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O二O年一月一、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(yīng)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(nèi)，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(zhì)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(zhì)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(zhì)量不良引起的，為了安全起見，非常

2、有必要對PE管焊縫進行內(nèi)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(zhì)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(dǎo)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(chǎn)安全。因此制定地方標 準聚乙烯燃氣管道電熔

3、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(wù)來源廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會 2019年 12月 2日廣東省特種設(shè)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(shè)備檢測院、廣州特種 承壓設(shè)備檢測研究院、 中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院、 多浦樂電子科技有限公司等 單位負責(zé)起草廣東省種設(shè)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， 個單位即即組織成立了標準編

4、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(jīng)了項目準備、項目調(diào)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(guān)企業(yè)，召開多次標準研討會，推進該地方標準的調(diào)研、起草、征求意見、修改完善等工作，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(guān)企業(yè)開展調(diào)研， 詳細了解滲透檢測缺陷測深及監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合檢驗機構(gòu)工作實

5、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(xué)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(xué)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(yīng)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(shè)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、10L64

6、相控陣線陣探頭進行相關(guān)實驗。標準編制工作組就討論稿會同有關(guān)企業(yè)專家，經(jīng)過反復(fù)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(shù)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(zhì)量缺陷未能檢出， 制定 相關(guān)檢測標準不夠安全和嚴謹。三、編制原則本標準的編制是在廣東省質(zhì)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(chǔ)上，本著“科學(xué)、適度、可行”原則，既考慮標準前瞻性又顧及企業(yè)、 技術(shù)機構(gòu)檢測操作實際

7、， 同時，充分聽取各方意見的基礎(chǔ)上形成的。 本 標準既可作為政府有關(guān)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(guān)企業(yè)進行檢測試驗的技術(shù)標準。本標準根據(jù)國家相關(guān)的管理規(guī)定， 參考了相關(guān)國家標準、 行業(yè)標準 和相關(guān)資料， 并結(jié)合質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)檢驗機構(gòu)多年的檢測經(jīng)驗， 確定了本標準 的主要內(nèi)容。四、標準主要內(nèi)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

8、料中的衰減較大，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DN40DN400 （壁厚540mm）。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(shù)語和定義除 GB/T

9、12604.1、GB/T 12604.1、GB 15558.1、 GB 15558.2 和 GB/T 32563-2016界定的術(shù)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1、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(shù)語和聚乙烯焊接方面的術(shù)語。 因國家標準中暫 無相關(guān)術(shù)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(shè)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(diào)出 A、 S、 B、 C 圖

10、像，并能將存儲的檢測數(shù)據(jù)拷貝到外部存儲 空間中。這是因為通常超聲檢測時， 探傷結(jié)果不便保存。 由于采用了相 控陣檢測技術(shù)， 能實時成像， 使探傷結(jié)果的保存成為可能。 因此要求檢 測設(shè)備應(yīng)具有圖譜的保存和相關(guān)分析功能。其中標準試塊pe- i用于靈敏度及分辨率測試，標準試塊PE-n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-1設(shè)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-1試塊設(shè)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(yīng)大于等于被 檢

11、電熔接頭電阻絲的標準間距。在標準試塊PE-n設(shè)計過程中，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(shè)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(nèi)容。5.2規(guī)定了進行工藝驗證的兩種方法。6、檢測方法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(jié)合實際焊接工藝下熱影響區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)收集， 規(guī)定檢測區(qū)域應(yīng) 包含焊縫本身寬度加上左右兩側(cè)各 5mm 的母材區(qū)域。電熔焊接接頭熔接面為管材外圓柱面和管件的內(nèi)圓柱面，因此 選用沿線掃查 +線掃描進

12、行檢測，線掃描角度為了 0。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(shè)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(yīng)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(jié)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(zhì)。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，

13、 分辯比 較容易。規(guī)定了各類缺陷大小的表征方法，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(zhì) 量分級的依據(jù)：根據(jù)接頭中存在的缺陷性質(zhì)、 數(shù)量和密切程度， 其質(zhì)量等級可劃分 為I、H

14、、皿級。焊接接頭的質(zhì)量驗收標準由合同雙方商定，或參照有 關(guān)規(guī)范執(zhí)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(jié)合 TSG D2002-2006 燃氣用聚乙烯管道焊接技術(shù)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(zhì)量分級： 將此類缺陷分為與內(nèi)冷焊區(qū)貫通缺陷和與內(nèi)冷焊區(qū)不貫通缺陷兩 種，與內(nèi)冷焊區(qū)貫通的缺陷，由于電熔接頭在使用中主要受內(nèi)壓載荷， 該類缺陷在內(nèi)壓的作用下容易產(chǎn)生擴展

15、， 比較危險。 研究表明：與內(nèi)冷 焊區(qū)貫通缺陷通過高溫靜液壓試驗時， 會出現(xiàn)沿管件壁厚方向的貫穿裂紋，因此該類缺陷較危險。與內(nèi)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(yīng)力而非拉應(yīng)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:級別與內(nèi)冷焊

16、區(qū)貫通的熔接面夾雜的缺陷長度與內(nèi)冷焊區(qū)不貫通的熔接面夾雜的缺陷長度I不大于標稱熔合區(qū)長度L/10II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皿大于I級者注：L為標稱熔合區(qū)長度。9.3孔洞的質(zhì)量分級:孔洞缺陷的拉伸剝離試驗結(jié)果表明，較小孔洞的失效模式類似于熔 合面夾雜缺陷。現(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： I、 H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(nèi)冷焊區(qū)貫通的孔洞。級別單個孔洞組合孔洞IX/L V 5% 且 h v 5%T累計尺寸 X/L v 10%且h v 5%TIIX/L v 10% 且 h

17、v 10%T累計尺寸 X/L v 15%且h v 10%T皿大于I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，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(zhì)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：I、 H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I無明顯錯位I錯位量小于電阻絲間距皿大于I級者或相鄰電阻絲相互接觸9.5

18、冷焊的質(zhì)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(guān)系如下表:加熱時間（與規(guī)定時間的百分比%）l 7mml/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

19、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 H 30%時，相當(dāng)危險。通過試驗分 析，因此規(guī)定：級別冷焊程度HI小于20%II小于40%皿大于I級者9.6過焊的質(zhì)量分級: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(chǎn)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(guān)系如下表：加熱時間（與規(guī)定時間的百分比%）l 7mml/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

20、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(zhì)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 H 40%時，很危險。因此規(guī)定：級別過焊程度H I小于20%II小于40%皿大于I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，加熱溫度會很高，時常發(fā)生