一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法

本发明属于管道修复系统的无损检测，尤其涉及一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法。

背景技术：

1、随着服役年限的增加，油气管道受施工质量问题、腐蚀损伤、自然灾害等因素影响，容易出现各种腐蚀类、焊接类缺陷，严重威胁管道的安全性。因此，管道修复已成为油气运输工程中一项必需的、经常性的工作。其中，钢制套筒环氧树脂固化修复技术作为一种无需停输、避免明火、力学性能良好的管道修复技术，已成为油气管道修复的主要方法之一。

2、目前，钢制套筒环氧树脂固化修复技术是通过将两个半圆形钢制套筒安装并固定在待修复管道上，套筒内壁和待修复管道的外壁留有一定距离的环形空间，利用密封剂将套筒和管道外壁两端的缝隙密封，进而将环氧树脂灌浆液浇注到环形空间中使其完全填充环空，环氧树脂固化完成后具有高抗压强度，可承受管道缺陷部位的载荷，管道所受应力将由管道、环氧树脂填充层、钢制套筒三个部分承担，因此能够对受损部位实现有效修复。

3、在进一步研究后发明人发现：上述钢制套筒环氧树脂固化修复技术中修复质量很大程度上取决于环氧树脂填充层的固化质量、管道外壁和套筒内壁与环氧树脂的胶结质量。由于存在表面预处理效果不佳、环氧树脂的固化收缩等因素的影响，树脂在固化过程中极易发生填充不满的情况，使管道所受应力传递不佳，严重影响了补强效果。然而由于环氧树脂填充于钢制套筒内部环空，其固化过程无法直接观测，难以判断其固化状态和固化质量，因此需要本领域技术人员开发一种可以实时监测环氧树脂固化状态的非破坏监测方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，该监测方法利用sh0模态导波简单的频散特性以及对于胶结界面剪切模量的敏感性，反映出环氧树脂填充层的剪切模量变化，判断其固化状态与固化质量，从而从根本上解决了钢制套筒环氧树脂固化管道修复技术施工过程中树脂固化状态的判断问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

3、一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，包括有如下步骤：

4、步骤一：根据钢制套筒的几何尺寸，设计并搭建电磁超声监测系统；设计并搭建形成的电磁超声监测系统中包括有任意函数信号发生器、示波器、阻抗匹配电路、脉冲发射接收器、电磁超声sh导波换能器；

5、步骤二：在钢制套筒安装固定完成后，浇注环氧树脂之前，在待监测的钢制套筒两侧对称设置有沿周向布置多个电磁超声sh导波换能器；

6、步骤三：自环氧树脂浇注完成时刻起，激发sh0模态导波，采集并保存多组电磁超声导波的监测信号，直至环氧树脂固化完成；

7、步骤四：提取各组电磁超声导波的监测信号中各直达波的峰值；计算sh导波在不同电磁超声sh导波换能器之间路径传播的衰减值att；

8、步骤五：截取各组电磁超声导波的监测信号中各第二界面反射波；提取第二界面反射波的峰值和峰值抵达时间，计算sh导波在环氧树脂层中的传播速度；

9、将计算得到的sh导波在环氧树脂层中的传播速度与sh导波在环氧树脂层中的标准横波波速进行对比，推算填充形成的环氧树脂层的剪切模量；

10、步骤六：截取各组电磁超声导波的监测信号中的直达波和第二界面反射波，将其视为一个整体分析对象；

11、利用快速傅里叶变换，计算各组信号中的频谱并绘制频谱图；利用连续小波变换，计算各组信号的时频并绘制时频图。

12、较为优选的，还包括有如下步骤：

13、步骤七：综合sh导波的信号衰减情况、sh导波在环氧树脂层中的传播速度、频谱图及时频图中频率缺失信息，判断待监测的钢制套筒与被修复管道环空之间的环氧树脂的固化状况。

14、较为优选的，所述步骤一中设计并搭建形成的电磁超声监测系统中的电磁超声sh导波换能器具体由周期性矩形永磁铁、跑道形线圈、换能器外壳三部分组成；

15、其中，周期性矩形永磁铁选用钕铁硼材质；跑道形线圈选用漆包线圈，用于实现跑道形线圈与周期性矩形永磁铁的相对固定；换能器外壳的直径与待监测的钢制套筒的外径相同，以实现相互紧密贴合。

16、较为优选的，所述步骤三中采集并保存多组电磁超声导波的监测信号的过程具体可描述为：以0.5h作为时间间隔；每隔0.5h采集并保存一组电磁超声导波的监测信号，直至全部电磁超声导波的监测信号采集并保存完成。

17、较为优选的，所述步骤四中sh导波在不同电磁超声sh导波换能器之间路径传播的衰减值att，满足：；

18、其中，a为一发两收模式中用于激发sh0模态导波的电磁超声sh导波换能器的编号，b、c分别为一发两收模式中用于接受sh0模态导波的两个电磁超声sh导波换能器的编号；

19、lbc为编号b的电磁超声sh导波换能器与编号c的电磁超声sh导波换能器之间的周向距离；aab为编号a的电磁超声sh导波换能器激发sh0模态导波到达编号b的电磁超声sh导波换能器的直达波的峰值，aac为编号a的电磁超声sh导波换能器激发sh0模态导波到达编号c的电磁超声sh导波换能器的直达波的峰值。

20、较为优选的，所述步骤五中sh导波在环氧树脂层中的标准横波波速的计算公式，满足：；g为环氧树脂层的剪切模量，为环氧树脂层的密度，为环氧树脂层的泊松比。

21、本发明提供了一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，该种钢制套筒环氧树脂固化监测方法包括有设计并搭建电磁超声监测系统；在待监测的钢制套筒两侧对称设置有沿周向布置多个电磁超声sh导波换能器；采集并保存多组电磁超声导波的监测信号；提取各组电磁超声导波的监测信号中各直达波的峰值，计算sh导波在不同电磁超声sh导波换能器之间路径传播的衰减值att；截取各组电磁超声导波的监测信号中各第二界面反射波，提取第二界面反射波的峰值和峰值抵达时间，计算sh导波在环氧树脂层中的传播速度；利用快速傅里叶变换，计算各组信号中的频谱并绘制频谱图；利用连续小波变换，计算各组信号的时频并绘制时频图等步骤。具有上述步骤特征的一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，其相比于现有技术而言，至少具备有如下技术优势：

22、1.电磁超声导波技术具有非破坏、非嵌入式的监测能力，同时sh0模态导波对胶结界面的剪切特性十分敏感，可以很好地反映钢制套筒内填充环氧树脂的固化状态和固化质量。

23、2.将电磁超声sh导波换能器应用到钢制环氧套筒修复工作的施工过程中，在施工时直接监测填充环氧树脂的固化质量，在钢制环氧套筒管道修复系统投入使用前提前排除修复质量问题，大幅降低修复系统在服役过程中出现损坏的概率。

24、3.修复系统投入使用后，可以定期使用电磁超声换能器进行健康检测，实现钢制环氧套筒管道修复系统的全周期健康监测。

25、4.适应性强且应用范围广，适用于各种类型、各种几何尺寸的钢制环氧套筒管道修复系统的健康监测。

技术特征：

1.一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，其特征在于，包括有如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，其特征在于，还包括有如下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，其特征在于，所述步骤一中设计并搭建形成的电磁超声监测系统中的电磁超声sh导波换能器具体由周期性矩形永磁铁、跑道形线圈、换能器外壳三部分组成；

4.根据权利要求1所述的一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，其特征在于，所述步骤三中采集并保存多组电磁超声导波的监测信号的过程具体可描述为：以0.5h作为时间间隔；每隔0.5h采集并保存一组电磁超声导波的监测信号，直至全部电磁超声导波的监测信号采集并保存完成。

5.根据权利要求1所述的一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，其特征在于，所述步骤四中sh导波在不同电磁超声sh导波换能器之间路径传播的衰减值att，满足：；

6.根据权利要求1所述的一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，其特征在于，所述步骤五中sh导波在环氧树脂层中的标准横波波速的计算公式，满足：；g为环氧树脂层的剪切模量，为环氧树脂层的密度，为环氧树脂层的泊松比。

技术总结
本发明属于管道修复系统的无损检测技术领域，尤其涉及一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法。本发明提供的一种钢制套筒环氧树脂固化监测方法，利用SH0模态导波的频散特性以及对胶结界面剪切模量的敏感性，反映出环氧树脂填充层的剪切模量变化，判断其固化状态与固化质量。钢制套筒环氧树脂固化监测方法包括有设计并搭建电磁超声监测系统；在待监测钢制套筒两侧对称设置有沿周向布置多个电磁超声SH导波换能器；采集并保存多组电磁超声导波监测信号；计算SH导波在不同电磁超声SH导波换能器之间路径传播的衰减值ATT；计算SH导波在环氧树脂层中的传播速度；计算各组信号中的频谱并绘制频谱图，计算各组信号的时频并绘制时频图等步骤。

技术研发人员：殷晓康,马龙辉,赵雨生,张宏远,石昆三,张紫衡
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16