Page 46 - 无损检测2022年第一期
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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

   布如图 2 所示。                                         材熔接端面清洗不彻底, 材料内部存在空气、 端面粘
                                                     有水珠或管材放置时间过长而吸潮。管材壁厚过大
                                                     或接头冷却过程中散热不均也易导致熔融区的中心
                                                     部位出现收缩, 进而形成冷却缩孔。
                                                     3.3  裂纹
                                                        热熔合面局部出现宏观裂缝或局部分子纠缠不
                                                     牢靠时, 焊接接头的性能会下降。该类型缺陷比较
                                                     罕见, 但危害较大, 属于重点关注的缺陷类型。热熔
                                                     接头裂纹缺陷外观如图 4 所示。

    图 2  垂直聚焦与偏转聚焦时 HDPE 材料中的声场分布

  3  热熔接头缺陷类型

     HDPE 热熔管道接头熔接过程中出现 的缺陷
   主要分为两类, 一类是外观缺陷, 另一类是熔接工艺
   缺陷, 文章重点分析熔接过程中产生的工艺缺陷。
   3.1  冷焊缺陷                                                     图 4  热熔接头裂纹缺陷外观
      管件在熔合过程中接头热量不足会导致熔合面                           3.4  熔合面夹杂
   局部形成缝隙或局部聚乙烯分子粘结不牢固, 形成                              熔合面夹杂是指熔合面上的微小水滴或不洁净
   热熔接头冷焊缺陷, 使得熔接接头性能下降。热熔                           杂质遗留在焊接面上, 导致接头之间的分子无法纠
   接头冷焊缺陷外观如图 3 所示。带冷焊缺陷的热熔                          结牢固造成熔接接头性能下降的工艺缺陷, 其表现
   接头外观良好, 服役初期接头的强度可满足使用要                           为熔合面的整体失效或大面积不均匀韧性脆断。
   求, 但在服役过程受环境、 工作条件的影响, 易出现
                                                     4  相控阵检测技术研究
   整体脆断。冷焊缺陷是热熔焊缝中最危险的缺陷,
   也是热熔接头检测中最容易漏检的缺陷之一。在实                            4.1  检测区域确定

   际热熔熔接过程中该缺陷产生的主要原因有: ① 热                            ASME ( 美国机械工程师协会) 锅炉及压力容器
   熔后接头未完全冷却便拆除夹具, 并给管道接头施                           规范第III卷强制性附录 XXVI规定了使用的检测
   加了一定的力矩, 使熔合面的聚乙烯分子因受拉应                           技术应有效覆盖热熔接头熔合中心线两侧各 6mm

   力而粘结不牢, 或因冷却时间不足而产生未熔合类                           的范围。

   缺陷; ② 熔接后接头冷却不均匀使得熔合面局部产                          4.2  试块设计

   生大量微小缩孔, 导致熔合面的粘结强 度下降; ③                           采用与国内某核电厂 SWS 使用的 HDPE 管件
   熔接端面未铣削平整导致凹陷处受热不足, 也可能                           相同的材料及生产工艺, 制作试验所需的各种类型试

   使得聚乙烯分子的粘结强度下降。                                   块, 重点设计了声学性能试块、 标准试块、 参考试块和
                                                     模拟能力验证试块等。各类型试块的说明如下。
                                                         ( 1 )声学性能试块。该试块用于 HDPE 材料

                                                     声速、 衰减系数等声学性能的测试。

                                                         ( 2 ) HDPE 管道标准试块。该试块用于校准相
                                                     控阵超声检测探头的参数, 类似于 CSK-IA 标准试

                                                                                          ϕ
                                                     块, 主要反射体有 R35 和 R70 圆弧面及 0.5 mm
               图 3  热熔接头冷焊缺陷外观                       横通孔, 试块外观如图 5 所示。
   3.2  气孔、 孔洞                                           ( 3 )热熔 接 头 参 考 试 块。根 据 国 内 某 核 电 厂

      熔接过程中, 如果接头处夹杂有较大固体颗粒                          SWS 管道规格, 设计加工制作了 2 种规格的热熔接
   或局部存在气体未逃逸出熔合区, 就会形成气孔或                           头参考 试 块, 其 外 观 如 图 6 , 7 所 示。 在 外 径 为
   不规则孔洞。上述缺陷产生的主要原因是聚乙烯管                            10 inch 的热熔接 头 试 块 中, 横 孔 直 径 分 别 为 0.5 ,

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          2022 年 第 44 卷 第 1 期


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