[发明专利]一种复合材料增强金属管道无损检测装置及方法

说明书

【技术领域】

本发明属于管道无损检测领域，涉及一种复合材料增强金属管道无损检测装置及方法。

【背景技术】

随着对管道输送压力及输量要求的逐渐增高，提高管道承压能力是一个重要的发展方向，基于此开发出了复合材料增强金属管道的复合管道，通常使用缠绕等方法，将纤维与树脂材料复合并包覆在金属管道表面，从而提高管道的承压能力，达到提高金属管道输送能力的要求。

目前针对此种管道的检测方法除了目测法之外，主要是使用水压爆破的方法，当爆破压力达到设计要求即认为复合材料成型时工艺良好，复合材料中无明显缺陷。此种方法局限于表征单根管道的性能，并且检测后样品报废，因此需要针对复合材料增强金属管道开发出无损检测方法。

复合管道的结构主要有金属层和复合材料层，其中钢管在复合前需要进行无损检验，通常使用的方法为X射线检测或超声等，针对金属无损检测的方法目前已经比较成熟。针对复合材料的无损检测方法也主要延续了金属材料的检测，除了超声波法和X射线法外，还包括计算机层析照相法、微波法、目视法等，但是由于复合材料本身固有的特性，这些方法大多适用于复合材料内部较大缺陷，在复合材料无损检测方面都存在一定的局限性。

【发明内容】

本发明的目的在于解决复合材料增强金属管道的检测问题，提供一种复合材料增强金属管道无损检测装置及方法，该方法在复合管道加工的过程中对复合材料层进行无损检测，不会对管体进行破坏。并针对此方法在管道上的应用，设计了声发射传感器的固定装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种复合材料增强金属管道无损检测装置，包括安装于待测管道表面的支架杆，支架杆上安装若干声发射传感器，支架杆的两端分别设置开关式磁力座，支架杆的长度小于被测管道的长度，大于被测管道复合材料增强层的长度。

本发明进一步的改进在于：

声发射传感器通过弹簧连接在支架杆上，通过弹簧的压紧作用将声发射传感器固定在被测管道表面。

在被测管道表面以0.5m为间隔，每个间隔处固定2个声发射传感器，且相隔180°。

相邻两个间隔处的声发射传感器沿管材径向的夹角呈90°。

支架杆上共安装22个声发射传感器。

一种复合材料增强金属管道无损检测方法，包括以下步骤：

1)复合材料增强钢管样管准备

以直径508mm，长6m的钢管为内衬，环氧树脂E51和158B型玻璃纤维制成的复合材料增强钢管道，其中钢管壁厚9.5mm，复合材料厚4.6mm，复合材料层中树脂含量为28％；管道靠近两端15cm处为管道连接部分，在管道生产阶段不进行增强层的缠绕；

2)安装检测装置

将支架杆两端的开关式磁力座吸附在被测管道末端未缠绕的钢管表面，通过弹簧的压紧作用，将声发射传感器固定在被测管道表面；

3)施加自紧压力，声发射信号记录与分析

将被测管道两端密封后加压，加压至25MPa时保压1min后泄压，记录此过程的声发射信号，观察此过程声发射信号图；若出现50dB以下的信号，证明纤维与树脂基体之间存在界面脱粘、分离现象，缠绕质量较差；测试完毕后卸除声发射传感器，卸除复合管，完成声发射检测及管道的自紧过程。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明使用预应力法(自紧)处理复合结构管道，即将压力增加至内层钢管发生屈服，产生塑性变形后再将压力卸载。此时，由于钢管发生了塑性变形，外层的复合材料有残余的拉伸应力，内层的钢管有残余的压缩应力。当再次加压时，复合材料承担更高的载荷，钢层与复合材料层之间的应力分配更均匀，预应力也是复合材料增强金属管道成型的最后一个加工步骤。针对复合结构管道需要进行预应力处理这一特点，在此阶段对管道进行声发射检测，并且由于预应力处理是复合管道首次受压，此过程中会产生大量的声发射信号，这些信号在一定程度上可以反应管道外层复合材料层的工艺质量及其它缺陷在此阶段的扩展情况。预应力处理为单根复合结构管道成型的最后一个过程，在此过程中对其进行声发射检测不仅不会破坏管道结构，还节省了检测时间。

【附图说明】

图1为本发明声发射传感器位置管道表面的展开图；

图2为本发明声发射传感器磁性支架的设计图；

图3为本发明的声发射检测信号幅值图；

图4为本发明缠绕质量较差时的声发射检测信号幅值图。

其中：1-开关式磁力座；2-弹簧；3-声发射传感器；4-支架杆。