Мировая практика сооружения тру­бопроводных систем для транспортировки нефти и газа показала, что применение пластмассовых трубопроводов из поли­этилена, полипропилена и других подоб­ных материалов значительно эффективнее, чем из традиционной стали. Это обуслов­лено их высокой прочностью и коррози­онной стойкостью, простотой технологии сварки и укладки, отсутствием необходи­мости в применении изоляционных по­крытий и противокоррозионной защиты. Особый приоритет пластмассовые трубо­проводы приобретают в системах газо­снабжения населенных пунктов, город­ских трубопроводных сетей, нефтепромы­словых трубопроводов и др. В трубопро­водах различного назначения широко ис­пользуют трубы из неармированных и армированных полимерных материалов. Неармированные трубы обычно делают из полиэтилена, армированные - из стекло­пластика.

Известны различные способы сварки полимерных материалов: нагретым газом, мощным ультразвуком, нагретым инстру­ментом, нагретым присадочным материа­лом, сваркой с помощью инфракрасного излучения и т. д. Наиболее распространен­ный способ сварки пластмасс - нагрев стыков труб до пластического состояния и последующая осадка, т. е. сжатие труб. Трубы из армированных пластиков соеди­няют с помощью муфт. Последние наде­вают на концы соединяемых труб и склеи­вают их с муфтой.

Стыковые сварные соединения пла­стмассовых трубопроводов с точки зрения дефектоскопии аналогичны сварным со­единениям стальных трубопроводов, вы­полненным стыковой сваркой оплавлени­ем (электроконтактной сваркой, см. разд. 5.1.4). Высокий неудаляемый внеш­ний и внутренний грат, плоскостные де­фекты типа зеркально отражающих ульт­развук непроваров и несплавлений (сли­паний) - все это делает затруднительным применение стандартных подходов к соз­данию методик неразрушающего контро­ля.

Для контроля стыковых сварных швов, применяемых в газопроводах труб из полиэтилена высокого давления марок ПЭ63, ПЭ80 и ПЭ100 диаметром 63 .. 225 мм с толщиной стенки 10... 22,5 мм, используют эхометод [426, докл. 3.98]. Скорость используемых продольных волн в полиэтилене около 2590 м/с, коэффици­ент затухания в зоне шва около 4 дБ/мм, в основном материале 0,44 ... 0,62 дБ/мм (табл. 5.8).

Данные таблицы свидетельствуют, что коэффициент затухания продольных УЗ-волн в полиэтиленах значительно пре­вышает значения, характерные для сталей. Он быстро увеличивается с ростом часто­ты. Затухание поперечных волн еще больше.

Скорость поперечных волн для большинства пластмасс меньше скорости

продольной волны в плексигласе и других пластических материалах, используемых в наклонных преобразователях в качестве призм, поэтому невозможно обычным на­клонным преобразователем ввести в кон­тролируемое изделие чисто поперечную волну достаточной интенсивности под большим углом ввода, который необхо­дим, например, для контроля тонких сты­ковых сварных соединений.

Для контроля сварных соединений из пластмасс иногда используют иммерсион­ный способ ввода УЗК в материал и ком­бинированный преобразователь со срезан­ной призмой (см. рис. 5.52). При иммерси­онном способе контроля в изделии будут возбуждены продольные и поперечные волны с достаточно большим углом ввода. Угол падения можно выбрать большим первого критического, так чтобы в ОК возбуждалась только поперечная волна. Часто УЗ-контроль сварных соединений из пластмасс в иммерсионном варианте осуществляют с помощью продольных волн, поскольку применение поперечных волн оказалось нецелесообразным ввиду их высокого затухания в полиэтилене.

Практическое применение иммерси­онного варианта контроля неудобно, по­этому в практике контроля обычно при­меняют продольные волны, для возбуж­дения и приема которых используют
обычные наклонные преобразователи с пластиковыми призмами [155]. Волна на границе призма-OK практически не испы­тывает преломления. Различия акустиче­ских свойств полиэтиленов требуют изго­товления специализированных ПЭП для контроля трубопроводов из полиэтилена различных марок.

Применяют дефектоскопы УД2-12 и EPOCH III (фирмы Panametrics). Для луч­шего выявления зеркально отражающих ультразвук несплавлений (слипаний) при­меняют PC-преобразователи, расположен­ные по схемам тандем или дуэт. Исполь­зуют рабочие частоты 1,8, 2,25 и 2,5 МГц. Чувствительность настраивают по плоско­донным отверстиям диаметром 1 мм и более (табл. 5.9). Методика обеспечивает выявление трещин, несплавлений, непро­варов, одиночных пор и шлаковых вклю­чений, а также их цепочек. Результаты контроля подтверждены разрушающими испытаниями.

В. П. Радько и В. А. Троицкий в ИЭС им. Е. О. Патона контролировали стыковые сварные швы полиэтиленовых труб диа­метром до 600 мм с толщиной стенки 6 ... 60 мм [425, с. 437/487]. Использовали со­вмещенные преобразователи продольных волн с углами наклона 65 ... 70° и рабо­чими частотами 1 ... 2,5 МГц. Для обеспе­чения контроля всего сечения шва трубы с

5.9. Нормативные диаметры контрольных отражателей для контроля сварных швов полиэтиленовых трубопроводов

толщинами стенок более 10 ... 15 мм про - звучивали из двух положений, отличаю­щихся расстояниями до шва. При толщи­нах стенок 20 ... 60 мм целесообразно ис­пользовать схему тандем. Сигналы от гра­та отличали от сигналов от дефектов по времени прохождения. Показано, что наи­более опасные дефекты шва - прозрачные для УЗ-волн "зоны несплавления", но они обычно прозрачны не на всем протяже­нии, а имеют отражающие участки, по которым и могут быть обнаружены.

Угол наклона призм преобразователя выбирали из условия проверки макси­мального сечения шва прямым лучом при прохождении оси пучка через центр свар­ного шва. Оптимальную частоту находили путем компромисса между чувствительно­стью и затуханием. Трубы с толщиной стенки 6 ... 10 мм контролировали на час­тоте 2,5 и 5 МГц, более толстые - на частоте 1,8 МГц.

Исследовали также возможности ди­фракционно-временного метода (метод TOFD), дающего больше информации об их параметрах. Этот контроль проводили прибором ZIPSCAN-3. При контроле вы­являли трещины, непровары и поры раз­мером 1 ... 2 мм и более с достоверностью 0,8 ... 0,95. Наибольшее внимание уделяли трещинам и зонам несплавления, приво­дящим к авариям в эксплуатации и не об­наруживаемым при внешнем осмотре. Эти зоны обычно расположены в центральном сечении шва.

Г. А. Гиллер и др. (АО "ВНИИСТ" и НПП "Политест") отмечают недостатки традиционного ультразвукового эхомето - да контроля стыковых сварных швов по­лиэтиленовых труб, выполненных кон­тактной сваркой [79]. Характерные для них дефекты имеют плоскостной характер и ориентируются исключительно перпен­дикулярно поверхностям соединяемых труб. В этом случае отражение ультразву­ковых волн от дефекта или их дифракция на его краях создают сигналы, амплитуда которых соизмерима с помехами ревербе­рационного характера. При этом она зна­чительно ниже амплитуд эхосигналов от неровностей сварного шва. Поэтому выяв­ление как объемных, так и плоскостных дефектов в рассматриваемых сварных со­единениях не всегда достоверно.

Оптимальный путь решения задачи контроля сварных соединений из пласт­масс, по мнению авторов, - применение для контроля пластмассовых трубопрово­дов, описанных выше, раздельно-совме­щенных преобразователей хордового типа (см. рис. 2.16) [79]. PC-хордовые преобра­зователи позволяют сформировать в рабо­чем сечении трубы акустическое поле продольных волн, параметры направлен­ности которого обеспечивают эффектив­ную выявляемость дефектов сварного шва и относительно низкий уровень сигналов от грата.

Исследования выявляемое™ дефек­тов стыковых сварных соединений поли­этиленовых трубопроводов проводились

на образцах труб диаметрами 60, 110 и 160 мм с толщиной стенки 7 ... 15 мм, изго­товленных из полиэтилена марок ПЭ-63 и ПЭ-80 с модельными и реальными дефек­тами. Преобразователи хордового типа использовались с различными типами ультразвуковых дефектоскопов (УД2-12, ЕРОСН-Ш).

В трубах диаметром 110 мм с толщи­ной стенки 11 мм обнаруживались торце­вые плоскодонные отверстия диаметром

1,5 мм, выполненные на разной глубине. Сигналы от отверстий имели различную амплитуду, однако они на 6 ... 14 дБ пре­
вышали максимальный уровень шума ма­териала трубы. При проведении исследо­ваний образцов сварных соединений по­лиэтиленовых трубопроводов диаметрами 110 и 160 мм было установлено, что мак­симальный уровень шума в зоне сварного соединения значительно выше уровня шума материала трубы, в то же время уро­вень шума от зоны сварного соединения существенно ниже уровня сигналов от искусственных и естественных дефектов.

Ряд исследований по контролю свар­ных образцов полиэтиленовых труб (по­лиэтилен ПЭ-63 и ПЭ-80) с различными
искусственными дефектами (масляные пленки, крупицы кварцевого песка, метал­лические шарики и др.) показал, что все выше перечисленные искусственные де­фекты надежно выявлялись по данной схеме контроля. При контроле трубы диа­метром 160 мм с толщиной стенки 15 мм действующего газопровода с реальным дефектом сварного соединения амплитуда сигнала от дефекта превышала на 20 дБ сигнал от отражателя диаметром 1,5 мм.

При перемещении преобразователя по поверхности образца перпендикулярно оси сварного шва условный размер отра­жателя не превышал 3 ... 4 мм на уровне 6 дБ от максимума отраженного сигнала. Это означает, что контроль реальных сварных стыков можно проводить путем перемещения преобразователя только вдоль оси сварного шва. Поперечное пе­ремещение практически полностью ис­ключается, что существенно упрощает процедуру контроля по сравнению с тра­диционными технологиями. При этом также упрощаются требования к аппара­туре и повышается производительность контроля.

Фирма Sonatest (Великобритания) применяет метод прохождения для НК стыковых сварных соединений неармиро - ванных полиэтиленовых труб с толщиной стенки несколько миллиметров (рис. 5.53). Излучающий и приемный преобразовате­ли снабжены протекторами из мягкого пластика Импульсы продольных волн вводят в ОК под небольшими углами без применения контактной смазки. Дефект сварки уменьшает амплитуду и увеличи­вает время задержки принятого сигнала.

В трубопроводах из стеклопластиков качество клеевых соединений между тру­бами диаметром 500 ... 800 мм и скреп­ляющими их муфтами (см. рис. 4.25) про­веряют эхометодом [422, с. 715]. Вследст­вие большого затухания УЗК в муфтах и неровности их наружной поверхности, контроль с наружной стороны оказался невозможным, поэтому соединения про­веряли с внутренней стороны трубы. Де­фекты отмечали по увеличению амплиту­ды эхосигнала от зоны соединения.

Возможен также неразрушающий контроль соединения между муфтой и трубой импедансным методом. Для этого используют импульсный импедансный дефектоскоп с раздельно-совмещенным преобразователем. Чувствительность за­висит от отношения толщин стенок трубы и муфты. С уменьшением отношения толщины наружного (по отношению к преобразователю) слоя к внутреннему чувствительность повышается. Этим ме­тодом обнаруживали непроклеи между муфтами с толщиной стенки 12 мм и тру­бами (толщина стенки 6 мм) в трубопро­воде из стеклопластика. Несмотря на неблагоприятное отношение толщин стенок при НК с наружной стороны, при контроле со стороны муфты выявляли дефекты размером от 30 мм и более, со стороны трубы - более 20 мм. Большое затухание упругих волн не препятствует применению импедансного метода.