǔn)研討會，推進(jìn)該地方標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研、起草、征求意見、修改完善等工作，并按照團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求修改了標(biāo)準(zhǔn)文本并向省協(xié)會做了申 報。2、2019年1月2020年 1月，標(biāo)準(zhǔn)編制小組到有關(guān)企業(yè)開展調(diào)研， 詳細(xì)了解滲透檢測缺陷測深及監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合檢驗機(jī)構(gòu)工作實

5、際，編制形成了工作組討論稿。 標(biāo)準(zhǔn)編制工作組研究超聲波在聚乙烯材 料中的聲學(xué)傳播特性， 制作了聚乙烯材料對比試塊， 該試塊標(biāo)準(zhǔn)反射體 為橫通孔，孔徑均為1mm,孔長均為25mm （1-25）。摸清不同厚度 聚乙烯管道的聲學(xué)反射能力情況， 該試塊橫通孔深度呈階梯分布， 深度 分別為 5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm,基本覆 蓋常規(guī)型號PE燃?xì)夤艿篮穸确秶?。研究對?yīng)相控陣探頭在 PE燃?xì)夤艿?電熔接頭里的橫向分辨力,試塊設(shè)計橫通孔水平間距分別為2.5mm、3.5mm、4.5mm;同時，區(qū)分電熔接頭特征線圖譜，分別研制了 4L64、 5L64、5L128、10L64

6、相控陣線陣探頭進(jìn)行相關(guān)實驗。標(biāo)準(zhǔn)編制工作組就討論稿會同有關(guān)企業(yè)專家，經(jīng)過反復(fù)研討， PE 燃?xì)夤艿离娙酆附颖绕馃崛酆附痈菀壮霈F(xiàn)問題， 且超聲相控陣檢測技 術(shù)目前在PE燃?xì)夤艿离娙酆附咏宇^檢測上較為成熟，電熔焊接接頭中 存在的虛焊、過焊、氣孔、夾渣、電阻絲錯位等典型焊接缺陷均能得以 發(fā)現(xiàn)，而熱熔焊接接頭中存在的未熔合類嚴(yán)重質(zhì)量缺陷未能檢出， 制定 相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)不夠安全和嚴(yán)謹(jǐn)。三、編制原則本標(biāo)準(zhǔn)的編制是在廣東省質(zhì)監(jiān)局科技計劃項目“聚乙烯PE燃?xì)夤艿缹咏宇^超聲波相控陣檢測研究”（計劃編號：2010CT11）的基礎(chǔ)上，本著“科學(xué)、適度、可行”原則，既考慮標(biāo)準(zhǔn)前瞻性又顧及企業(yè)、 技術(shù)機(jī)構(gòu)檢測操作實際

7、， 同時，充分聽取各方意見的基礎(chǔ)上形成的。 本 標(biāo)準(zhǔn)既可作為政府有關(guān)部門規(guī)范、監(jiān)督、規(guī)范聚乙烯PE燃?xì)夤艿离娙圻B接無損檢測的依據(jù)，又可作為有關(guān)企業(yè)進(jìn)行檢測試驗的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家相關(guān)的管理規(guī)定， 參考了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 和相關(guān)資料， 并結(jié)合質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)檢驗機(jī)構(gòu)多年的檢測經(jīng)驗， 確定了本標(biāo)準(zhǔn) 的主要內(nèi)容。四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的確定依據(jù)1 、范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于公稱直徑為40400mm的聚乙烯管道電熔焊接接頭 的相控陣超聲檢測。通過大量的檢測試驗，該方法適用于540mm壁厚的接頭，壁厚小 于5mm時，接頭中的缺陷顯示易被表面回波信號掩蓋；壁厚大于 40mm 時，由于管件壁厚較大，超聲波在 PE材

8、料中的衰減較大，缺陷回波信 號也較弱，檢測靈敏度較低。燃?xì)饩垡蚁┕艿乐谐Ｓ霉芗?guī)格為DN40DN400 （壁厚540mm）。對于小于DN40的電熔接頭，由于其檢測面曲率較大，超聲波 在界面上反射時發(fā)生發(fā)散的現(xiàn)象較嚴(yán)重，能接收到的缺陷回波信號較弱，且壁厚太小，特征線等出現(xiàn)在近表面位置，被表面回波信號掩蓋；對于大于DN400的電熔接頭，由于管件壁厚較大，超聲波在 PE材料中 的衰減較大， 缺陷回波信號也較弱， 檢測靈敏度較低。 因此本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 適用于公稱直徑為40400mm的聚乙烯管道電熔接頭的相控陣超聲檢 測。2、標(biāo)準(zhǔn)性引用文件 列出了本標(biāo)準(zhǔn)條文制定過程中引用的標(biāo)準(zhǔn)。3、術(shù)語和定義除 GB/T

9、12604.1、GB/T 12604.1、GB 15558.1、 GB 15558.2 和 GB/T 32563-2016界定的術(shù)語和定義外，增加了焊接特征線、冷焊程度 H、過焊程度H 、電阻絲直徑1、電阻絲錯位量x等，增加部分主要為 相控陣超聲檢測的專業(yè)術(shù)語和聚乙烯焊接方面的術(shù)語。 因國家標(biāo)準(zhǔn)中暫 無相關(guān)術(shù)語和定義，本標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了定義。4、一般要求4.1規(guī)定了檢測人員的要求。4.2規(guī)定了檢測設(shè)備的組成、相控陣主機(jī)的性能要求、相控陣探頭 的性能要求、掃查裝置的基本特點、耦合劑和對比試塊的制作要求等。其中相控陣主機(jī)的性能要求中， 特別提出主機(jī)所包含的軟件能夠存 儲、調(diào)出 A、 S、 B、 C 圖

10、像，并能將存儲的檢測數(shù)據(jù)拷貝到外部存儲 空間中。這是因為通常超聲檢測時， 探傷結(jié)果不便保存。 由于采用了相 控陣檢測技術(shù)， 能實時成像， 使探傷結(jié)果的保存成為可能。 因此要求檢 測設(shè)備應(yīng)具有圖譜的保存和相關(guān)分析功能。其中標(biāo)準(zhǔn)試塊pe- i用于靈敏度及分辨率測試，標(biāo)準(zhǔn)試塊PE-n用于 相控陣檢測系統(tǒng)的聲速延遲校準(zhǔn)和 TCG修正。在標(biāo)準(zhǔn)試塊PE-1設(shè)計過程中，已充分考慮到不同規(guī)格電熔焊接接 頭電阻絲直徑及間距存在的差異，針對電阻絲間距不同的電熔焊接接 頭，PE-1試塊設(shè)計的孔間距為梯度遞增方式， 具體涉及的間距為2mm、 2.5mm、3mm、4mm和5mm,在測試過程中儀器的分辨率應(yīng)大于等于被 檢

11、電熔接頭電阻絲的標(biāo)準(zhǔn)間距。在標(biāo)準(zhǔn)試塊PE-n設(shè)計過程中，已充分考慮到相控陣儀器在使用 0 線掃時，針對不同深度的標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波能量收集時能夠采集到該標(biāo) 準(zhǔn)所適用的最大厚度，因此試塊設(shè)計的最大標(biāo)準(zhǔn)反射體深度為45mm，略大于適用范圍所規(guī)定的 40mm。5、檢測工藝5.1規(guī)定了檢測工藝的要求和內(nèi)容。5.2規(guī)定了進(jìn)行工藝驗證的兩種方法。6、檢測方法由于聚乙烯材料傳熱性能比金屬材料差，焊接接頭的熱影響區(qū) 較小，結(jié)合實際焊接工藝下熱影響區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)收集， 規(guī)定檢測區(qū)域應(yīng) 包含焊縫本身寬度加上左右兩側(cè)各 5mm 的母材區(qū)域。電熔焊接接頭熔接面為管材外圓柱面和管件的內(nèi)圓柱面，因此 選用沿線掃查 +線掃描進(jìn)

12、行檢測，線掃描角度為了 0。6.3規(guī)定了檢測不同厚度試件時探頭的選擇。6.4規(guī)定了探頭的設(shè)置及軟件的配置。7、檢測程序本部分考慮到耦合的效果和避免漏檢， 規(guī)定了檢測時掃查速度不大 于 30mm/s。8、檢測數(shù)據(jù)的分析 8.1規(guī)定了數(shù)據(jù)的有效性評價，分析數(shù)據(jù)之前應(yīng)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn) 行評估以確定其有效性。8.2規(guī)定了缺陷的定性方法，方法是根據(jù) S型顯示，結(jié)合A型掃描 顯示，依據(jù)缺陷的位置、顯示圖像，確定缺陷的性質(zhì)。根據(jù)聚乙烯電熔接頭缺陷的成因、 特征及其引起的失效形式可將電 熔焊接缺陷分為：熔合面夾雜、 孔洞、金屬絲錯位、冷焊、過焊和管 材承插不到位。 通過大量的試驗， 這些缺陷都有著明顯的特征，

13、 分辯比 較容易。規(guī)定了各類缺陷大小的表征方法，對缺陷定量實行統(tǒng)一，有利 于對缺陷的評定執(zhí)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了熔合面夾雜、 孔洞、電 阻絲錯位、 冷焊、過焊和管材承插不到位等缺陷的表征方法， 其中熔合面夾雜、孔洞、冷焊、電阻絲錯位參照 GB/T 29460-2012 進(jìn)行了部分修改。與 GB/T 29460-2012 相比，增加了過焊、管材承插不到位等缺 陷表征。9、缺陷評定 9.1規(guī)定了缺陷分級的依據(jù)和熔合面夾雜、孔洞、電阻絲錯位、冷 焊、過焊、管件承插不到位、多種缺陷同時存在等缺陷的分級。缺陷質(zhì) 量分級的依據(jù)：根據(jù)接頭中存在的缺陷性質(zhì)、 數(shù)量和密切程度， 其質(zhì)量等級可劃分 為I、H

14、、皿級。焊接接頭的質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)由合同雙方商定，或參照有 關(guān)規(guī)范執(zhí)行。 制定評定標(biāo)準(zhǔn)時， 進(jìn)行了大量人工缺陷試樣的制作和現(xiàn)場 施工缺陷試樣的收集， 通過拉伸剝離試驗和靜液壓強(qiáng)度試驗， 取得了一 些實驗數(shù)據(jù)。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合 TSG D2002-2006 燃?xì)庥镁垡蚁┕艿篮附蛹夹g(shù)規(guī)則中對電熔接頭破壞性試驗判定要求和 GB/T 29460含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定 中的安全性評定標(biāo) 準(zhǔn)，制定了本標(biāo)準(zhǔn)。9.2熔合面夾雜的質(zhì)量分級： 將此類缺陷分為與內(nèi)冷焊區(qū)貫通缺陷和與內(nèi)冷焊區(qū)不貫通缺陷兩 種，與內(nèi)冷焊區(qū)貫通的缺陷，由于電熔接頭在使用中主要受內(nèi)壓載荷， 該類缺陷在內(nèi)壓的作用下容易產(chǎn)生擴(kuò)展

15、， 比較危險。 研究表明：與內(nèi)冷 焊區(qū)貫通缺陷通過高溫靜液壓試驗時， 會出現(xiàn)沿管件壁厚方向的貫穿裂紋，因此該類缺陷較危險。與內(nèi)冷焊區(qū)不貫通的缺陷，由于界面剪切力 并非接頭在實際使用中的主要承載力，且缺陷處主要承受壓應(yīng)力而非拉應(yīng)力，對缺陷的擴(kuò)展無大的影響。因此出現(xiàn)這類缺陷時，僅考慮缺陷 尺寸這一影響因素。對含熔合面夾雜缺陷電熔接頭的拉伸剝離試驗表 明，熔合面缺陷處為脆性破壞且不影響其周圍完好熔合面，靜液壓試驗表明缺陷的大小對接頭破壞影響不大。根據(jù)此兩點并綜合考慮TSG D2002-2006中“聚乙烯管電熔接頭在拉伸剝離試驗中脆性剝離百分比超過33.3%為不合格的規(guī)定提出以下分級標(biāo)準(zhǔn):級別與內(nèi)冷焊

16、區(qū)貫通的熔接面夾雜的缺陷長度與內(nèi)冷焊區(qū)不貫通的熔接面夾雜的缺陷長度I不大于標(biāo)稱熔合區(qū)長度L/10II不大于標(biāo)稱熔合區(qū)長度 L/10不大于標(biāo)稱熔合區(qū)長度L/5皿大于I級者注：L為標(biāo)稱熔合區(qū)長度。9.3孔洞的質(zhì)量分級:孔洞缺陷的拉伸剝離試驗結(jié)果表明，較小孔洞的失效模式類似于熔 合面夾雜缺陷。現(xiàn)參考美國ASTM F 1055外徑受控的聚乙烯管路用電 熔型聚乙烯配件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范給出孔洞的評定： I、 H級電熔接頭中不允許 存在相鄰電阻絲間有連貫性孔洞、與內(nèi)冷焊區(qū)貫通的孔洞。級別單個孔洞組合孔洞IX/L V 5% 且 h v 5%T累計尺寸 X/L v 10%且h v 5%TIIX/L v 10% 且 h

17、v 10%T累計尺寸 X/L v 15%且h v 10%T皿大于I級者注：X為該缺陷在熔合面軸向方向上的尺寸，L為標(biāo)稱熔合區(qū)長度，T為電熔 接頭管材壁厚，h為孔洞自身高度。9.4電阻絲錯位量的質(zhì)量分級:電阻絲錯位量x超過電阻絲間距或相鄰電阻絲相互接觸時，會造 成熔合區(qū)域局部加熱量過大，溫度過高，該區(qū)域聚乙烯材料將發(fā)生降解 現(xiàn)象，嚴(yán)重影響熔接后的強(qiáng)度和使用命。 拉伸剝離試驗實驗表明：出現(xiàn) 此類缺陷時均呈熔合面脆性破壞。 因此規(guī)定：I、 H級電熔接頭中不允 許存在相鄰電阻絲相互接觸的缺陷。具體分級方式參照下表：級別電阻絲錯位量I無明顯錯位I錯位量小于電阻絲間距皿大于I級者或相鄰電阻絲相互接觸9.5

18、冷焊的質(zhì)量分級：通過大量的試驗，得出某種電熔接頭冷焊表征量和焊接加熱時間的關(guān)系如下表:加熱時間（與規(guī)定時間的百分比%）l 7mml/mmH/%1102.852.6101203.142.6211303.382.6301403.632.639160-2.6特征線遠(yuǎn)離電阻絲接近180-2.6管件表面，圖像中無顯示靜液壓試驗中，加熱時間 20%的接頭：焊后管材可直接從管件中 抽出，根本未焊合在一起；加熱時間40%的接頭出現(xiàn)了提前失效現(xiàn)象； 加熱時間60%和80%的接頭均未提前失效。在拉伸剝離試驗中，加 熱時間40%接頭出現(xiàn)脆性破壞，加熱時間60%的接頭表現(xiàn)為部分韌性、部分脆性，加熱時間 80%的接頭的

19、表現(xiàn)和加熱時間 100%的接頭 均為韌性破壞。因此認(rèn)為冷焊程度 H 30%時，相當(dāng)危險。通過試驗分 析，因此規(guī)定：級別冷焊程度HI小于20%II小于40%皿大于I級者9.6過焊的質(zhì)量分級:過焊主要特征是特征線之間的距離比正常大、 特征線彎曲或亮度發(fā)生變化或在接頭中容易產(chǎn)生空洞。 通過大量的試驗，得出某種電熔接頭 過焊表征量和焊接加熱時間的關(guān)系如下表：加熱時間（與規(guī)定時間的百分比%）l 7mml/mmH/%1102.852.6101203.142.6211303.382.6301403.632.639160-2.6特征線遠(yuǎn)離電阻絲接近180-2.6管件表面，圖像中無顯示160%和180%的過焊接

20、頭中因特征線遠(yuǎn)離電阻絲接近管件表面,圖像中無顯示，但出現(xiàn)了大量孔洞和嚴(yán)重電阻絲錯位現(xiàn)象。過焊接頭的靜液壓試驗中，加熱時間110%、120%、130%、140%的接頭均未提前失效。加熱時間160%和180%的接頭出現(xiàn)了提前失效。在拉伸剝離試驗中，加熱時間110%、120%、130%、140%接頭表現(xiàn)為管材破壞，這說明接頭質(zhì)量較好。加熱時間160%、180%的接頭表現(xiàn)為脆性破壞，從試樣剖開面觀察發(fā)現(xiàn)存在大量氣孔和嚴(yán)重的電阻 絲錯位現(xiàn)象。因此認(rèn)為冷焊程度 H 40%時，很危險。因此規(guī)定：級別過焊程度H I小于20%II小于40%皿大于I級者9.7承插不到位的評定:承插不到位缺陷的評定：承插不到位現(xiàn)象，在施工現(xiàn)場時有發(fā)生。 如管材插入位置未超出電阻絲區(qū)域時，未插入管材的部分電阻絲處因無 管材，加熱溫度會很高，時常發(fā)生