油气管道环焊缝缺陷检测方法研究

摘 要：焊缝状态及质量对油气管道的安全运行起着至关重要的作用。开展油气管道环焊缝缺陷检测是发现管道焊缝缺陷的必要步骤，严格控制焊缝质量，对避免事故发生具有重要的意义。本文结合自身工作经验，从射线检测、超声检测、相控阵检测等几种常用无损检测方法进行比对，分析当前油气管道环焊缝缺陷检测现状，并在此基础上对检测技术研究进展进行分析比对，旨在更加深入了解油气管道环焊缝缺陷检测技术。

关键词：油气管道;射线检测;超声检测;相控阵检测

焊缝作为管道敷设工艺中连接两根管道的接头部位，焊接好坏直接影响到管道的安全使用寿命，若焊缝存在缺陷容易造成应力集中，缩短使用寿命甚至引起断裂发生安全事故，近年因油气管道环焊缝缺陷失效发生油气泄漏爆炸事故时有发生，造成人员伤亡、污染环境和经济损失。鉴于此，如何利用现有无损检测技术对管道环焊缝进行检测，及时发现焊缝缺陷，采取有效措施及时进行修复，确保油气管道安全运行就显得极为重要。

1 油气管道环焊缝缺陷检测的现状分析

本企业在役成品油管道6千余公里，管道已安全运行15年之久，企业定期开展漏磁内检测，对检测中发现的环焊缝缺陷进行定位开挖验证，通过检测评估，根据缺陷严重程度制定维修计划，在修复过程中对焊缝检测通常采用的方法有如下三种：

1.1 射线检测

射线检测主要是利用射线的透射性和不同材料对射线的吸收率的差异性判断缺陷位置，对于存在缺陷的焊缝由于吸收率不同会引起射线的穿透强度也有所差异，正是利用这种差异性才可以判定油气管道环焊缝存在的位置。通常根据使用的射线源将射线检测分为X射线检测和γ射线检测，X射线检测是利用射线对管道进行透照，γ射线检测是利用γ源对环焊缝全周进行一次曝光。两种检测方式都是射线穿透焊缝，将底片进行曝光，在底片上留下射线图片。对于油气管道环焊缝检测而言，随着技术的发展，目前射线检测主流的方案是采用中心透照法，它是通过工业管道爬行器，利用爬行器在管道内进行运动，来接受输入信息，通过后台CPU快速处理，确定前进动作及曝光时间，进而来控制各种指令的完成。这种方法的优势体现在一次曝光即可实现对整条环形焊缝的检测，工作效率高。射线检测对体积型缺陷较为敏感，如对夹渣、气孔、咬变、凹坑等此类缺陷检测时灵敏度较高，且可以获得缺陷的直观图像，定性准确，检测结果可以直接保存，因此射线检测是油气管道焊缝检测中应用较为广泛的检测技术之一。但是射线检测也存在一些局限性，如对线现状缺陷特别是厚板中细小的未焊透（熔入不足）或微裂纹等难于发现，随着检测厚度增加，灵敏度会下降，另外射线检测过程中的辐射对人体有所伤害。

1.2 超声检测

相对于射线检测而言，超声检测的灵敏度较高，如果检测方法控制合理，则很可能检测出闭合的裂纹。超声检测技术在对管道检测时，主要配合爬行器来进行扫描检测，如A、B、C扫描及混合扫描的检测方式，但在初期，其检测范围也局限于对手工焊缝的检测，用于钢管的成型检测。随着数字化超声技术、聚焦探头等技术的不断发展，对于油气管道环形焊缝的识别度也日趋提升，检测技术也不断提升，目前超声检测主要有投射法、共振法、脉冲反射法等三种方法，其中脉冲反射法的应用范围最为广泛，它主要是利用晶体内的压电效应及逆压电效应，结合超声波在介质何种传播时的状况，当遇到夹渣、气泡、裂缝等阻力比较大的介质时，超声波会在该位置发生折射或者反射现象，从而来实现对焊缝缺陷的一种检测。超声检测因检测范围广、缺陷定位准、检测成本低、对检测人员没有伤害，是目前应用最为广泛的一种检测技术。

1.3 超声相控阵检测

超声相控阵技术最早用于医疗行业，随着技术的不断深入，在焊缝缺陷检测中逐步运用。相控阵转换器是超声相控阵检测的关键，它是运用多个互相独立的压电晶片，按照特定的顺序来进行排列组合，形成一个阵列，进行发射或接受回波。

在油气管道环焊缝检测中，与传统手动超声探伤相比，超声相控阵无损检测的优势主要体现在三个方面。首先，检测速度比较快，将传统栅格形扫查进行替代，采用了一种单轴扇形的扫描方式，仅需一次扫查即可实现对整条焊缝的检测;其次，可以进行车载作业，由计算机辅助检测进行标定、分析，可以大大节省检测人员的劳动强度;最后对于油气管道环形焊缝的缺陷定位准确，可以有效提升检测的灵敏度，保证检测质量。

与传统自动超声波检测技术相比，超声相控阵检测存在典型的优势：他探头的重量较轻，整体体积较小，便于进行使用;打破传统机械定焦时焦点局限性的特点，基于软件参数设计来对多方向进行扫查，适应多种不同的工况设计，提升整体运用的灵活性;利用接受单元及发射单元来对声场进行控制，保证检测效率同时，提升检测的整体灵敏度。

2 油气输送管道环焊缝检测技术研究进展

2.1 射线检测

虽然射线检测污染环境，对检测人员身体有一定危害且属于一种传统检测手段，但是对于检测结果十分直观，可以长期保存，对于管道环形焊缝检测没有特殊的要求，在油气管道建设期间属于企业要求必须进行的焊缝双百检测内容之一。目前主要围绕配套检测机器人来进行射线检测，相关技术研究体现在跟踪及自动定位技术;检测数据存储、压缩、判断技术;缺陷类型的自动判定等，随着射线检测技术不断推进，对于焊缝缺陷的检测精确度也将逐步提升。

2.2 超声检测

目前在油气管路环形焊缝缺陷检测中，专机和配套机器人已经取代了传统手工检测模式，通过运用信息技术及图像处理技术，信息检测的精确、可视化水平也日益提升。但是，超声检测对于细小焊缝缺陷的检测灵敏度比较低，需要具备一定的参考标准来可以提升检测的精度;耦合剂反射波、工件轮廓回波、探头杂波等信号波的处理水平偏低等，这也是对于超声检测后续研究的重点。

2.3 超声相控阵检测

该技术在国外长输管线中运用较多，取得了良好的实践效果。相控阵检测技术能够实现各声束相位可控以及电子控制聚焦焦点。正是具有了这些特点，才使得相控阵有了更高的缺陷分辨力和检测灵敏度，同吋相控阵具有检测速度更快、阁象更清晰的优点，从而使其达到了能够高质量的完成辉缝扫査、及時显示和同时结果评价的目的。当前，超声相控阵检测已经在国内油气管道企业中得到成功的运用。目前如何对缺陷类型进行自动识别也是制约相控阵检测技术发展的关键，很多学者围绕环焊缝缺陷的自动识别进行分析，通过采集缺陷信号来构建相应的特征库，运用算法及模式来进行识别，从而实现对焊缝缺陷的快速定位及判断。

此外，超声相控阵系统成像的横向分辨率和纵向分辨率是由系统的发射、接收聚焦能力决定的。但聚焦定理的设计是基于点源假设，忽略了阵元尺寸，导致了横向分辨率的降低，因此如何改变这一问题也是后续研究的方向。

4 结束语

随着国家管网公司的成立，我国油气管道建设又将进入一个新的发展期，油气管网建设将成为趋势，因此如何制定高效、高精度的焊缝缺陷检测方法，来避免重大油气泄漏事故的发生已成为当前研究发展的关键课题。综上所述，超声相控阵焊缝探伤检测已成为主流研究方法，应做好焊缝缺陷检测的回波接受及声波发射，制定一套适用于油气管道的系统，提升系统稳定性，已成为后续发展的主流。

参考文献：

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[3]薛岩，周广言，李佳，闫臣.油气管道环焊缝自动超声检测与射线检测方法对比[J].无损检测，2016，38（11）：45-48+73.

作者简介：

祁宏庚（1972- ），男，云南曲靖人，本科，成品油管道运行管理，助理工程师。