摘要：超声波相控阵检测技术是一种最新无损检测技术，具有无辐射、无污染以及检测精度高等方面的特点，拥有良好的应用前景。本文对市政燃气工程PE管电熔连接焊缝超声波相控阵检测技术进行了研究。
关键词：聚乙烯管道；电熔连接；超声波控阵检测
1 引言
聚乙烯（PE）管道具有良好的耐腐蚀性和密封性能、较长的使用寿命以及价格低廉等优点，因此在管道输送等领域获得了广泛的应用，尤其是自来水和燃气的输送等方面应用越来越广泛。在管道安装过程中，为了保证使用性能以及安全性，必须要确保接头的安装质量，当前最为常用、连接效果最好的PE管道连接技术是电熔焊接技术。应用电熔焊进行PE管的焊接，由于电熔套包裹的影响，通过外观很难观测出焊接接头的质量，通常采用检查套筒观察柱是否顶出、套筒与管材连接处是否有熔融料溢出等方式来对连接质量进行判断，而对于其内部缺陷，应用传统的无损检测技术如无损检测方法RT射线照相法及UT超声波检测法等，并不能够实现准确的检测，缺陷检出的效率也比较低。在这样的情况下，超声波相控阵检测技术受到了研究人员的关注，本文对超声波相控阵技术对于PE管电熔连接检测原理和工艺进行了研究。
1 超声波相控阵检测原理介绍
1.1 超声波成像
超声波在介质中传播的过程中，会出现反射、折射、多普勒效应以及声能的吸收衰减等情况，而且声能的吸收和衰减等和介质的密度有关，介质密度越大声音通过介质时吸收和衰减越明显。超声波检测利用了这一原理，通过超声波发射装置发射超声波对比检测工件进行扫描，然后用超声波接收装置接收反射回来的信号，会根据反射信号回波的多少、强弱和分布规律，然后在利用计算机根据不同颜色的光点依次进行图像重建就可以获得被检测工件内部缺陷的图像。
1.2 超声波相控阵工作原理
相控阵超声成像技术是基于超声波成像技术的一种改进，通过规则的独立小单元探头阵列来取代大尺寸的探头，然后在利用电子装置对各个阵列单元进行控制，通过控制发射单元的发射和接收时间能够产生多个超声波束，然后再通过控制阵列的激发和接收时间来对波束角度、聚焦深度、聚焦尺寸等进行控制，通过这样的方式实现对工件的快速扫描成像。
1.3 燃气PE管相控阵检测原理
应用超声波相控阵检测技术进行PE管的检测，主要应用相控阵具有的聚焦和声束位移等特点，实现焊接接头的横截面扫查。相控阵超声使用的探头是由若干压电晶片组成阵列换能器，通过电子系统控制阵列中的各个晶片按照一定的延时法则发射和接收超声波，从而实现声束的扫描、偏转与聚焦等功能，根据电阻丝的排列方向，利用超声波垂直纵波信号入射到接头部位。当超声波入射到接头部位后，焊接接头良好、未熔合、夹渣、孔洞、金属丝错位处会产生反射信号，并且形成不同的影像，根据获得的影像和相对应的反射信号声速差异，能够实现对接头内的缺陷进行辨别定性，同时可以判断出缺陷的位置和深度等信息，通过应用这一技术能够实现对PE管接头处内部进行无损检测。
2 燃气PE管相控阵检测工艺
（1）探头选择。在应用超声波相控阵检测方法对燃气PE管进行监测时，首先要选择探头。聚乙烯材料具有组织松大的特点，由于其这种特性，超声波在其中传输时会有比较大的衰减，为了降低超声波的衰减，需要选择较低的频率，较大的晶片尺寸。根据聚乙烯材料的特性以及待检测PE管接头的厚度选择超声波频率，当T=10mm以下时，超声波频率应选择10 MHz；当T=10~25mm，超声波频率应选择5 MHz；当T=25mm以上时，超声波频率应选择2.5 MHz。线扫描单次活动孔径：8~16mm。
（2）检测面选择。检测面即探头布置的位置，检测面通常设置在套管中部管接头附近位置。
（3）扫查方式选择。选择垂直线扫的聚焦法则，单次孔径：8mm；线束： 25。
（4）扫查范围及灵敏度的调节。
在正式开始检测之前，需要对检测设备的灵敏度进行调整，具体的方法是选择待检材料一致的材质，进行相同的加工，进行测试，调整设备得了灵敏度到合适的范围。
（5）扫查数据的存储与调用。检查完成之后，仪器将会自动的保存结果数据，并且可以随时进行调用，同时可以将检查结果传输到计算机上进行离线分析。3 现场检测操作要点
在应用超声波相控阵检测技术检测聚乙烯管路电熔接头时，需要注意以下几方面的内容：
（1）要确保待测的PE管电熔接头表面洁净，没有污染物，若存在污染物则需要及时清理干净。在检测开始之前，要根据待检测的接头尺寸来选择合适的探头；在正式检测之前要先进行灵敏度的调节，直至可以得到清晰的超声图像。
（2）在被检测的电熔套筒表明涂抹耦合剂，要沿着宽度方向的移动探头，从而对整个接头进行全面的检查，并且要对接头的情况进行记录。需要注意的是，套筒厚度的不同，所需要的探讨频率也是不同的，因此必须要确保探头频率和套筒厚度相匹配，这样才能够获得准确的结果。
（3）在具体的检测过程中，需要将耦合剂涂抹在待检测的电熔接头上，以90°为间隔选择4个探测点，在这个过程中要注意观察显示器上信号记录是否正常，以传感器宽度为扫描区域宽度，沿套筒圆周移动传感器探测整个接头，确认可记录的信号是否能够被检测到，若可以检测到则将传感器沿周向扫查，通过这样的方式可以准确的确定缺陷分布的范围。
4 优缺点分析
4.1 优点分析
应用超声波相控阵检测技术检测聚乙烯管路电熔接头主要有以下几方面的优点：
（1）检测速度快，可以快速的完成待测PE管接头的监测，将探头防止在一个位置之后，就可以快速的生成待测物体的完整图像，检测结果以图像的方式展现出来，更加直观，更有说服力。
（2）检测准确性高，能够准确的定位缺陷位置，灵敏度比较高，具有可重复性，而且能够实时的显示，在扫描的同时就能够实现对焊缝的分析和判断，检测结果可以通过打印和存盘等方式来永久保留。
（3）适用范围广，可以应用于复杂形状问题的检测，既可以实现体积型缺陷的检测，也可以实现面积型缺陷的检测。而且检测不会受到空间的限制，可以实现焊缝的全方位检测。
（4）所需应用到的设备轻巧，可以随时移动，应用起来十分便捷，同时所使用的设备没有辐射，作业强度也比较小。
（5）在运行过程中不会产生噪音，不扰民，同时由于该设备没有底片，不需要冲洗底片，不需要使用显影液，因此具有良好的环保性能。
4.2 缺点分析
（1）超声波相控阵检测是比较先进的设备，当前的设备价格还比较高，因此需要的投入比较大；同时由于设备比较先进，因此对于检测人员的技术水平有着比较高的要求，不仅需要其具有良好的专业理论知识，还要求其具有良好的操作能力。此外，该设备在使用前需要进行调节，调节过程比较复杂，而调节准确性对于检测结果有着比较大的影响，因此增加了其使用的难度。
（2）探件与管件之间需要耦合剂，而且耦合剂还不能够对产品或者是检测过程造成影响。
（3）目前尚无权威的检测标准、规范可依据。
结论
超声波相控阵检测技术是一项新的无损检测技术，具有无辐射、无污染以及检测精度高等方面的特点，能够准确、高效的对PE管电熔连接焊缝缺陷进行检测，为PE管电熔连接焊缝缺陷检测提供了新的方法，随着该技术的不断成熟和规范，有望成为PE管电熔连接焊缝缺陷检测的重要手段。
参考文献
[1]张晓宝, 龙盛蓉, 李秋锋, et al. PE管超声相控阵检测探头优化设计研究[J]. 南昌航空大学学报:自然科学版, 2018, 32(04):79-85.
[2]富阳. 超声波相控阵斜探头检测PE管电熔接头研究[J]. 无损探伤, 2011, 035(006):38-40.
[3]高野, 程岩. PE管超声检测技术的研究[J]. 民营科技, 2017(7).