超声相控阵和数字射线检测在燃气聚乙烯管道电熔缺陷分析中的应用（上篇）

前言

聚乙烯管价格低廉，安装工艺简单，柔韧性好，耐腐蚀性优良，在城镇中、低压燃气管网中扮演着至关重要的角色。聚乙烯管道通常有两种连接方法，一种是热熔焊接，另一种是电熔焊接。热熔焊接会产生翻边，形成焊接环，影响介质流通，管径较小、管壁较薄的管道还存在对正焊接困难。电熔焊接克服了上述缺点，是一种更加经济的连接方式。

电熔焊的特点是焊接接头牢固，但电熔焊接接头也会因为焊接工艺参数不当、焊接区域材料结构和性能发生变化等而产生一系列安全隐患，如接头中的电阻丝错位、孔洞、冷焊和过焊等。随着聚乙烯管道口径和介质输送压力的增大，焊接接头成为管路系统中最薄弱的部位之一。焊接接头失效导致的管道泄漏，直接威胁到社会公共安全，带来巨大的经济损失。对电熔接头进行无损检测对避免该类事故发生具有重要意义。

1 泄漏管道试样基本情况及宏观检验

泄漏管道试样由1个电熔套筒和2个直管段组成，材料等级为PE80，属于同一厂家生产，见图1。从燃气公司提供的施工单位现场记录可以看出，整体样品的焊接时间为2017-11-01。

截取部分试样进行氧化诱导实验和熔体质量流动速率试验，以排除材料自身问题。根据GB/T19466.6—2009《塑料差示扫描量热法（DSC）第6部分：氧化诱导时间（等温OIT）和氧化诱导温度（动态OIT）的测定》，在210℃时测得氧化诱导时间为41min，大于标准中20min的要求。在190℃、5kg时测得溶体质量流动速率（MFR）为0.078g/min，满足管件的MFR变化不应超过制造管件所用混配料的MFR的±20%要求，说明材料自身没有质量问题。

对管材进行进一步的宏观检验。发现对接两管件中，一根管件端面不垂直于轴线，端面与轴线的最大误差14mm，管件承插不到位（图2），不满足TSGD2002—2006《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》中提出的电熔焊接两对接管材端面应垂直于轴线，其误差小于5mm的要求。

检验中发现电熔套筒两对接管件同轴度偏差为6.9%，不符合TSGD2002—2006中提出的安装电熔夹具，不得使电熔管件承受外力，管材与管件的不同轴度应小于2%的要求，见图3。

事故后管道取样前的现场照片见图4，可以看到电熔套筒的观察孔顶部有大量聚乙烯溢出，并且呈流淌状，不满足TSGD2002—2006中提出的电熔焊接观察孔只能有少量聚乙烯溢出的要求。

2 泄漏管道电熔缺陷无损检测

2.1方法及设备

为了更好地反映缺陷，对存在泄漏的电熔接头采用超声相控阵检测和数字射线（DR）检测进行对比验证，依据实际检测效果论证缺陷的失效机理。

采用纵波直探头实施超声相控阵检测。纵波直探头适用于较平坦电熔套筒的线扫描测量，通过电阻丝的回波信号进行检测，要求与被测物体表面垂直接触进行操作，因此能够获得更加精确的数据，检测结果须满足上海市市场监督管理局发布的DB31/T1058—2017《燃气用聚乙烯（PE）管道焊接接头相控阵超声检测》相关要求，选用的检测设备见图5。

X数字射线检测通过DR阵列探测器快速数字成像，借助计算机数字图像处理技术和一系列方法降低图像噪声，可提高图像的对比度、清晰度和检测效率，检测结果须满足NB/T47013.11—2015《承压设备无损检测第11部分：X射线数字成像检测》相关要求。选用的检测设备及配件见图6，射线源为基于16位A/D转换器的便携式恒压射线发射器300DS，管电压为180V，管电流为1.0mA。成像板选用DereoUP2530碘化铯，成像板曝光时间为30s，像素尺寸139μm。

2.2检测位置

对管件泄漏部位的电熔接头进行了周向扫查，并对缺陷位置进行编号，分别为B1、B3、B5和B7，见图7。

2.3结果及分析

2.3.1缺陷B1

缺陷B1处超声相控阵检测图像见图8。从图8可看出，电熔区域存在孔洞和电阻丝错位缺陷。第3根电阻丝拖尾现象消失，电阻丝附近存在孔洞。第3根电阻丝与第2根电阻丝有错位，水平方向为5.3mm，垂直方向为3.8mm。

B1处DR检测图像见图9。从图9可以看出，除最上和最下2根电阻丝外，中间大量电阻丝发生了明显的位移，并且存在几根电阻丝相互挤压在一起的情形。

2.3.2缺陷B3

缺陷B3处超声相控阵检测图像见图10。

从图10可以看出，电熔区域管件过焊造成了电阻丝错位，第4根电阻丝与第5根电阻丝水平方向错位5.1mm，第3根电阻丝与第5根电阻丝的水平方向错位6.0mm。

缺陷B3处DR检测图像见图11。

从图11可以看出，第3根和第4根电阻丝与第2根电阻丝发生了明显的错位。结合宏观检验时承插不到位情况进行分析可知，现场人员对承插不到位管件进行了强力组对，导致将电阻丝顶出原来的位置，与其它位置的电阻丝发生了短路，使得管材与电熔套筒的有效融合面积减少，极大降低了套筒与管件的连接强度，DR检测结果与超声相控阵检测结果完全吻合。

2.3.3缺陷B5

缺陷B5处超声相控阵检测图像见图12。