Page 47 - 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

壁厚为23mm 的小管径 HDPE 管道; 采用1.5MHz

或更低的频率来检测外径为32inch , 壁厚为 110mm
的大口径厚壁 HDPE 管道。
( 2 )阵元数量。探头阵元数量的选择与被检对

象的壁厚、 检测设备的配置及聚焦法则均有较大关
系。随着晶片阵元数量的增加, 波束主瓣宽度逐渐
图 5 HDPE 管道标准试块外观 变窄, 声束指向性得到改善, 栅瓣幅值减小。试验采

1mm , 孔间距为 5 mm 。在外径为 32inch 的热熔 用 16 阵元的探头检测外径为 8inch 的 HDPE 热熔

接头试块中, 横孔直径分别为 1.0 , 2.0 mm , 孔间距 接头, 采用 64 阵元探头检测外径为 32inch 的热熔

为 10mm 。最小可检缺陷尺寸不低于 ASME 规范 接头。

第III卷强制性附录 XXVI要求的 1mm 或 10% 壁 ( 3 )阵元 宽 度。根 据 超 声 仿 真 软 件 的 计 算 发

厚( 取二者的大值)。 现, 随着阵元宽度的增加, 主瓣宽度减小, 有利于提
高声束指向性和改善聚焦性能, 但会产生较多的栅
瓣。在探头尺寸不受限制的情况下, 可增大阵元宽
度, 有利于获得更好的聚焦效果。

( 4 )阵元间距。阵元间距对检测过程中波束聚
焦的指向性和分辨力影响较大。通常随着阵元间距
的增加, 主瓣宽度逐渐变窄, 声束指向性增强, 但当
阵元间距大于波长时, 声束将出现明显栅瓣。

图 6 外径为 10inch的热熔接头参考试块外观 检测外径为 8inch 和32inch 的 HDPE 热熔接

头的相控阵探头型号分别为 2.25L16-12×12-A1 和
1.5L64-48×12-A2 。
4.4 探头楔块
HDPE 材料的纵波声速与有机玻璃楔块材料
的声速基本一致, 因而采用有机玻璃作为楔块材料
将无法获得需要的偏转折射角, 不满足 ASME 规范
对热熔接头全体积覆盖检测的要求。通过技术调研

图 7 外径为 32inch的热熔接头参考试块外观
和方法试验, 最终确定采用水作为声束偏转介质, 水

( 4 )模拟能力验证试块。依据 ASME 规范第
中纵波的声速为 1480m · s , 小于 HDPE 材料的
-1

III卷附录 XXVI的要求, 用于核电厂核三级 HDPE 纵波声速( 2300m / s ), 在理论上可获得检测所需的
管道的检测技术应在能力验证试块上通过验证后才
声束偏转角。
可用于现场检测。试验根据 ASME 规范对能力验
试验针对定制相控阵探头的参数, 设计了多款
证试 块 的 设 计 要 求, 利 用 缺 陷 植 入 技 术 制 作 了 适用于 DN200~DN900 的 HDPE 管道热熔接头相
HDPE 管道模拟 缺陷试块。主要在验证试 块外表 控阵检测水楔块, 楔块采用空腔设计, 将水包裹在楔
面和中部区域植入了异质材料( 分布在 30%~90%
块框内, 通过不断给楔块充水来确保楔块内没有空
壁厚间)。
气, 并保证探头激发的超声信号进入被检 HDPE 管
4.3 相控阵探头定制
件中。定制的水楔块型号分别为 SA1-N68L-AOD8
根据前期对 HDPE 材料声学性能参数的研究
( 用 于 外 径 为 8inch 的 热 熔 接 头 ) 和 SA2-N68L-
结果可知, 要保证超声波在 HDPE 材料中有良好的
AOD32 ( 用于外径为 32inch 的热熔接头)。水楔块
穿透力, 应在满足缺陷检测精度的前提下, 尽量采用
外观如图 8 所示。
低频检测, 以获得足够的信噪比和灵敏度余量。为
5 检测试验
了提高探头能量, 设计制作了瓦型自聚焦的一维相
控阵探头, 具体参数说明如下。 采用定制的相控阵探头, 设置激活起始阵元和

( 1 )采用2.25~5MHz频率检测外径为 8inch , 结束阵元, 检测外径为 8inch 的管道时, 聚焦深度设
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2022 年 第 44 卷 第 1 期
无损检测