微波扫描法检测聚乙烯管道热熔接头缺陷初探

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聚乙烯(PE)管道具有许多卓越的性能，如耐基金项目：国家质检总局科技计划资助(2012QK314)低温、耐腐蚀、韧性好、连接方便等，因此已成为城市输气管网、中低压供水管网的最佳选择 。

聚乙烯管道的连接以热熔对接为主。热熔对接质量受人为因素的影响较大，因此聚乙烯管道热熔微波扫描法检测聚乙烯管道热熔接头缺陷初探 Vo130.No2 2013接头处可能存在各种不同的缺陷，主要包括裂纹、未熔合、气孔、夹杂等∮头处的缺陷对聚乙烯管道的安全性是-个很大的威胁，绝大多数聚乙烯管道事故都是由接头缺陷引起的。因此，要提高聚乙烯管道的安全性，必须提供有效、可靠的接头缺陷无损检测方法。

目前常用的无损检测方法中，超声检测能够直接获得材料内部的状态信息，可以对-些宏观缺陷进行判别 j，但是对工艺性缺陷(如冷焊)的检测非常困难。聚乙烯是-种高分子材料，相比金属材料会吸收和损耗更多的声波能量，并且由于其结构比金属材料复杂，易于增加声波的散射，这些都增加了聚乙烯管道接头超声检测的难度 l J。微波是-种频率范围在0.3～300 GHz之间的电磁波，当微波从-种介质进入到另-种具有不同介电常数的介质中时，两种介质介电常数的差异使微波发生反射或散射 -14]。材料中的缺陷可以看作是具有与周围材料不同的介电常数的介质，当行进中的微波遇到缺陷时，介电常数的变化使微波发生反射。反射的微波信号与发射的微波信号发生干涉，经微波探头可以转变成电压信号，再经信号放大和数/模转变得到能够反映缺陷信息的扫描图像。微波扫描检测装置的基本原理如图1所示。文中使用微波扫描的方法对聚乙烯管道热熔接头缺陷的检测进行初步研究，旨在探索微波扫描法这种聚乙烯管道热熔接头缺陷的新型无损检测方法，考察其有效性和可靠性，为进-步的研究打下基矗图1 微波扫描检测装置的工作原理1 检测对象和检测方法1.I 检测对象选取了含有不同缺陷类型的聚乙烯管道热熔· 74·接头作为检测对象，见表 1。

表1 不同缺陷的聚乙烯管道热熔接头热熔接头编号 缺陷类型a 无缺陷b 裂纹C 熔接压力过大d 冷焊e 未融合1.2 微 波扫描 检测使用 自行研制的微波扫描检测装置对不同聚乙烯管道热熔接头按以下步骤进行检测：(1)将微波探头定位于聚乙烯管道的热熔接头融合区外表面的-侧；(2)将微波探头沿热熔接头外表面进行连续匀速扫描，扫描速度为 10 cm/s，所使用的微波频率为24 GHz，微波探头与热熔接头外表面的距离为3 cnl；(3)获得的微波信号经过信号转换系统的信号转换后，输入计算机进行处理，形成扫描图像。

1.3 拉伸力学测试采用MrIS 50KN微机控制电子万能试验机对含有不同缺陷的聚乙烯管热熔接头进行拉伸力学测试，以验证微波扫描检测方法对缺陷检测的有效性。拉伸试验在室温(25℃)下进行，拉伸速率5 mm/min 。

2 结果与讨论2.1 检 测 原理为初步考察微波扫描方法对聚乙烯管道接头的检测能力，选取了含有不同类型缺陷的聚乙烯管道热熔接头进行检测。如图2所示，用微波扫描装置检测聚乙烯管道热熔接头时，微波探头中的微波发射器向接头发射微波，同时由相距 1/4波长(A/4)的两个接收传感器 A和 分别记录发射波信号。发射波穿透接头表面进入其内部。当行进中的微波遇到缺陷时，介电常数的变化使微波发生反射，被反射的微波的幅度和相位相对于发射波会发生变化。遇到不同的缺陷时，反射波幅度和相位的变化都不同。探头中的两个接收传感器分别接收反射波信号，与所记录的发射波信号发生干涉，形成干涉波，经信号转换系统输入计第30卷第2期 压 力 容 器 总第243期(上接第 35页)[2] Makino H，Kubo T，Shiwaku T，et a1.Prediction forCrack Propagation and Arrest of Shear Fracture in U1。

tra-hi gh Pressure Natural Gas Pipelines[J].ISU In-ternational，2001，41(4)：381-388。

[3] Leis BN，Zhu XK，Forte TP.New Approach to AssessRunning Fracture Arest in Pipelines[C]//PipelineTechnology Conference，Ostend，12-14 October 2009，Paper No：Ostend2009-066。

[4] Leis BN，Carlson L，Eiber RJ，et a1.Relationship Be-tween Apparent Charpy Vee- Notch Toughness andthe Corresponding Dynamic Crack--Propagation Re·-sistance[C]//International Pipeline Conference，ASME，1998，Volume 2：723-731。

[5] Wilkowski G，Rudland D，Xu H，et a1.Efect of Gradeon Ductile Fracture Arest Criteria for Gas Pipelines[c]//International Pipeline Conference，Calgary，20o6，Paper No：IPC20o6-10350。

[6] Eiber RJ，Bubenik TA，Maxey wA.Final Report on[7][8]Fracture Control Technology for Natural Gas Pipelines[R].Pipeline Research Council International，ProjectPR-3-9l13.NG -18 Repo rt No.208。

Kawaguchi S，Hagiwara N，Ohata M，et a1.Modifed E-quation to Predict Leak/Rupture Criteria for AxialyThrough - Wall Notched XS0 and XlO0 Lipe pipesHaving a Higher Charpy Energy[J].Journal of Pres-sure Vessel Technology ，ASME 2006，128：572-580。

Makino H，Takeuchi I，Higuchi R.Fracture Propagationand Arest in High-Pressure Gas Transmission Pipe-·line by Ultra High Strength Line Pipes[C]//7 Inter-national Pipeline Conference，Calgary，2008，Paper No：IPC2008-64o78。

收稿 日期 ：2012-12-04 修稿 日期 ：2012-l2-13作者简介：李鹤，材料学博士，通信地址：710065陕西省西安市电子二路 32号中国石油集团石油管工程技术研究院，E-mail：lihe008###cnpc.com.cn。

(上接第 76页)[12] Schmidt K，Aljundi T，Subai G，et a1.Microwave In-terference Scanning Inspection of Nonmetallic Pipes[R].Open Document，2010。

[13] Little J.High-Resolution，Nondestructive Imaging ofDielectric Materials[P].International Patent，PCT/US2005/026974.2005。

[14] 莫洪斌，周在杞.微波检测技术的发展[J].无损检测，2009，31(4)：288-294收稿 日期 ：2012-10-09 修稿日期：2012-10-30作者简介：祝新伟(1967-)，男，高级工程师，主要从事特种设备检验及管理工作，通信地址：314051浙江饰兴市祝家港路66号嘉兴市特种设备检测院，E-mail：zhuxin-wei### 126.com。