一种管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法
【专利摘要】本发明是一种管道补口热收缩带粘接质量评价或其他与热收缩带-钢管结构类似的粘接结构粘接质量评价的管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法。它是使用水浸式超声脉冲回波法对管道补口进行检测，管道补口热收缩带粘接质量评价流程为：1）获得检测信号；2）选择时间窗口及频带范围；3）计算平均功率及低频能量；4）拟合评价曲线，确定评价阈值；5）对粘接质量进行定性及半定量评价。本发明提高了粘接质量的评价效率，促进了补口质量的提升。
【专利说明】一种管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种应用于管道补口热收缩带粘接质量评价或其他与热收缩带-钢管 结构类似的粘接结构粘接质量评价的管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方 法，涉及超声波的测量、金属材料的一般防蚀和管道系统【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 管道补口是两段管道焊接处的防腐作业。在埋地钢质管道的施工过程中，管道补 口是保证管道防腐完整性的重要工序，也是保证整个管道外防腐层质量的关键环节。目前， 国内3PE防腐管线几乎全部采用聚乙烯热缩材料进行补口，但在管道安装建设期间和投入 运行使用中均发现了许多质量问题，开挖检测发现补口失效所占比例不小，对管线形成了 腐蚀危害风险。
[0003] 为保证管道补口质量，在现场作业完成后，需要对其进行质量检验，其中剥离强度 是补口质量的重要指标，一般的合格标准是在管体温度25±5°C的剥离强度应不小于50N/ cm。目前通用的剥离强度检测方法是：先将防腐层沿环向划开宽度约为20_、长IOcm左右 的长条，并撬起一端，应用测力计以lOmm/min的速率垂直钢管表面匀速拉起防腐层，并记 录测力计稳定数值，由此得到剥离强度。这种检测方式具有破坏性，操作较复杂，且检验结 果代表性不强，无法全面评估补口质量；此外，在检测温度过低时，热收缩带一拉就断，传统 的剥离强度检测方法根本无法实施。
[0004] 超声检测具有无损伤、效率高、操作方便等特点，如果能够将超声检测技术应用在 热收缩带的剥离强度检验中，将大大提高管道补口粘接质量的检测效率，提高管道补口现 场作业的生产效率和产品质量，这对目前蓬勃发展的能源产业以及需求量巨大的管道类产 业都具有重要意义。目前已经出现了一些针对粘接结构的研究成果，但大多还处在实验室 研究阶段，且专门针对管道补口热收缩带粘接质量超声检测的研究极少，尚未有公开报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是发明一种提高粘接质量的评价效率、促进补口质量提升的管道补 口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法。
[0006] 本发明使用水浸式超声脉冲回波法对管道补口进行检测，检测原理图见图1。检测 探头1布设在热收缩带2外侧，检测探头1与热收缩带2之间通过水膜4耦合。检测时检 测探头1发射超声波6,超声波6在热收缩带2表面形成投透射波7和反射波9,接着透射 波7在热收缩带2与管道钢材3的粘接面5形成透射8和反射波10,最后透射波8多次在 钢材3中反射形成一次反射回波11和二次反射12,检测探头1接收这些反射回波，并利用 反射回波信号的强度、能量等指标与热收缩带2剥离强度的关系进行粘接质量评价。
[0007] 本发明亦适用于接触式脉冲回波法，但需要选用与管道补口热收缩带材料声阻抗 相匹配的超声探头。
[0008] 本发明的管道补口热收缩带粘接质量评价流程(见图2)为：
[0009] 1)获得检测信号
[0010] 采用超声脉冲回波法对管道补口热收缩带2上的某点进行检测，得到热收缩带2 表面的反射波9、热收缩带2与钢材3的粘接面5的反射波10、钢材3底面反射波11和反 射波12 ;
[0011] 2)选择时间窗口及频带范围
[0012] 在回波信号中，反射波11和反射波12信号较弱，反映粘接质量的信息主要包含在 粘接面5的反射波10中；反射波9只与热收缩带2的表面情况及实验条件有关，不包含反 映粘接质量的信息；因此，在选择时间窗口时，应完全包含粘接面5反射波10的相关信号， 尽量排除热收缩带2表面反射波9的相关信号，并包含前几次信号稍强的底面反射波11和 12 ；
[0013] 在回波信号进行傅立叶变换之后的频谱中，振幅最大的谐振峰称为主峰，与粘接 质量有关的信息主要包含在主峰左侧的低频带范围内；选择频带范围时，应排除主峰附近 的频谱信号，同时排除零点附近可能出现的异常增大的频谱信号，在此基础上保证足够宽 的频带范围，以尽量包含更多可以反映粘接质量的信息；
[0014] 3)计算平均功率及低频能量
[0015] 平均功率Et可以反映粘接质量，其值大小与剥离强度基本成反比；ET的计算公式 为
[0016]
【权利要求】
1. 一种管道补口热收缩带粘接质量评价或其他与热收缩带-钢管结构类似的粘接结 构粘接质量评价的管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法，其特征是使用水 浸式超声脉冲回波法对管道补口进行检测，将检测探头（1)布设在热收缩带（2)外侧，检测 探头（1)与热收缩带（2)之间通过水膜（4)耦合；检测时检测探头（1)发射超声波（6)，超 声波（6 )在热收缩带（2 )表面形成投透射波（7 )和反射波（9 )，接着透射波（7 )在热收缩带 (2) 与管道钢材（3)的粘接面（5)形成透射（8)和反射波（10)，最后透射波（8)多次在钢材 (3) 中反射形成一次反射回波（11)和二次反射（12)，检测探头（1)接收这些反射回波，并利 用反射回波信号的强度、能量等指标与热收缩带（2)剥离强度的关系进行粘接质量评价； 管道补口热收缩带粘接质量评价流程为： 1) 获得检测信号 采用超声脉冲回波法对管道补口热收缩带（2)上的某点进行检测，得到热收缩带（2) 表面的反射波（9)、热收缩带（2)与钢材（3)的粘接面（5)的反射波（10)、钢材（3)底面反射 波（11)和反射波（12); 2) 选择时间窗口及频带范围 在选择时间窗口时，应完全包含粘接面（5)反射波（10)的相关信号，尽量排除热收缩 带（2)表面反射波（9)的相关信号，并包含前几次信号稍强的底面反射波（11)和反射波 (12)； 在回波信号进行傅立叶变换之后的频谱中，与粘接质量有关的信息主要包含在主峰左 侧的低频带范围内；选择频带范围时，应排除主峰附近的频谱信号，同时排除零点附近可能 出现的异常增大的频谱信号，在此基础上保证足够宽的频带范围，以尽量包含更多可以反 映粘接质量的信息； 3) 计算平均功率及低频能量 平均功率Et反映粘接质量，其值大小与剥离强度基本成反比；ET的计算公式为
其中，h表示时间窗口的起始位置，t2表示时间窗口的结束位置，t2=ti+Λ t2, Λ t2表示 时间窗口的宽度；x(t)表不信号的时域波形信号； X(t)在时间窗口内的平均值Ex定义为：
低频能量Ef也反映粘接质量，其值大小同样与剥离强度基本成反比；EF的计算公式为
其中X(f)表示信号的频谱，和f2分别表示频带范围的下限频率和上限频率； 4) 拟合评价曲线，确定评价阈值 为评价粘接质量，需要首先拟合评价曲线，并确定评价阈值；方法如下： (1)制备粘接质量不同的三组管道补口试样，其中一组试样的剥离强度应小于合格标 准，其余两组试样的剥离强度达标，且有一定差别；按其剥离强度由大到小依次标记为I 号、Π 号和III号试样； (2) 对三组试样分别进行超声脉冲回波法检测试验，对获得的超声回波信号进行计算 分析，得到三个平均功率值Et以及低频能量值E f，依次记为ETI、ETII、Etiii及EFI、E FII、Efiii ; (3) 使用传统的剥离强度测量方法，测量得到三组试样的标准剥离强度F值，依次记为 F1、F11、Fin; (4) 根据三组试样的Et值和Ef值，与对应的剥离强度值进行三点拟合，分别得到Et值 和E f值对剥离强度F的评价曲线，一般使用反比例函数y=b+a/x进行拟合； (5) 目前通用的剥离强度合格标准为FW^SON/cm ;在Et-F评价曲线中，找到临界剥离 强度Ftl对应的Et值，该值即为评价阈值E tci;使用同样的方法可以在Ef-F评价曲线中得到 评价阈值Ero ; 5)对粘接质量进行定性及半定量评价 对管道补口热收缩带上实际检测点的回波信号按以上流程进行计算分析，得到Et值和 Ef值；将Et值和Ef值与评价阈值进行比较，实现粘接质量的定性评价；若E t〈Etq且Ef〈Efq， 则判定该点的粘接质量合格；若E t>Eto且EF>Ero，则判定该点的粘接质量不合格；若使用E t 值和Ef值得到的判定结果不同，则认为该点的检测结果有误，应在该点附近重新选点进行 验证性检测； 将实际检测点的Et值和Ef值分别与Et-F和Ef-F评价曲线进行比较，得到该点剥离强 度的估计值F1和F2;若F1和F2相近，取两者的平均值作为检测点的估计剥离强度，实现粘 接质量的近似定量评价；否则，根据F 1和F2与三组试样的标准剥离强度&、Fn、F111的相对 大小，估计出检测点剥离强度的大致区间范围，实现粘接质量的半定量评价。
2.根据权利要求1所述的管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法，其特 征是评价方法也适用于接触式脉冲回波法对管道补口进行检测，但需要选用与管道补口热 收缩带材料声阻抗相匹配的超声探头。
【文档编号】G01N29/04GK104374823SQ201310356504
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】王维斌, 韩赞东, 康叶伟, 陈新华, 刘玲莉, 王禹钦, 林明春, 徐华天, 郭正虹, 赵君, 陈振华 申请人:中国石油天然气股份有限公司