HDPE 管路檢測概述
現場師傅通常使用四種方法來進行HDPE管道的焊接，其中最簡單的方法包括熱熔對接法、套焊接合法、電熔焊接法和緊鎖式接合法。在這些方法中，熱熔對接法因其良好的熔透性和簡單的焊接工藝而成為最受歡迎的選擇。
高密度塑膠（HDPE）管道因其出色的耐腐蝕和侵蝕特性，已經成為石化、能源和採礦行業中的首選，逐漸取代傳統的鋼管。近年來，HDPE 也被廣泛應用於核電廠，尤其是在冷凍水系統中，以確保運行的安全性；核能應用尤其強調連接處的安全保證。超音波飛行時間衍射（TOFD）技術通常被運用於這些溫壓焊接的結構，以確保其完整性。
HDPE管道超音波檢測時需要解決的問題
HDPE管道超音波檢測時需要處理的主要問題之一是HDPE接頭的常見缺陷，包括無穿壁、內部缺陷和孔洞。目前，行業中尚無通用標準來管理這些缺陷的最大尺寸，然而，經常需要非破壞檢測來確保這些接頭的完整性和可靠性。
HDPE材料具有一些獨特的特性，使得檢查變得複雜。其聲波的聲阻抗和速度與超音波測試中使用的配件非常相似，因此需要特定的設定和設備才能確保適當的阻力波束角。此外，Rexolite和HDPE材料之間的接合處可能會因聲阻抗不相容而產生問題。再者，與鋼材相比，HDPE是一種具有較高聲音分散和吸收能力的材料，因此無法使用傳統的高頻換能器。為了克服這些挑戰，需要使用低頻TOFD探頭和TOFD水楔。
在HDPE管道焊道檢測中，主要使用兩種超音波技術：飛行時間繞射（TOFD）和陣列超音波技術。
儘管TOFD是一種快速、相對有效的技術，能夠檢測任何方向和形狀的缺陷，並準確確定缺陷的尺寸，但在某些情況下，TOFD存在固有的限制，尤其是靠近材料的頂部和底部時。相控陣技術完美彌補了這些限制，提供了額外的信息，使缺陷評估更加簡單和準確。
HDPE管道焊道部分樣品的實驗
此實驗對3個管道樣本進行，其中包括對具有假缺陷的樣本進行2毫米和3毫米鑽孔的測試。為了確保結果的重複性和可靠性，進行了多次測試。在實驗中，使用手動幫浦系統連續供應水作為試劑。
在進行測試時，管道的圓徑不規則或在連接處有偏心，以及接頭附近表面不平整的位置，可能會因探頭錯位而導致測試工作的減速。因此，使用更大的探頭支架和合適的輪子是必要的。
HDPE 焊接 1 號樣品
對於大型管道樣品1，其直徑為300毫米，壁厚為20毫米。在焊接處非壓碎位置，分別距離焊接處約50毫米、100毫米、350毫米和850毫米處，我們進行了偽造缺陷，即在這些位置分別鑽孔2毫米和3毫米。這些樣品將用於實驗測試，以評估超音波檢測技術對於檢測這些偽造缺陷的有效性。
樣品1的周長約為900毫米。我們在長度1300毫米的位置進行了掃描測試，以展示測試結果的重複性。這個測試範圍包括了第一次掃描範圍的100毫米到400毫米之間的一個圓週末端，這次掃描是為了驗證測試結果的一致性。
對於樣品1的測試，我們使用了鍊式ChainScanner來固定探頭，以便在管道周圍進行輕鬆移動。測試使用的探頭分別為2MHz和5MHz型號。水楔形成的角度為70度，探頭之間的間隔為50毫米。我們將聲束聚焦在距離表面15毫米的位置，以確保可以檢測到近表面和次表面的焊接缺陷。
HDPE 焊接 2 號樣品
對於樣品2，直徑為170毫米，壁厚為15毫米的小管，我們在30毫米和140毫米處鑽孔2毫米，以模擬焊接處的非熔合位置。
型號2的周長為530毫米。我們在長度800毫米的位置進行了測試掃描，以展示測試結果的可重複性，這次掃描是在圓週末端進行的，以確保結果的一致性。
在對模型2進行測試時，我們使用了鍊式ChainScanner來固定探頭，使其能夠輕鬆地在管道周圍移動。測試使用的探頭分別為2MHz和5MHz型號。水楔形成的角度為70度，探頭之間的間隔為50毫米。我們將聲束聚焦在距離表面11毫米的位置，以便可以檢測到近表面和亞表面的焊接缺陷。
HDPE焊接3號樣品
對於樣品3，這是一個壁厚為100毫米的大管，切成片狀，其直徑尚未確定。
我們在樣品的150毫米和300毫米位置進行了鑽孔，並且在圖案的兩端進行了水平鑽孔，以進行模擬測試。這些鑽孔旨在模擬管道上的缺陷，以便進行後續的測試和評估。
使用鍊式ChainScanner掃描器進行了測試。我們使用了2MHz和5MHz型號的探頭，以及70度、60度和45度的楔形進行測試，以檢測不同厚度的部分。
由於焊接蓋區域尺寸較大（70毫米），探頭間隔至少設置為70毫米，這使得檢測靠近表面的小缺陷變得更加困難。
由於樣品3的切割尺寸較小，沒有足夠的空間來安置探頭和掃描儀，因此無法安置45度的探頭以聚焦在焊接較深的區域（75毫米）。
HDPE管路焊接試驗結果
測試結果1
在兩次掃描中，我們都成功檢測到了所有的缺陷。我們可以從0毫米和900毫米位置觀察到重複的資料，並且在數據上能夠明確地觀察到所有4個缺陷。在重複的段落中，我們可以觀察到缺陷1、2和3。
我們發現2毫米孔的響應裕度比3毫米孔小。因此，我們可以使用訊號前置放大器來提供更清晰的結果。
測試結果2
由於管道較小，表面條件對橫向波（表面波）的影響較大。因此，我們使用表面脈衝同步功能將檢測結果進行了平滑處理，這有助於更好地觀察到缺陷。值得注意的是，表面的粗糙度已經處理為平坦。
在測試15毫米的樣品時，使用5MHz探頭得到了更好的結果，缺陷更加明顯。因此，在測試小於20毫米的細管時，應該選擇高頻換能器。如果與前級擴大器結合使用，效果會更好。
測試結果3
由於樣品3的尺寸較小，我們無法將探針放置在最佳位置，這意味著我們無法捕捉到底部脈衝和靠近底部的缺陷。在測試中，我們使用了5MHz探頭、70mm楔形和70mm間隔，以及2MHz探頭、60度楔形和70mm間隔，以獲得測試結果。
總結
綜合而言，測試計劃中鑽孔2mm和3mm的方法能夠有效捕捉相對較小的缺陷。事實上，實際缺陷可能比這更大且更容易捕捉，因為缺陷的邊緣較為鋒利，並提供了更好的回饋。
在實際測試中，我們發現缺陷顯示清晰，並且具有高度的重複性。建議在實際檢查時，可進行兩次重複檢查以確保資料的一致性。
對於厚度較大的樣品，使用不同頻率和角度的探頭有助於確認缺陷，但必須選擇最佳的探頭以獲得最佳的結果。
對於50mm或以上的焊道，建議同時組合2個或3個探頭，以避免只能聚焦於焊接處的一個區域。此外，在計劃檢查時，需要繪製光束輪廓並計算光束延伸，以避免遺漏缺陷。
當需要更深入研究缺陷或執行更複雜的應用時，可考慮與相控陣結合使用。
最後，在對大厚度樣品進行現場測試時，建議使用支援2-3通道（6個探頭）的掃描儀，以確保測試資料的一致性並節省時間。