Page 77 - 无损检测2022年第九期
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董 洋:
PE 管道热熔对接接头的 TOFD 检测
熔合区域, 从而获得较高的检测灵敏度, 同时较窄的
熔合区域及内翻边的存在能够将下表面的检测盲区
降至可忽略的范围。
2 试验装置与模拟缺陷试样
为验证超声衍射时差法检测 PE 管材热熔对接
接头的工艺可行性, 对多个带有人工缺陷的模拟试
样进 行 了 TOFD 检 测 试 验。 试 验 使 用 多 浦 乐
图 1 超声衍射时差法检测原理
PHASCANⅡ 型多功能超声检测仪作为主机, 配合
号, 接收探头会接收到缺陷上下尖端形成的两个衍 使用带编码器的扫查架( 见图 3 )。
射信号 [ 1 ] 。通过衍射波信号和直通波信号与底波信
号的时间差可以计算出缺陷在深度方向上的位置和
尺寸。
TOFD 检测系统配备带有距离编码 器 的 扫 查
装置, 通过以一定分辨率记录扫查路径上所有 A 扫
描结果形成 TOFD 图谱 ( 见图 2 )。 TOFD 波束检
测范围具有一定宽度, 缺陷信号呈抛物线形状。
图 3 TOFD 检测装置
[ 3 ]
根据 PE材料的声学特性 , 选择频率为7.5MHz
探头以适应 PE 材料较高的声衰减特性, 配合使用
60° 充水楔块以满足楔块中声速( 1483m · s ) 小于
-1
PE 材料声速( 2200m · s ) 的要求。为得到良好且
-1
可持续的界面耦合效果, 装置使用加压水桶以提供
图 2 超声衍射时差法检测图谱 稳定的水流。该装置可以匹配多种不同管径的对接
相比于传统的脉冲回波法超声检测, TOFD 使 接头, 并且能够提供良好的耦合条件。
用衍射波检测缺陷的特性使其对缺陷的方 向不敏 为验证检测工艺的技术可行性, 参照钢制承压
感, 能够发现各个方向上的缺陷。由于不依赖缺陷 设备检测标准, 根据热熔焊接工艺易产生的缺陷, 设
回波强度定量缺陷, TOFD 的检测灵敏度较高且可 计加工了多个含有人工缺陷的热熔对接接头缺陷试
重复性较好, 但衍射波本身强度低的特性也导致了 样, 设计的缺陷试样如图 4 所示。
TOFD 系统检测到的缺陷信号信噪比较低, 在高增
益的情况下难以判定缺陷。同时受检测波脉冲宽度
和检测区域形状的影响, TOFD 检测在工件上表面
和下表面存在一定的盲区, 这部分盲区对应 A 扫描
视图中直通波和底波覆盖的部分, 其中下表面盲区
较小, 在存在焊缝余高的情况下通常可以忽略, 但上
表面盲区较大无法消除, 且会随着脉冲宽度的增大
而增大, 因此通常需要配合其他的检测方法使用 [ 2 ] 。
PE 管材热熔对接工艺的特性决定了 PE 管道 图 4 设计的人工缺陷试样
热熔接头的缺陷通常只会在焊缝中间的熔合区域出 试样1 为 PE-100SDR17 热熔对接接头, 规格为
现, 并且无易出现缺陷的热影响区。因此, 通过管材 200mm×12mm ( 直径 × 壁厚, 下同), 卷边高度为
3mm , 其上含有模拟未熔合缺陷, 长度为 10 mm ,
壁厚计算出合适的探头间距后, 便可以利用 TOFD
检测区域的中部( 灵敏度较高) 覆盖热熔接头较窄的 深度为 12mm ; 模拟短孔缺陷, 孔径为 2mm , 深度
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2022 年 第 44 卷 第 9 期
无损检测
