PE管超声波检测实验方案设计

由于PE 材料性质与钢有很大不同，故超声波检测缺陷时需考虑以下关键问题：探头参数，管道接头几何特性及热影响区域，材料声速，扫描范围。

1)探头参数确定。PE 材料衰减大且声速小，频率越高衰减就越大，同时为了超声检测时有足够的穿透性和灵敏度，使用频率又不能太低，故采用2MHz 或2.5MHz 的检测频率。而高衰减限制了收发探头之间距离，但可以调整楔形块的角度使之适合缺陷信号显示，因此选用63.4°或68.2°的折射角(即K 值取 2 或2.5)。由于管道检测面为曲面，传统的平面型超声斜探头与被检测面的接触均为线接触，造成超声波散射严重，灵敏度大大降低。为提高检测效果，特制作弧形底面的探头与管道曲率相配合。根据日本、美国相关标准，曲率半径为R1 的试块，其探头曲率半径可选择为0.9～1.5R1 [14]。因此，本研究中所用5 种探头分别为①2P9×9K2.5 平底、②2P9×9K2.5 弧形底面、③2P13×13K2.5 平底、④2P13×13K2.5 弧形底面、 ⑤2.5P13×13K2 平底，其中两个特制弧形探头底面直径为160mm。

2)试块制作。实验选取SDR11 系列，公称直径准160 mm 的聚乙烯管进行热熔焊接， 分别产生气孔、夹杂、裂纹、脱层4 种缺陷，并制成宽60 mm、长 200mm 包含接头的条状试块。由于塑料管热熔焊接过程中要产生翻边(即卷边)，为了避免翻边的影响，在将管道焊缝接头加工成条状试样后，去除内外翻边，以减小内外翻边对超声检测产生干扰。

3)材料声速。为了确定超声波在PE 管中的声速，采用声发射方式进行测定，并在标准试块上进行声速校正。

4)扫描范围。如图1 所示，PE 管壁厚10mm，垂直方向接近上表面距离h 是检测盲区，b 为探头前沿。由式知水平扫描范围为S-b=10K-b，垂直扫描范围为10-h=10-b/K。

K=tanα=b/h=S/10

具体实验方案如图 所示，本研究采用纵波脉冲反射法，参照标准 JB/T 4730.3———2005《承压设备无损检测超声波检测》进行试验，根据PE 材料的特性，制作专用的斜探头和PE 试块;使用声发射法测出实验PE 管声速，并在检测前对声速、零偏、前沿、 K 值进行校正;使用人工预制横孔缺陷的对比试块制作距离-波幅(DAC)曲线，然后在带缺陷的试件上进行检测并记录数据。