油氣管道環焊縫缺陷檢測方法研究

摘 要：焊縫狀態及質量對油氣管道的安全運行起著至關重要的作用。開展油氣管道環焊縫缺陷檢測是發現管道焊縫缺陷的必要步驟，嚴格控制焊縫質量，對避免事故發生具有重要的意義。本文結合自身工作經驗，從射線檢測、超聲檢測、相控陣檢測等幾種常用無損檢測方法進行比對，分析當前油氣管道環焊縫缺陷檢測現狀，并在此基礎上對檢測技術研究進展進行分析比對，旨在更加深入了解油氣管道環焊縫缺陷檢測技術。

關鍵詞：油氣管道;射線檢測;超聲檢測;相控陣檢測

焊縫作為管道敷設工藝中連接兩根管道的接頭部位，焊接好壞直接影響到管道的安全使用壽命，若焊縫存在缺陷容易造成應力集中，縮短使用壽命甚至引起斷裂發生安全事故，近年因油氣管道環焊縫缺陷失效發生油氣泄漏爆炸事故時有發生，造成人員傷亡、污染環境和經濟損失。鑒于此，如何利用現有無損檢測技術對管道環焊縫進行檢測，及時發現焊縫缺陷，采取有效措施及時進行修復，確保油氣管道安全運行就顯得極為重要。

1 油氣管道環焊縫缺陷檢測的現狀分析

本企業在役成品油管道6千余公里，管道已安全運行15年之久，企業定期開展漏磁內檢測，對檢測中發現的環焊縫缺陷進行定位開挖驗證，通過檢測評估，根據缺陷嚴重程度制定維修計劃，在修復過程中對焊縫檢測通常采用的方法有如下三種：

1.1 射線檢測

射線檢測主要是利用射線的透射性和不同材料對射線的吸收率的差異性判斷缺陷位置，對于存在缺陷的焊縫由于吸收率不同會引起射線的穿透強度也有所差異，正是利用這種差異性才可以判定油氣管道環焊縫存在的位置。通常根據使用的射線源將射線檢測分為X射線檢測和γ射線檢測，X射線檢測是利用射線對管道進行透照，γ射線檢測是利用γ源對環焊縫全周進行一次曝光。兩種檢測方式都是射線穿透焊縫，將底片進行曝光，在底片上留下射線圖片。對于油氣管道環焊縫檢測而言，隨著技術的發展，目前射線檢測主流的方案是采用中心透照法，它是通過工業管道爬行器，利用爬行器在管道內進行運動，來接受輸入信息，通過后臺CPU快速處理，確定前進動作及曝光時間，進而來控制各種指令的完成。這種方法的優勢體現在一次曝光即可實現對整條環形焊縫的檢測，工作效率高。射線檢測對體積型缺陷較為敏感，如對夾渣、氣孔、咬變、凹坑等此類缺陷檢測時靈敏度較高，且可以獲得缺陷的直觀圖像，定性準確，檢測結果可以直接保存，因此射線檢測是油氣管道焊縫檢測中應用較為廣泛的檢測技術之一。但是射線檢測也存在一些局限性，如對線現狀缺陷特別是厚板中細小的未焊透（熔入不足）或微裂紋等難于發現，隨著檢測厚度增加，靈敏度會下降，另外射線檢測過程中的輻射對人體有所傷害。

1.2 超聲檢測

相對于射線檢測而言，超聲檢測的靈敏度較高，如果檢測方法控制合理，則很可能檢測出閉合的裂紋。超聲檢測技術在對管道檢測時，主要配合爬行器來進行掃描檢測，如A、B、C掃描及混合掃描的檢測方式，但在初期，其檢測范圍也局限于對手工焊縫的檢測，用于鋼管的成型檢測。隨著數字化超聲技術、聚焦探頭等技術的不斷發展，對于油氣管道環形焊縫的識別度也日趨提升，檢測技術也不斷提升，目前超聲檢測主要有投射法、共振法、脈沖反射法等三種方法，其中脈沖反射法的應用范圍最為廣泛，它主要是利用晶體內的壓電效應及逆壓電效應，結合超聲波在介質何種傳播時的狀況，當遇到夾渣、氣泡、裂縫等阻力比較大的介質時，超聲波會在該位置發生折射或者反射現象，從而來實現對焊縫缺陷的一種檢測。超聲檢測因檢測范圍廣、缺陷定位準、檢測成本低、對檢測人員沒有傷害，是目前應用最為廣泛的一種檢測技術。

1.3 超聲相控陣檢測

超聲相控陣技術最早用于醫療行業，隨著技術的不斷深入，在焊縫缺陷檢測中逐步運用。相控陣轉換器是超聲相控陣檢測的關鍵，它是運用多個互相獨立的壓電晶片，按照特定的順序來進行排列組合，形成一個陣列，進行發射或接受回波。

在油氣管道環焊縫檢測中，與傳統手動超聲探傷相比，超聲相控陣無損檢測的優勢主要體現在三個方面。首先，檢測速度比較快，將傳統柵格形掃查進行替代，采用了一種單軸扇形的掃描方式，僅需一次掃查即可實現對整條焊縫的檢測;其次，可以進行車載作業，由計算機輔助檢測進行標定、分析，可以大大節省檢測人員的勞動強度;最后對于油氣管道環形焊縫的缺陷定位準確，可以有效提升檢測的靈敏度，保證檢測質量。

與傳統自動超聲波檢測技術相比，超聲相控陣檢測存在典型的優勢：他探頭的重量較輕，整體體積較小，便于進行使用;打破傳統機械定焦時焦點局限性的特點，基于軟件參數設計來對多方向進行掃查，適應多種不同的工況設計，提升整體運用的靈活性;利用接受單元及發射單元來對聲場進行控制，保證檢測效率同時，提升檢測的整體靈敏度。

2 油氣輸送管道環焊縫檢測技術研究進展

2.1 射線檢測

雖然射線檢測污染環境，對檢測人員身體有一定危害且屬于一種傳統檢測手段，但是對于檢測結果十分直觀，可以長期保存，對于管道環形焊縫檢測沒有特殊的要求，在油氣管道建設期間屬于企業要求必須進行的焊縫雙百檢測內容之一。目前主要圍繞配套檢測機器人來進行射線檢測，相關技術研究體現在跟蹤及自動定位技術;檢測數據存儲、壓縮、判斷技術;缺陷類型的自動判定等，隨著射線檢測技術不斷推進，對于焊縫缺陷的檢測精確度也將逐步提升。

2.2 超聲檢測

目前在油氣管路環形焊縫缺陷檢測中，專機和配套機器人已經取代了傳統手工檢測模式，通過運用信息技術及圖像處理技術，信息檢測的精確、可視化水平也日益提升。但是，超聲檢測對于細小焊縫缺陷的檢測靈敏度比較低，需要具備一定的參考標準來可以提升檢測的精度;耦合劑反射波、工件輪廓回波、探頭雜波等信號波的處理水平偏低等，這也是對于超聲檢測后續研究的重點。

2.3 超聲相控陣檢測

該技術在國外長輸管線中運用較多，取得了良好的實踐效果。相控陣檢測技術能夠實現各聲束相位可控以及電子控制聚焦焦點。正是具有了這些特點，才使得相控陣有了更高的缺陷分辨力和檢測靈敏度，同吋相控陣具有檢測速度更快、閣象更清晰的優點，從而使其達到了能夠高質量的完成輝縫掃査、及時顯示和同時結果評價的目的。當前，超聲相控陣檢測已經在國內油氣管道企業中得到成功的運用。目前如何對缺陷類型進行自動識別也是制約相控陣檢測技術發展的關鍵，很多學者圍繞環焊縫缺陷的自動識別進行分析，通過采集缺陷信號來構建相應的特征庫，運用算法及模式來進行識別，從而實現對焊縫缺陷的快速定位及判斷。

此外，超聲相控陣系統成像的橫向分辨率和縱向分辨率是由系統的發射、接收聚焦能力決定的。但聚焦定理的設計是基于點源假設，忽略了陣元尺寸，導致了橫向分辨率的降低，因此如何改變這一問題也是后續研究的方向。

4 結束語

隨著國家管網公司的成立，我國油氣管道建設又將進入一個新的發展期，油氣管網建設將成為趨勢，因此如何制定高效、高精度的焊縫缺陷檢測方法，來避免重大油氣泄漏事故的發生已成為當前研究發展的關鍵課題。綜上所述，超聲相控陣焊縫探傷檢測已成為主流研究方法，應做好焊縫缺陷檢測的回波接受及聲波發射，制定一套適用于油氣管道的系統，提升系統穩定性，已成為后續發展的主流。

參考文獻：

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作者簡介：

祁宏庚（1972- ），男，云南曲靖人，本科，成品油管道運行管理，助理工程師。