聚乙烯燃氣管道電熔焊接接頭相控陣超聲檢測(編制說明)

1、聚乙烯燃氣管道電熔焊接接頭相控陣超聲檢測編制說明標準起草小組二O二O年一月1一、標準制定的目的和意義燃氣用埋地聚乙烯管道因具有耐腐蝕、壽命長、性能穩(wěn)定、流體阻力小和造價低等優(yōu)異性能，目前廣泛應用于城市燃氣管道的輸送。 PE 燃氣管道目前兩種常用的連接方式之一是電熔連接，即把兩根直通的PE 管道對接處同時插入電熔套筒內，利用通電加熱，使兩根PE 管道接頭局部熱熔化后焊接起來。 焊接電壓不穩(wěn)定等因素使得焊接質量難以保證，而 PE 管一般要求壽命達 50 年以上，所以 PE 管的焊接質量的好壞直接影響到管道系統(tǒng)的安全和壽命。據(jù)燃氣公司事故統(tǒng)計，近 80% 的燃氣泄漏事故都是由于電熔焊接質量不良引起的

2、， 為了安全起見，非常有必要對 PE 管焊縫進行內部缺陷的全面探傷。為了對 PE 管焊接缺陷探傷，我們研究可以現(xiàn)場中進行的有效的 PE 管電熔接頭非破壞性探傷方法。與金屬管道相比， PE管的焊接接頭目前還沒有成熟的無損檢測方法，檢驗 PE電熔焊接接頭焊接質量的方法為外觀檢查、靜液壓試驗和剝離試驗等破壞性試驗。 破壞性試驗對少量的貫穿性缺陷敏感， 對大量存在的非貫穿性缺陷并不適用。 由于只能檢測到大的貫穿焊接缺陷， 而對未焊透未融合等較小的卻有很大危害性的焊接缺陷無能為力。 一旦 PE 電熔焊接接頭存在缺陷， 極易引發(fā)燃氣泄露， 導致爆炸等嚴重的安全事故，直接威脅社會公共安全和人民的人身財產安全

3、。 因此制定地方標準聚乙烯燃氣管道電熔焊接接頭相控陣超聲檢測具有重要意義。二、工作簡況1、任務來源廣東省特種設備行業(yè)協(xié)會 2019年12月2日廣東省特種設備行業(yè)協(xié)會團體標準聚乙烯燃氣管道電熔焊接接頭相控陣超聲檢測 立項公告（粵特協(xié) 201933號）文件批準由廣東省特種設備檢測院、廣州特種承壓設備檢測研究院、 中山職業(yè)技術學院、 多浦樂電子科技有限公司等單位負責起草廣東省種設備行業(yè)協(xié)會團體標準 聚乙烯燃氣管道電熔焊接接頭相控陣超聲檢測。2、制定過程本標準原是廣東省地方標準計劃項目， 新標準化法頒布實施后， 該標準省市場監(jiān)管局決定不再作為地方標準， 鼓勵作為團體標準研制。 原省局標準立項后， 個單

4、位即即組織成立了標準編制工作小組， 制訂標準制定工作計劃， 并明確標準編制工作小組的組織形式、 工作步驟、進度安排等，制定了較為詳細的項目實施計劃和方案。項目組歷經了項目準備、項目調研、討論稿編制、征求專家意見、修改完善等幾個階段， 形成了目前的征求意見稿， 標準編制工作概要如下：1、2019年8月 2019年11月，成立標準編制工作組， 會同有關企業(yè)，召開多次標準研討會，推進該地方標準的調研、起草、征求意見、修改3完善等工作，并按照團體標準要求修改了標準文本并向省協(xié)會做了申報。2、2019年1月 2020年1月，標準編制小組到有關企業(yè)開展調研，詳細了解滲透檢測缺陷測深及監(jiān)控的應用現(xiàn)狀，結合檢

5、驗機構工作實際，編制形成了工作組討論稿。 標準編制工作組研究超聲波在聚乙烯材料中的聲學傳播特性， 制作了聚乙烯材料對比試塊， 該試塊標準反射體為橫通孔，孔徑均為 1mm，孔長均為 25mm（1-25）。摸清不同厚度聚乙烯管道的聲學反射能力情況， 該試塊橫通孔深度呈階梯分布， 深度分別為 5mm、10mm、 15mm、20mm、 25mm、30mm、35mm，基本覆蓋常規(guī)型號 PE燃氣管道厚度范圍。研究對應相控陣探頭在 PE燃氣管道電熔接頭里的橫向分辨力，試塊設計橫通孔水平間距分別為 2.5mm、3.5mm、4.5mm；同時，區(qū)分電熔接頭特征線圖譜，分別研制了 4L64 、5L64、5L128、

6、10L64相控陣線陣探頭進行相關實驗。標準編制工作組就討論稿會同有關企業(yè)專家，經過反復研討，PE燃氣管道電熔焊接比起熱熔焊接更容易出現(xiàn)問題，且超聲相控陣檢測技術目前在 PE燃氣管道電熔焊接接頭檢測上較為成熟，電熔焊接接頭中存在的虛焊、過焊、氣孔、夾渣、電阻絲錯位等典型焊接缺陷均能得以發(fā)現(xiàn)，而熱熔焊接接頭中存在的未熔合類嚴重質量缺陷未能檢出，制定相關檢測標準不夠安全和嚴謹。三、編制原則4本標準的編制是在廣東省質監(jiān)局科技計劃項目“聚乙烯PE燃氣管道對接接頭超聲波相控陣檢測研究”（計劃編號：2010CT11）的基礎上，本著“科學、適度、可行”原則，既考慮標準前瞻性又顧及企業(yè)、技術機構檢測操作實際，

7、同時，充分聽取各方意見的基礎上形成的。本標準既可作為政府有關部門規(guī)范、監(jiān)督、規(guī)范聚乙烯 PE燃氣管道電熔連接無損檢測的依據(jù)，又可作為有關企業(yè)進行檢測試驗的技術標準。本標準根據(jù)國家相關的管理規(guī)定， 參考了相關國家標準、 行業(yè)標準和相關資料，并結合質監(jiān)系統(tǒng)檢驗機構多年的檢測經驗， 確定了本標準的主要內容。四、標準主要內容的確定依據(jù)1、范圍本標準適用于公稱直徑為40400mm的聚乙烯管道電熔焊接接頭的相控陣超聲檢測。通過大量的檢測試驗， 該方法適用于 540mm壁厚的接頭，壁厚小于5mm時，接頭中的缺陷顯示易被表面回波信號掩蓋；壁厚大于 40mm 時，由于管件壁厚較大，超聲波在 PE材料中的衰減較大

8、，缺陷回波信號也較弱，檢測靈敏度較低。燃氣聚乙烯管道中常用管件規(guī)格為DN40 DN400 （壁厚 5 40mm）。對于小于 DN40的電熔接頭，由于其檢測面曲率較大，超聲波在界面上反射時發(fā)生發(fā)散的現(xiàn)象較嚴重，能接收到的缺陷回波信號較5弱，且壁厚太小，特征線等出現(xiàn)在近表面位置，被表面回波信號掩蓋；對于大于DN400的電熔接頭，由于管件壁厚較大，超聲波在PE材料中的衰減較大， 缺陷回波信號也較弱， 檢測靈敏度較低。 因此本標準規(guī)定適用于公稱直徑為 40400mm 的聚乙烯管道電熔接頭的相控陣超聲檢測。2、標準性引用文件列出了本標準條文制定過程中引用的標準。3、術語和定義除 GB/T 12604.1

9、、GB/T 12604.1、GB 15558.1、 GB 15558.2 和GB/T 32563-2016界定的術語和定義外，增加了焊接特征線、冷焊程度H、過焊程度 H 、電阻絲直徑d 、電阻絲錯位量 x等，增加部分主要為相控陣超聲檢測的專業(yè)術語和聚乙烯焊接方面的術語。因國家標準中暫無相關術語和定義，本標準中進行了定義。4、一般要求4.1規(guī)定了檢測人員的要求。4.2規(guī)定了檢測設備的組成、相控陣主機的性能要求、相控陣探頭的性能要求、掃查裝置的基本特點、耦合劑和對比試塊的制作要求等。其中相控陣主機的性能要求中， 特別提出主機所包含的軟件能夠存儲、調出A、S、B、C 圖像，并能將存儲的檢測數(shù)據(jù)拷貝到

10、外部存儲空間中。這是因為通常超聲檢測時， 探傷結果不便保存。 由于采用了相6控陣檢測技術， 能實時成像， 使探傷結果的保存成為可能。因此要求檢測設備應具有圖譜的保存和相關分析功能。其中標準試塊 PE-用于靈敏度及分辨率測試， 標準試塊 PE-用于相控陣檢測系統(tǒng)的聲速延遲校準和TCG修正。在標準試塊 PE-設計過程中，已充分考慮到不同規(guī)格電熔焊接接頭電阻絲直徑及間距存在的差異，針對電阻絲間距不同的電熔焊接接頭，PE-試塊設計的孔間距為梯度遞增方式，具體涉及的間距為 2mm、2.5mm、3mm、4mm和5mm，在測試過程中儀器的分辨率應大于等于被檢電熔接頭電阻絲的標準間距。在標準試塊 PE-設計過

11、程中，已充分考慮到相控陣儀器在使用0°線掃時，針對不同深度的標準反射體的回波能量收集時能夠采集到該標準所適用的最大厚度，因此試塊設計的最大標準反射體深度為45mm，略大于適用范圍所規(guī)定的40mm。5、檢測工藝5.1規(guī)定了檢測工藝的要求和內容。5.2規(guī)定了進行工藝驗證的兩種方法。6、檢測方法6.1 由于聚乙烯材料傳熱性能比金屬材料差，焊接接頭的熱影響區(qū)較小，結合實際焊接工藝下熱影響區(qū)的相關數(shù)據(jù)收集，規(guī)定檢測區(qū)域應包含焊縫本身寬度加上左右兩側各5mm 的母材區(qū)域。76.2 電熔焊接接頭熔接面為管材外圓柱面和管件的內圓柱面，因此選用沿線掃查 +線掃描進行檢測，線掃描角度為了0°。

12、6.3規(guī)定了檢測不同厚度試件時探頭的選擇。6.4規(guī)定了探頭的設置及軟件的配置。7、檢測程序本部分考慮到耦合的效果和避免漏檢，規(guī)定了檢測時掃查速度不大于30mm/s。8、檢測數(shù)據(jù)的分析8.1規(guī)定了數(shù)據(jù)的有效性評價，分析數(shù)據(jù)之前應對所采集的數(shù)據(jù)進行評估以確定其有效性。8.2 規(guī)定了缺陷的定性方法，方法是根據(jù)S 型顯示，結合 A 型掃描顯示，依據(jù)缺陷的位置、顯示圖像，確定缺陷的性質。根據(jù)聚乙烯電熔接頭缺陷的成因、 特征及其引起的失效形式可將電熔焊接缺陷分為：熔合面夾雜、 孔洞、金屬絲錯位、冷焊、過焊和管材承插不到位。 通過大量的試驗， 這些缺陷都有著明顯的特征， 分辯比較容易。8.3 規(guī)定了各類缺陷

13、大小的表征方法，對缺陷定量實行統(tǒng)一，有利于對缺陷的評定執(zhí)行統(tǒng)一的標準。標準中規(guī)定了熔合面夾雜、 孔洞、電阻絲錯位、冷焊、過焊和管材承插不到位等缺陷的表征方法，其中熔合8面夾雜、孔洞、冷焊、電阻絲錯位參照GB/T 29460-2012 進行了部分修改。與GB/T 29460-2012 相比，增加了過焊、管材承插不到位等缺陷表征。9、缺陷評定9.1規(guī)定了缺陷分級的依據(jù)和熔合面夾雜、孔洞、電阻絲錯位、冷焊、過焊、管件承插不到位、多種缺陷同時存在等缺陷的分級。缺陷質量分級的依據(jù)：根據(jù)接頭中存在的缺陷性質、 數(shù)量和密切程度， 其質量等級可劃分為、級。焊接接頭的質量驗收標準由合同雙方商定，或參照有關規(guī)范執(zhí)

14、行。制定評定標準時， 進行了大量人工缺陷試樣的制作和現(xiàn)場施工缺陷試樣的收集， 通過拉伸剝離試驗和靜液壓強度試驗， 取得了一些實驗數(shù)據(jù)。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析， 結合 TSG D2002-2006 燃氣用聚乙烯管道焊接技術規(guī)則中對電熔接頭破壞性試驗判定要求和GB/T 29460含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定中的安全性評定標準，制定了本標準。9.2熔合面夾雜的質量分級：將此類缺陷分為與內冷焊區(qū)貫通缺陷和與內冷焊區(qū)不貫通缺陷兩種，與內冷焊區(qū)貫通的缺陷，由于電熔接頭在使用中主要受內壓載荷，該類缺陷在內壓的作用下容易產生擴展，比較危險。研究表明：與內冷焊區(qū)貫通缺陷通過高溫靜液壓試驗時，會出現(xiàn)沿管件壁厚方

15、向的貫穿裂9紋，因此該類缺陷較危險。 與內冷焊區(qū)不貫通的缺陷， 由于界面剪切力并非接頭在實際使用中的主要承載力，且缺陷處主要承受壓應力而非拉應力，對缺陷的擴展無大的影響。 因此出現(xiàn)這類缺陷時， 僅考慮缺陷尺寸這一影響因素。對含熔合面夾雜缺陷電熔接頭的拉伸剝離試驗表明，熔合面缺陷處為脆性破壞且不影響其周圍完好熔合面，靜液壓試驗表明缺陷的大小對接頭破壞影響不大。根據(jù)此兩點并綜合考慮TSG D2002-2006 中“聚乙烯管電熔接頭在拉伸剝離試驗中脆性剝離百分比超過 33.3%為不合格的規(guī)定提出以下分級標準：與內冷焊區(qū)貫通的熔接面夾雜的與內冷焊區(qū)不貫通的熔接面夾雜的級別缺陷長度缺陷長度不大于標稱熔合

16、區(qū)長度L/10不大于標稱熔合區(qū)長度L/10不大于標稱熔合區(qū)長度L/5大于級者注： L 為標稱熔合區(qū)長度。9.3孔洞的質量分級：孔洞缺陷的拉伸剝離試驗結果表明， 較小孔洞的失效模式類似于熔合面夾雜缺陷?，F(xiàn)參考美國ASTM F 1055 外徑受控的聚乙烯管路用電熔型聚乙烯配件標準規(guī)范給出孔洞的評定：、級電熔接頭中不允許存在相鄰電阻絲間有連貫性孔洞、與內冷焊區(qū)貫通的孔洞。級別單個孔洞組合孔洞10X/L 5% 且 h 5%T累計尺寸X/L 10% 且 h 5%TX/L 10% 且 h 10%T累計尺寸X/L 15% 且 h 10%T大于級者注：X 為該缺陷在熔合面軸向方向上的尺寸，L 為標稱熔合區(qū)長度

17、， T 為電熔接頭管材壁厚， h 為孔洞自身高度。9.4電阻絲錯位量的質量分級：電阻絲錯位量x 超過電阻絲間距或相鄰電阻絲相互接觸時，會造成熔合區(qū)域局部加熱量過大，溫度過高，該區(qū)域聚乙烯材料將發(fā)生降解現(xiàn)象，嚴重影響熔接后的強度和使用命。拉伸剝離試驗實驗表明： 出現(xiàn)此類缺陷時均呈熔合面脆性破壞。因此規(guī)定： 、級電熔接頭中不允許存在相鄰電阻絲相互接觸的缺陷。具體分級方式參照下表：級別電阻絲錯位量無明顯錯位錯位量小于電阻絲間距大于級者或相鄰電阻絲相互接觸9.5冷焊的質量分級：通過大量的試驗，得出某種電熔接頭冷焊表征量和焊接加熱時間的關系如下表：加熱時間（與規(guī)定時間的百分比 % ）l /mml/mmH

18、/%1102.852.610111203.142.6211303.382.6301403.632.639160-2.6特征線遠離電阻絲接近180-2.6管件表面，圖像中無顯示靜液壓試驗中，加熱時間 20%的接頭：焊后管材可直接從管件中抽出，根本未焊合在一起； 加熱時間 40%的接頭出現(xiàn)了提前失效現(xiàn)象；加熱時間 60%和 80% 的接頭均未提前失效。在拉伸剝離試驗中，加熱時間 40%接頭出現(xiàn)脆性破壞，加熱時間 60%的接頭表現(xiàn)為部分韌性、部分脆性，加熱時間 80%的接頭的表現(xiàn)和加熱時間 100%的接頭均為韌性破壞。 因此認為冷焊程度 H30%時，相當危險。通過試驗分析，因此規(guī)定：級別冷焊程度 H

19、小于 20%小于 40%大于級者9.6過焊的質量分級：12過焊主要特征是特征線之間的距離比正常大、特征線彎曲或亮度發(fā)生變化或在接頭中容易產生空洞。通過大量的試驗， 得出某種電熔接頭過焊表征量和焊接加熱時間的關系如下表：加熱時間（與規(guī)定時間的百分比 % ）l /mm l/mmH/%1102.852.6101203.142.6211303.382.6301403.632.639160-2.6特征線遠離電阻絲接近180-2.6管件表面，圖像中無顯示160%和 180%的過焊接頭中因特征線遠離電阻絲接近管件表面，圖像中無顯示，但出現(xiàn)了大量孔洞和嚴重電阻絲錯位現(xiàn)象。過焊接頭的靜液壓試驗中，加熱時間110%、120%、130%、140%的接頭均未提前失效。加熱時間 160%和 180%的接頭出現(xiàn)了提前失效。在拉伸剝離試驗中， 加熱時間 110%、120%、130%、140%接頭表現(xiàn)為管材破壞，這說明接頭質量較好。加熱時間 160%、180%的接頭表現(xiàn)為脆性破壞，從試樣剖開面觀察發(fā)現(xiàn)存在大量氣孔和嚴重的電阻絲錯位現(xiàn)象。因此認為冷焊程度 H40%時，很危險。因此規(guī)定：級別過焊程度H13小于 20%小于 40%大于級者9.7承插不到位的評定：承插不到位缺陷的評定：承插不到位現(xiàn)象，在施工現(xiàn)場時有發(fā)生。如管材插入位置未超出電阻絲區(qū)域時， 未插入管材的部分電阻絲處因無管材，加熱溫度