Page 45 - 无损检测2022年第一期

周路生, 等:

核电厂厚壁高密度聚乙烯管道热熔接头的相控阵超声检测

检测标准。因此, 开展核电厂大口径超厚壁 HDPE 表 1 HDPE 材料纵波声速测量结果
管道热熔接头缺陷的检测技术研究尤为必要。 测量结果 /( m · s )

-1
试验温度 / ℃
轴向 径向
1 材料声学性能测试
10 2301 2388

以 国 内 某 在 建 三 代 机 组 厂 用 水 系 统 外 径 为 20 2260 2310

32inch 的 HDPE 管道热熔接头为研 究对象, 对其 30 2219 2242

主要声学性能参数( 如材料声速和声衰减系数) 进行 40 2178 2181

50 2140 2107
研究。 HDPE 为粘弹性材料, 超声波在该类材料中
传播时能量损失尤为严重。相较于纵波, 横波波长 散射和介质吸收。 HDPE 材料类似于超声探头的
较短, 穿透能力更差, 无法有效穿透厚壁 HDPE 管 吸声材料, 吸收衰减是其主要的衰减原因。经测量

道熔接接 头 的 全 厚 度 范 围, 因 而 通 常 采 用 纵 波 对 得到试件的衰减系数为 0.72dB · mm -1 ~0.74dB ·
-1 。该衰减系数是散射衰减、 吸收衰减和扩散
HDPE 材料进行检测。 mm
1.1 声速测量 衰减的综合体现。
以国内某核电供应商生产的牌号为 PE4710 , 壁

厚为 90mm 的 HDPE 管 道 母 材 材 料 作 为 试 验 对 2 聚焦声场建模
象, 在不同温度下, 采用脉冲回波法从试件的各截面 结合材料的声学性能及国内外对 HDPE 材料

进行材料纵波声速测量试验, 测量结果如表 1 所示。 的相控阵检测技术研究可知, 采用水作为液体楔块

由表 1 可知, 核电厂用 HDPE 材料在 10~50 ℃ 下, 可获得扫查所需的偏转角度, 最大可偏转 89° 。不
其纵波声速为 2107~2388 m / s , 且声速随着材料 同偏转角度下 HDPE 材料和水中声场轴向方向质

温度升高而减小, 呈一定的线性变化。 点的振幅分布如图 1 所示。由图 1 可知, 振幅随着
1.2 声衰减试验 偏转角度的变化而变化, 焦点处的能量仍较高, 焦点
引起超声波衰减的主要原因有波束扩散、 晶粒 范围逐渐增大时仍可满足检测精度的要求。

图 1 不同偏转角度下 HDPE 材料和水中声场轴向方向质点的振幅分布
为提高超声波主声束的能量, 通常采用低频探 相控阵探头中心频率为 2 MHz , 阵元数量为 16 , 阵

头来检测 HDPE 材料, 采用水浸法对 HDPE 材料 元尺寸为 10 mm×0.5 mm ( 长 × 宽), 阵元间距为
管材试件进行检测。对超声波在水与 HDPE 材料 0.1mm , 水中声程为 15mm , 其在 HDPE 材料中的

双层介质中的声场分布进行建模分析, 建模选择的 聚焦深度为 20mm , 垂直聚焦与偏转聚焦的声场分
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2022 年 第 44 卷 第 1 期
无损检测