《燃氣聚乙烯管道熱熔接頭超聲相控陣檢測技術規(guī)范》編制說明

第第頁《燃氣聚乙烯管道熱熔接頭超聲相控陣檢測技術規(guī)范》編制說明1工作簡況1.1任務來源本標準的任務來源于2022年5月，陜西省市場監(jiān)督局《關于下達2022年地方標準計劃的通知》，文號為陜市監(jiān)函【2022】380號”。1.2起草單位榆林市特種設備檢驗檢測院。1.3協(xié)作單位西安特種設備檢驗檢測院 、銅川市特種設備檢驗所、西安特種設備檢驗檢測院、，上海海驕機電工程有限公司。上海海驕機電工程有限公司、西安特種設備檢驗檢測院、銅川市特種設備檢驗所上海派普諾管道檢測科技發(fā)展有限公司。1.4主要起草人：李宇翔2制定標準的必要性和意義采用PE為原料的埋地燃氣管道具有質量可靠、運行安全、維護簡便、費用經濟的優(yōu)點，當前，國內城鎮(zhèn)燃氣管道60％采用PE管，PE已成為燃氣等輸配管道的主要材料。PE管焊接質量直接影響到管道系統(tǒng)的安全和壽命，管道焊接質量不高導致的泄漏、爆炸等，給燃氣用埋地聚乙烯管道的運行帶來了嚴重的安全隱患，嚴重影響了管道的安全運行和人民群眾生活、財產安全，甚至會危及生命安全。目前對PE管焊接質量的檢驗方法主要采用破壞性試驗和目視檢測，破壞性試驗是一種抽檢性質的檢驗方法，在檢測完成的同時，試件也被破壞了，而目視檢測不能觀察到接頭內部質量狀況，無法檢測出許多肉眼難以發(fā)現(xiàn)的細小缺陷，其檢測可靠性不高，為了有效地控制PE管焊接質量，極需有效的無損檢測方法。2013年我所與上海海驕機電工程有限公司合作進行了《燃氣用埋地聚乙烯管道熱熔焊接接頭超聲檢測》課題研究，課題對相控陣全數(shù)字連續(xù)動態(tài)波束形成技術實現(xiàn)、串列式反射回波法分析軟件、專用探頭和耦合劑、PE超聲接收回波的圖像增強技術等進行了研究，制作了適合于PE管接頭探傷的對比試塊和缺陷試樣，建立了缺陷回波圖像與缺陷類型的對應關系數(shù)據(jù)庫，確定行之有效的檢測方法和工藝等。該科研項目2015年獲得榆林市科學技術二等獎。近年來，根據(jù)PE材料的特性，國內外對PE管焊接接頭的無損檢測進行了大量的研究，已解決了PE焊接接頭無損檢測難的問題，可有效檢測熱熔接頭中未熔合、夾雜、孔洞、微粒污染等常見缺陷。目前，超聲相控陣檢測技術在PE管焊接接頭檢測中的應用取得了很大的進展，上海、江蘇、廣東、北京、浙江、內蒙古及我省部分地區(qū)已應用于燃氣管道施工檢測和定期檢驗中。制訂PE管焊縫超聲相控陣檢測方法，提出PE管焊接接頭缺陷評價標準，在本地區(qū)推廣應用該檢測技術是本標準立項的主要目的。本標準的制定，將規(guī)范燃氣用聚乙烯管道焊接的無損檢測工作，對于防止和減少焊接質量事故、保障人民群眾生命和財產安全將起到重要作用。2013年我所與上海海驕機電工程有限公司合作進行了《燃氣用埋地聚乙烯管道熱熔焊接接頭超聲檢測》課題研究，課題對相控陣全數(shù)字連續(xù)動態(tài)波束形成技術實現(xiàn)、串列式反射回波法分析軟件、專用探頭和耦合劑、PE超聲接收回波的圖像增強技術等進行了研究，制作了適合于PE管接頭探傷的對比試塊和缺陷試樣，建立了缺陷回波圖像與缺陷類型的對應關系數(shù)據(jù)庫，確定行之有效的檢測方法及探傷工藝等。通過研究解決了PE焊接接頭無損檢測難的問題，可有效檢測熱熔接頭和電熔接頭的一些缺陷。如熱熔接頭中的未熔合、氣孔、微粒污染等；電熔接頭中的未熔合、氣孔、微粒污染、冷焊、過焊、、電阻絲錯位、承插不到位、不同軸等。該科研項目2015年獲得榆林市科學技術二等獎。近年來，根據(jù)PE材料的特性，國內外對PE管焊接接頭的無損檢測進行了大量的研究，尤其是超聲相控陣檢測技術在PE管焊接接頭檢測中的應用取得了很大的進展。上海、廣東、北京、浙江等地已應用于施工檢測和定期檢驗中。制訂PE管焊縫超聲相控陣檢測方法及典型的檢測工藝，提出PE管焊接接頭缺陷評價標準，在本地區(qū)推廣應用該檢測技術是本標準立項的主要目的。本標準的制定，將規(guī)范燃氣用聚乙烯管道焊接的無損檢測工作，對于防止和減少焊接質量事故、保障人民群眾生命和財產安全將起到重要作用。3主要起草過程3.1組成標準起草組，制定工作方案根據(jù)標準制修訂計劃，2022年6月，標準起草單位組織有關專家成立了起草組，召開了起草組工作會議，確定了制訂工作的原則、重點內容及主要問題、結構（章節(jié)）框架，并就起草工作進行了具體分工，制定了工作方案。3.2開展調查研究2022年6至12月，各參加單位分別進行以下調查研究，形成研究報告：收集國內外PE焊接接頭檢測技術、相控陣技術方面的資料，研究了PE管道焊接接頭相控陣檢測技術；進行大量的檢測試驗、試樣收集和典型缺陷的制作、實驗室試驗和檢測、缺陷的評價和分析；走訪有關燃氣用聚乙烯管道施工、工程監(jiān)管和科研單位，調研目前PE焊接接頭檢測現(xiàn)狀和超聲相控陣檢測技術的應用情況。3.3擬定標準草案2023年1月至3月，根據(jù)調查研究情況，完成標準正文與編制說明的草案。3.4形成征求意見稿2023年6月在榆林市特檢院召開工作組會議，根據(jù)GB/T1.1、GB/T20000、GB/T20001、GB/T20002、GB/T20003、《地方標準管理辦法》（2020年1月16日國家市場監(jiān)督管理總局令第26號公布），《國家標準涉及專利的管理規(guī)定（暫行）》（中華人民共和國國家知識產權局2013年12月19日實施）、《地方標準制定規(guī)范》（陜西省DB61/T1214-2018)等文件的相關規(guī)定，逐條討論修改標準和編制說明草案，形成征求意見稿。3.1前期準備開始收集國內外PE焊接接頭檢測技術、相控陣技術方面的資料，研究了PE管道焊接接頭相控陣檢測技術；進行了大量的檢測試驗、試樣收集和典型缺陷的制作、實驗室試驗和檢測、缺陷的評價和分析；走訪了有關燃氣用聚乙烯管道施工、工程監(jiān)管和科研單位，調研了目前PE焊接接頭檢測現(xiàn)狀和超聲相控陣檢測技術的應用情況。通過以上工作，分析得出采用超聲相控陣對PE焊接接頭進行檢測應用方法可行，可在本地區(qū)推廣。3.2組成標準起草組，制定工作方案根據(jù)標準制修訂計劃，年月，標準起草單位組織有關專家成立了起草組，召開了起草組工作會議，確定了制訂工作的原則、重點內容及主要問題、結構（章節(jié)）框架，并就起草工作進行了具體分工，制定了工作方案。參加起草單位的分工如下：單位分工榆林市特種設備檢驗檢測院項目組織實施、技術資料收集、標準撰寫缺陷的評價和分析上海海驕機電工程有限公司試樣收集和典型缺陷的制作、實驗室試驗和檢測、缺陷的評價和分析西安特種設備檢驗檢測院缺陷的評價和分析銅川市特種設備檢驗所現(xiàn)場試樣收集、檢測驗證、試應用上海派普諾管道檢測科技發(fā)展有限公司檢測驗證、試應用3.3、完善標準內容，形成標準送審稿4制定標準的原則和依據(jù)，與現(xiàn)行法律、法規(guī)、標準的關系制定本標準的原則是科學性、實用性和可操作性。本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第一部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》給出的規(guī)則編寫。本標準起草結合我國PE管道熱熔連接缺陷檢測及安全評定研究成果編寫而成。在標準制定過程中，對PE熔接熱接頭的相控陣檢測設備、檢測參數(shù)、檢測方法進行大量的研究優(yōu)化和試驗。通過目前的檢測試驗，可有效檢測發(fā)現(xiàn)熱熔對接接頭中的一些常見缺陷，如未熔合、夾雜、微粒污染、氣孔孔洞等。通過對含各種缺陷的PE熔接接頭進行大量的檢測、試驗和分析，為安全評定提供了依據(jù)。本標準符合現(xiàn)行法律、法規(guī)、標準的要求，對提高PE管施工提供了有效的檢測方法，對于防止和減少焊接質量事故、保障人民群眾生命和財產安全將起到重要作用。5主要條款的說明本標準規(guī)定了燃氣聚乙烯管道熱熔接頭超聲相控陣檢測的術語和定義、檢測人員、檢測設備、檢測工藝、檢測數(shù)據(jù)分析、缺陷評定及檢測報告。規(guī)范性附錄A為PE-Ⅲ對比試塊，提出型式、尺寸和制作要求。資料性附錄B提供了熱熔接頭含缺陷模擬試塊制作方法，資料性附錄C提供了熱熔接頭超聲相控陣檢測特征圖譜。，使整個標準體系變得更為完善。5.1范圍聚乙烯為熱塑性非全結晶性高分子材料，超聲波衰減極其嚴重。對于5MHz探頭，超聲波在聚乙烯材料中的衰減系數(shù)高達0.65～0.75dB/mm，當檢測聲程達到90mm以上時，基本無法檢測到試塊的底面回波。本標準規(guī)定了燃氣聚乙烯管道熱熔接頭超聲相控陣檢測的術語和定義、檢測人員、檢測設備、檢測工藝、檢測數(shù)據(jù)分析、缺陷評定及檢測報告。眾所周知，聚乙烯材料的超聲波衰減極其嚴重。超聲波衰減是在超聲波傳播過程中，能量隨距離增加逐漸減弱，信噪比逐漸降低的現(xiàn)象，包括擴散衰減、散射衰減、吸收衰減。由于分子結構不同，超聲波在聚乙烯中的衰減規(guī)律與在金屬中明顯不同，在聚乙烯中既不同于低碳鋼等晶粒較小的金屬，也不同于奧氏體不銹鋼、鑄鐵等晶粒粗大的金屬。對于5MHz探頭，超聲波在聚乙烯材料中的衰減系數(shù)高達0.65～0.75dB/mm，當檢測深度達到90mm以上時，基本無法檢測到試塊的底面回波。根據(jù)GB15558.1,燃氣用聚乙烯管材規(guī)格DN16～630。對于公稱直徑為大于63400mm的聚乙烯管道熱熔接頭，其管件壁厚最大達為840mm左右以上，因衰減嚴重難以實施有效檢測。若采用2.25MHz探頭，可進行檢測；對于小于DN75的熱熔接頭，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)象較嚴重，能接收到的缺陷回波信號較弱，且壁厚太小，出現(xiàn)在近表面位置缺陷信號易被表面回波干擾信號掩蓋。因此：對能進行檢測的公稱直徑范圍進行規(guī)定：本標準適用于公稱直徑為75～63400mm的聚乙烯管道熱熔接頭的超聲相控陣檢測，。（ISOTS22499:檢測范圍為壁厚8mm至100mm。）該范圍基本符合目前檢測的需要（燃氣聚乙烯管道中采用熱熔連接的常用管材規(guī)格為DN75～DN400（壁厚5～40mm）。5.2規(guī)范性引用文件GB/T9445《無損檢測人員資格鑒定與認證》是無損檢測人員資質要求，GB15558.1《燃氣用埋地聚乙烯（PE）管道系統(tǒng)第1部分：管材》、GB15558.2《燃氣用埋地聚乙烯（PE）管道系統(tǒng)第2部分：管件》是對焊接用管材和管件的要求，GB/T29302《無損檢測儀器相控陣超聲檢測系統(tǒng)的性能與檢驗》是相控陣超聲檢測設備的基本要求。在標準正文中均提及相關要求，因此本標準將以上文件作為規(guī)范性文件進行了引用。5.3術語和定義本部分對熱熔接頭的熔融區(qū)、未熔合、冷焊程度、氣孔孔洞、微粒污染等進行了定義，以免使用本標準的各方引起誤解。5.4檢測人員由于燃氣用聚乙烯管道是一種非金屬管道，其施工與金屬管道相比有其特殊性。掌握一定的燃氣聚乙烯管道材料、加工和焊接的基礎知識，才能勝任該檢測工作。因此檢測人員應掌握一定的燃氣聚乙烯管道材料、加工和焊接的基礎知識。不同型號的檢測設備在使用上要求不同，使用時必須熟悉設備，才能實施有效檢測。因此檢測人員應通過聚乙烯管道熔接接頭超聲相控陣檢測專業(yè)技術培訓，能對聚乙烯管道熔接接頭超聲相控陣檢測中出現(xiàn)的問題做出分析、判斷和處理。TSGZ8001-2019中對從事特種設備相控陣檢測人員的資格進行了要求，由于以下原因，暫不作要求：燃氣聚乙烯熔接接頭相控陣檢測工藝和方法比較簡單，人員無相控陣資格，不影響其進行檢測工作。目前獲得相控陣2級資格人員較少，增加這一要求，不利于規(guī)范的推廣。5.5檢測設備要求本部分規(guī)定了儀器、探頭、儀器、耦合劑和掃查器等要求。規(guī)定相控陣檢測設備包括儀器、軟件、探頭、掃查裝置和附件，上述設備應成套或單獨具有產品質量合格證或制造廠出具的合格證明文件。相控陣檢測設備的檢驗按照GB29302執(zhí)行。5.5.1相控陣探頭：規(guī)定了相控陣探頭的特性和參數(shù)要求。對晶片間距、晶片長度和頻率進行推薦。A晶片尺寸聚乙烯管道熱熔接頭進行超聲相控陣檢測時，由于檢測面為管材外圓面，待檢熱熔接頭的熔合面為兩管材對接端面，兩平面相互垂直，需采用斜探頭放在檢測面上，對熔合面斜向檢測。因此規(guī)定：聚乙烯管道熱熔接頭超聲相控陣檢測用探頭采用一維線陣斜探頭。晶片間距的大小影響檢測的分辨力，間距越小，分辨力越好。實驗證明，當間距大于0.6mm時，效果較差。因此推薦晶片間距不大于0.6mm。探頭激發(fā)孔徑寬度過寬時兩側與檢測圓弧面接觸耦合不良，影響檢測圖像質量。因此規(guī)定：探頭激發(fā)孔徑寬度應小于10mm，使探頭與管件外圓弧面有良好的耦合。B頻率超聲波在聚乙烯材料中的衰減很大，其衰減與頻率有關，頻率越高，衰減越大。頻率越低，分辨率、靈敏度越低。依據(jù)大量的試驗并參考ISOTS22499確定頻率選擇按管件厚度定。管件厚度t（mm）頻率f（MHz）6＜e≤155～615＜e≤304～5e≥302.25～4經試驗和現(xiàn)場使用探頭斜角45°～60°時，檢測效果良好。聚乙烯材料聲速為2200m/s,聚砜材料的縱波聲速為2330m/s，與聚乙烯材料相近。選用聚楓作為楔塊材料時，可減少聲波在楔塊和工件界面的能量損失和波型轉換的影響。因此規(guī)定：探頭斜角通常為45°或60°，探頭楔塊應選用聲速與聚乙烯相近的材料制作，推薦采用聚砜材料。DC）工件與楔塊的間隙工件與楔塊最大間隙超過0.5mm時，由于耦合劑的流動性難以充分填充其間隙，工件與楔塊間難以耦合良好。GB/T11345-2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術等級和評定》中要求探頭楔塊底面與曲面間隙g≤0.5mm，否則應修磨探頭。因此規(guī)定工件與楔塊最大間隙超過0.5mm時，應定制與工件曲率相符的楔塊。5.5.2試塊：為了保證檢測結果的準確性、可重復性和可比性，必須用一個具有已知特性的試塊對檢測系統(tǒng)進行校準。試塊和儀器、探頭一樣，是超聲相控陣檢測中的重要器材。試塊通常分為標準試塊、對比試塊和模擬試塊。由于聚乙烯材料物理特性和加工特性的影響，其形狀、尺寸和表面狀態(tài)難以達到標準試塊的規(guī)定要求，本標準僅給出對比試塊和模擬試塊的要求。本標準給出對比試塊：對比試塊主要用于調節(jié)設備，評估缺陷當量尺寸。有PE-Ⅰ、和PE-3，PE-Ⅰ規(guī)格尺寸和要求分別引用電熔附錄A，PE-Ⅲ規(guī)格尺寸和要求見附錄A。推薦PE-Ⅰ用于聲速延遲校準和TCG/ACG修正,PE-Ⅲ用于分辨力測試。本標準給出模擬試塊：是模擬缺陷的試塊，可以是模擬工件中實際缺陷而制作的樣件，或是在以往檢測中所發(fā)現(xiàn)含有自然缺陷的樣件。模擬試塊主要用于檢測方法的研究、評價和驗證儀器探頭系統(tǒng)的檢測能力和檢測工藝等。附錄B給出模擬試塊制作方法。5.5.3耦合劑：當探頭和工件之間有一層空氣時，超聲波的反射率幾乎為100%，即使很薄的一層空氣也可以阻止超聲波傳入工件。使用耦合劑可以填充探頭與工件間的空氣間隙，使超聲波能夠進行工件。耦合劑的質量影響聲強透射率，聲強透射率越高，超聲耦合越好。在檢測試驗和實踐中，使用由甘油、水玻璃、水、消泡劑等按比例混合配制而成的稠狀耦合劑。這種耦合劑實質上相當一種液體塑料，其聲學特性經測定聲速為2050m/S，為聚乙烯聲速的93.2%，聲阻抗為2.52×106kg/m2S，為聚乙烯聲阻抗的125%.在接頭表面不平整的情況下使用效果較好。5.5.4掃查裝置：采用掃查裝置，可實現(xiàn)自動化檢測，減少檢測中不為因素的影響，標準對掃查裝置規(guī)定，以確保檢測質量。5.6檢測工藝對檢測區(qū)域、掃查方式選擇、探頭布置及軟件設置、檢測時機、掃查面、靈敏度、掃查、工藝驗證等方面進行要求。5.6.1檢測區(qū)域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。因此規(guī)定檢測區(qū)域應包含焊縫本身寬度加上兩側各5mm的母材。5.6.2掃查方式選擇熱熔焊接接頭熔接面為兩管材對接的端面，選用沿線掃查+扇形掃描進行檢測。對可疑部位，可采用結合鋸齒、前后、左右、旋轉、環(huán)繞等各種掃查方式進行檢測。5.6.