一種管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)或其他與熱收縮帶-鋼管結(jié)構(gòu)類(lèi)似的粘接結(jié)構(gòu)粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)的管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)方法。它是使用水浸式超聲脈沖回波法對(duì)管道補(bǔ)口進(jìn)行檢測(cè)，管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)流程為：1）獲得檢測(cè)信號(hào)；2）選擇時(shí)間窗口及頻帶范圍；3）計(jì)算平均功率及低頻能量；4）擬合評(píng)價(jià)曲線，確定評(píng)價(jià)閾值；5）對(duì)粘接質(zhì)量進(jìn)行定性及半定量評(píng)價(jià)。本發(fā)明提高了粘接質(zhì)量的評(píng)價(jià)效率，促進(jìn)了補(bǔ)口質(zhì)量的提升。
【專利說(shuō)明】一種管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種應(yīng)用于管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)或其他與熱收縮帶-鋼管 結(jié)構(gòu)類(lèi)似的粘接結(jié)構(gòu)粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)的管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)方 法，涉及超聲波的測(cè)量、金屬材料的一般防蝕和管道系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 管道補(bǔ)口是兩段管道焊接處的防腐作業(yè)。在埋地鋼質(zhì)管道的施工過(guò)程中，管道補(bǔ) 口是保證管道防腐完整性的重要工序，也是保證整個(gè)管道外防腐層質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前， 國(guó)內(nèi)3PE防腐管線幾乎全部采用聚乙烯熱縮材料進(jìn)行補(bǔ)口，但在管道安裝建設(shè)期間和投入 運(yùn)行使用中均發(fā)現(xiàn)了許多質(zhì)量問(wèn)題，開(kāi)挖檢測(cè)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)口失效所占比例不小，對(duì)管線形成了 腐蝕危害風(fēng)險(xiǎn)。
[0003] 為保證管道補(bǔ)口質(zhì)量，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)完成后，需要對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，其中剝離強(qiáng)度 是補(bǔ)口質(zhì)量的重要指標(biāo)，一般的合格標(biāo)準(zhǔn)是在管體溫度25±5°C的剝離強(qiáng)度應(yīng)不小于50N/ cm。目前通用的剝離強(qiáng)度檢測(cè)方法是：先將防腐層沿環(huán)向劃開(kāi)寬度約為20_、長(zhǎng)IOcm左右 的長(zhǎng)條，并撬起一端，應(yīng)用測(cè)力計(jì)以lOmm/min的速率垂直鋼管表面勻速拉起防腐層，并記 錄測(cè)力計(jì)穩(wěn)定數(shù)值，由此得到剝離強(qiáng)度。這種檢測(cè)方式具有破壞性，操作較復(fù)雜，且檢驗(yàn)結(jié) 果代表性不強(qiáng)，無(wú)法全面評(píng)估補(bǔ)口質(zhì)量；此外，在檢測(cè)溫度過(guò)低時(shí)，熱收縮帶一拉就斷，傳統(tǒng) 的剝離強(qiáng)度檢測(cè)方法根本無(wú)法實(shí)施。
[0004] 超聲檢測(cè)具有無(wú)損傷、效率高、操作方便等特點(diǎn)，如果能夠?qū)⒊暀z測(cè)技術(shù)應(yīng)用在 熱收縮帶的剝離強(qiáng)度檢驗(yàn)中，將大大提高管道補(bǔ)口粘接質(zhì)量的檢測(cè)效率，提高管道補(bǔ)口現(xiàn) 場(chǎng)作業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，這對(duì)目前蓬勃發(fā)展的能源產(chǎn)業(yè)以及需求量巨大的管道類(lèi)產(chǎn) 業(yè)都具有重要意義。目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些針對(duì)粘接結(jié)構(gòu)的研究成果，但大多還處在實(shí)驗(yàn)室 研究階段，且專門(mén)針對(duì)管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲檢測(cè)的研究極少，尚未有公開(kāi)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是發(fā)明一種提高粘接質(zhì)量的評(píng)價(jià)效率、促進(jìn)補(bǔ)口質(zhì)量提升的管道補(bǔ) 口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)方法。
[0006] 本發(fā)明使用水浸式超聲脈沖回波法對(duì)管道補(bǔ)口進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)原理圖見(jiàn)圖1。檢測(cè) 探頭1布設(shè)在熱收縮帶2外側(cè)，檢測(cè)探頭1與熱收縮帶2之間通過(guò)水膜4耦合。檢測(cè)時(shí)檢 測(cè)探頭1發(fā)射超聲波6,超聲波6在熱收縮帶2表面形成投透射波7和反射波9,接著透射 波7在熱收縮帶2與管道鋼材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 鋼材3中反射形成一次反射回波11和二次反射12,檢測(cè)探頭1接收這些反射回波，并利用 反射回波信號(hào)的強(qiáng)度、能量等指標(biāo)與熱收縮帶2剝離強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)。
[0007] 本發(fā)明亦適用于接觸式脈沖回波法，但需要選用與管道補(bǔ)口熱收縮帶材料聲阻抗 相匹配的超聲探頭。
[0008] 本發(fā)明的管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)流程(見(jiàn)圖2)為：
[0009] 1)獲得檢測(cè)信號(hào)
[0010] 采用超聲脈沖回波法對(duì)管道補(bǔ)口熱收縮帶2上的某點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，得到熱收縮帶2 表面的反射波9、熱收縮帶2與鋼材3的粘接面5的反射波10、鋼材3底面反射波11和反 射波12 ;
[0011] 2)選擇時(shí)間窗口及頻帶范圍
[0012] 在回波信號(hào)中，反射波11和反射波12信號(hào)較弱，反映粘接質(zhì)量的信息主要包含在 粘接面5的反射波10中；反射波9只與熱收縮帶2的表面情況及實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，不包含反 映粘接質(zhì)量的信息；因此，在選擇時(shí)間窗口時(shí)，應(yīng)完全包含粘接面5反射波10的相關(guān)信號(hào)， 盡量排除熱收縮帶2表面反射波9的相關(guān)信號(hào)，并包含前幾次信號(hào)稍強(qiáng)的底面反射波11和 12 ；
[0013] 在回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換之后的頻譜中，振幅最大的諧振峰稱為主峰，與粘接 質(zhì)量有關(guān)的信息主要包含在主峰左側(cè)的低頻帶范圍內(nèi)；選擇頻帶范圍時(shí)，應(yīng)排除主峰附近 的頻譜信號(hào)，同時(shí)排除零點(diǎn)附近可能出現(xiàn)的異常增大的頻譜信號(hào)，在此基礎(chǔ)上保證足夠?qū)?的頻帶范圍，以盡量包含更多可以反映粘接質(zhì)量的信息；
[0014] 3)計(jì)算平均功率及低頻能量
[0015] 平均功率Et可以反映粘接質(zhì)量，其值大小與剝離強(qiáng)度基本成反比；ET的計(jì)算公式 為
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)或其他與熱收縮帶-鋼管結(jié)構(gòu)類(lèi)似的粘接結(jié) 構(gòu)粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)的管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)方法，其特征是使用水 浸式超聲脈沖回波法對(duì)管道補(bǔ)口進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)探頭（1)布設(shè)在熱收縮帶（2)外側(cè)，檢測(cè) 探頭（1)與熱收縮帶（2)之間通過(guò)水膜（4)耦合；檢測(cè)時(shí)檢測(cè)探頭（1)發(fā)射超聲波（6)，超 聲波（6 )在熱收縮帶（2 )表面形成投透射波（7 )和反射波（9 )，接著透射波（7 )在熱收縮帶 (2) 與管道鋼材（3)的粘接面（5)形成透射（8)和反射波（10)，最后透射波（8)多次在鋼材 (3) 中反射形成一次反射回波（11)和二次反射（12)，檢測(cè)探頭（1)接收這些反射回波，并利 用反射回波信號(hào)的強(qiáng)度、能量等指標(biāo)與熱收縮帶（2)剝離強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)； 管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量評(píng)價(jià)流程為： 1) 獲得檢測(cè)信號(hào) 采用超聲脈沖回波法對(duì)管道補(bǔ)口熱收縮帶（2)上的某點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，得到熱收縮帶（2) 表面的反射波（9)、熱收縮帶（2)與鋼材（3)的粘接面（5)的反射波（10)、鋼材（3)底面反射 波（11)和反射波（12); 2) 選擇時(shí)間窗口及頻帶范圍 在選擇時(shí)間窗口時(shí)，應(yīng)完全包含粘接面（5)反射波（10)的相關(guān)信號(hào)，盡量排除熱收縮 帶（2)表面反射波（9)的相關(guān)信號(hào)，并包含前幾次信號(hào)稍強(qiáng)的底面反射波（11)和反射波 (12)； 在回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換之后的頻譜中，與粘接質(zhì)量有關(guān)的信息主要包含在主峰左 側(cè)的低頻帶范圍內(nèi)；選擇頻帶范圍時(shí)，應(yīng)排除主峰附近的頻譜信號(hào)，同時(shí)排除零點(diǎn)附近可能 出現(xiàn)的異常增大的頻譜信號(hào)，在此基礎(chǔ)上保證足夠?qū)挼念l帶范圍，以盡量包含更多可以反 映粘接質(zhì)量的信息； 3) 計(jì)算平均功率及低頻能量 平均功率Et反映粘接質(zhì)量，其值大小與剝離強(qiáng)度基本成反比；ET的計(jì)算公式為
其中，h表示時(shí)間窗口的起始位置，t2表示時(shí)間窗口的結(jié)束位置，t2=ti+Λ t2, Λ t2表示 時(shí)間窗口的寬度；x(t)表不信號(hào)的時(shí)域波形信號(hào)； X(t)在時(shí)間窗口內(nèi)的平均值Ex定義為：
低頻能量Ef也反映粘接質(zhì)量，其值大小同樣與剝離強(qiáng)度基本成反比；EF的計(jì)算公式為
其中X(f)表示信號(hào)的頻譜，和f2分別表示頻帶范圍的下限頻率和上限頻率； 4) 擬合評(píng)價(jià)曲線，確定評(píng)價(jià)閾值 為評(píng)價(jià)粘接質(zhì)量，需要首先擬合評(píng)價(jià)曲線，并確定評(píng)價(jià)閾值；方法如下： (1)制備粘接質(zhì)量不同的三組管道補(bǔ)口試樣，其中一組試樣的剝離強(qiáng)度應(yīng)小于合格標(biāo) 準(zhǔn)，其余兩組試樣的剝離強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，且有一定差別；按其剝離強(qiáng)度由大到小依次標(biāo)記為I 號(hào)、Π 號(hào)和III號(hào)試樣； (2) 對(duì)三組試樣分別進(jìn)行超聲脈沖回波法檢測(cè)試驗(yàn)，對(duì)獲得的超聲回波信號(hào)進(jìn)行計(jì)算 分析，得到三個(gè)平均功率值Et以及低頻能量值E f，依次記為ETI、ETII、Etiii及EFI、E FII、Efiii ; (3) 使用傳統(tǒng)的剝離強(qiáng)度測(cè)量方法，測(cè)量得到三組試樣的標(biāo)準(zhǔn)剝離強(qiáng)度F值，依次記為 F1、F11、Fin; (4) 根據(jù)三組試樣的Et值和Ef值，與對(duì)應(yīng)的剝離強(qiáng)度值進(jìn)行三點(diǎn)擬合，分別得到Et值 和E f值對(duì)剝離強(qiáng)度F的評(píng)價(jià)曲線，一般使用反比例函數(shù)y=b+a/x進(jìn)行擬合； (5) 目前通用的剝離強(qiáng)度合格標(biāo)準(zhǔn)為FW^SON/cm ;在Et-F評(píng)價(jià)曲線中，找到臨界剝離 強(qiáng)度Ftl對(duì)應(yīng)的Et值，該值即為評(píng)價(jià)閾值E tci;使用同樣的方法可以在Ef-F評(píng)價(jià)曲線中得到 評(píng)價(jià)閾值Ero ; 5)對(duì)粘接質(zhì)量進(jìn)行定性及半定量評(píng)價(jià) 對(duì)管道補(bǔ)口熱收縮帶上實(shí)際檢測(cè)點(diǎn)的回波信號(hào)按以上流程進(jìn)行計(jì)算分析，得到Et值和 Ef值；將Et值和Ef值與評(píng)價(jià)閾值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)粘接質(zhì)量的定性評(píng)價(jià)；若E t〈Etq且Ef〈Efq， 則判定該點(diǎn)的粘接質(zhì)量合格；若E t>Eto且EF>Ero，則判定該點(diǎn)的粘接質(zhì)量不合格；若使用E t 值和Ef值得到的判定結(jié)果不同，則認(rèn)為該點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果有誤，應(yīng)在該點(diǎn)附近重新選點(diǎn)進(jìn)行 驗(yàn)證性檢測(cè)； 將實(shí)際檢測(cè)點(diǎn)的Et值和Ef值分別與Et-F和Ef-F評(píng)價(jià)曲線進(jìn)行比較，得到該點(diǎn)剝離強(qiáng) 度的估計(jì)值F1和F2;若F1和F2相近，取兩者的平均值作為檢測(cè)點(diǎn)的估計(jì)剝離強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)粘 接質(zhì)量的近似定量評(píng)價(jià)；否則，根據(jù)F 1和F2與三組試樣的標(biāo)準(zhǔn)剝離強(qiáng)度&、Fn、F111的相對(duì) 大小，估計(jì)出檢測(cè)點(diǎn)剝離強(qiáng)度的大致區(qū)間范圍，實(shí)現(xiàn)粘接質(zhì)量的半定量評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道補(bǔ)口熱收縮帶粘接質(zhì)量超聲無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)方法，其特 征是評(píng)價(jià)方法也適用于接觸式脈沖回波法對(duì)管道補(bǔ)口進(jìn)行檢測(cè)，但需要選用與管道補(bǔ)口熱 收縮帶材料聲阻抗相匹配的超聲探頭。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104374823SQ201310356504
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】王維斌, 韓贊東, 康葉偉, 陳新華, 劉玲莉, 王禹欽, 林明春, 徐華天, 郭正虹, 趙君, 陳振華 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司