李伍林 李存鋒 趙杰 夏榮蓓

廊坊中油朗威工程項(xiàng)目管理有限公司

 

 

射線檢測(cè)是環(huán)焊縫無損檢測(cè)主要方式之一，目前傳統(tǒng)的評(píng)定方法為借助工具判定焊接質(zhì)量的級(jí)別。2017年7月2日中緬管道發(fā)生泄漏爆炸后，中石油組織相關(guān)單位對(duì)近十年的油氣管道開展環(huán)焊縫排查。結(jié)果顯示部分無損檢測(cè)單位底片錯(cuò)評(píng)漏評(píng)超過0.15‰，部分無損檢測(cè)人員錯(cuò)評(píng)漏評(píng)上百道焊口，因此需采用新的技術(shù)手段對(duì)無損檢測(cè)底片上的焊接缺陷進(jìn)行識(shí)別，減少甚至杜絕漏評(píng)現(xiàn)象。

1 傳統(tǒng)無損檢測(cè)存在的問題

1.1 無損檢測(cè)底片保存問題

射線檢測(cè)底片作為反映焊接質(zhì)量最重要的資料，其保存需要相應(yīng)的通風(fēng)、溫度、濕度要求，但在底片存儲(chǔ)過程中容易出現(xiàn)底片私自損毀、丟失、查找不便、與評(píng)定報(bào)告不匹配等問題。

1.2 無損檢測(cè)底片評(píng)定問題

目前傳統(tǒng)的評(píng)定方法為評(píng)片人員借助觀片燈、放大鏡、量尺等工具來完成。首先判斷射線底片上是否有缺陷，然后判斷缺陷的類型，接著對(duì)缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判定檢測(cè)質(zhì)量的級(jí)別。這種方法受人員、設(shè)備、底片質(zhì)量等因素的影響，易存在評(píng)定不準(zhǔn)、速度慢、查詢不變等缺點(diǎn)。

2 無損檢測(cè)數(shù)字化意義及優(yōu)勢(shì)

2017年，中石油提出對(duì)在役管道數(shù)據(jù)逆向恢復(fù)和“智慧管道”全數(shù)字化移交的要求，而射線底片作為反映焊口質(zhì)量最重要的資料，對(duì)于數(shù)據(jù)逆向恢復(fù)和全數(shù)字化移交具有重要的意義，且優(yōu)勢(shì)明顯。

（1）實(shí)現(xiàn)射線底片永久保存，為管道運(yùn)行維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）對(duì)數(shù)字底片資料進(jìn)行分類存儲(chǔ)歸檔，查找索引快速方便。

（3）通過對(duì)比內(nèi)檢測(cè)圖像和射線底片掃描圖像，確認(rèn)焊口和檢測(cè)底片的一致性。

（4）掃描影像格式為DICONDE（不可修改影像格式，可作為司法鑒定證據(jù)），確保數(shù)字化影像有法律效力。

（5）提供NDT數(shù)字化影像管理功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與CR、 DR影像兼容管理。

（6）開發(fā)算法和評(píng)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化評(píng)片。

（7）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊口質(zhì)量進(jìn)行“遠(yuǎn)程會(huì)診”。

（8）可比對(duì)焊口不同時(shí)期的復(fù)拍底片與原焊口底片，以監(jiān)控缺陷變化情況。

3 數(shù)字化無損檢測(cè)技術(shù)

3.1 射線底片數(shù)字化

射線底片數(shù)字化是將傳統(tǒng)射線底片經(jīng)數(shù)字化處理后，把底片圖像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，通過讀圖軟件顯示 的過程。射線底片數(shù)字化可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)永久保存，快速遠(yuǎn)程檢索等。

3.2 AUT檢測(cè)技術(shù)

AUT（全自動(dòng)超聲波）檢測(cè)是超聲波檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的檢測(cè)新技術(shù)。其將焊縫沿厚度方向分成若干區(qū)，每個(gè)區(qū)用一對(duì)或兩對(duì)聚焦探頭檢測(cè)，同時(shí)還采用非聚焦探頭檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果以圖像形式顯示，分為A掃描、 B掃描及超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）三種顯示方式。

3.3 DR檢測(cè)技術(shù)

DR檢測(cè)即X射線數(shù)字成像檢測(cè)，是基于射線檢測(cè)原理，利用計(jì)算機(jī)軟件控制成像器件，實(shí)現(xiàn)射線光子到數(shù)字信號(hào)再到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過程，最終在顯示器上觀察和處理缺陷。射線數(shù)字成像技術(shù)用數(shù)字陣列探測(cè)器或成像板代替膠片，接收穿透工件后衰減的射線，并通過光學(xué)及電子電路方法以數(shù)字信號(hào)顯示圖像。

4 射線檢測(cè)應(yīng)用研究

4.1 AUT檢測(cè)在中俄東線應(yīng)用

自西氣東輸管道工程全自動(dòng)焊接采用AUT檢測(cè)技術(shù)開始， AUT檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)斷斷續(xù)續(xù)應(yīng)用十幾年，但只參與檢測(cè)小部分長(zhǎng)輸管線。 2016年中俄原油管道二期工程開始全面推廣AUT檢測(cè)技術(shù)，中俄東線（黑河―長(zhǎng)嶺）開始全面應(yīng)用。

4.1.1 檢測(cè)方式

中 俄 東 線 （ 黑 河 — 長(zhǎng) 嶺 ） 段 自 動(dòng) 焊 焊 口采用 1 0 0 % A U T + 2 0 % RT復(fù)驗(yàn)檢測(cè)方式，穿越口100%AUT+100%RT雙百雙評(píng)，連頭口、返修口采用100%PAUT+100%UT+100%RT檢測(cè)方式。

4.1.2 圖片質(zhì)量分析

在AUT檢測(cè)實(shí)施過程中， AUT掃查圖圖譜主要有以下六大類質(zhì)量問題，影響結(jié)果評(píng)定。

（1） TOFD直通波<40%。包括校準(zhǔn)圖TOFD直通波<40%和掃查圖TOFD直通波<40%（<20%包含其中）兩種情況。

（2） TOFD數(shù)據(jù)丟失。包括TOFD探頭的楔塊和管體表面接觸不好，導(dǎo)致耦合不良數(shù)據(jù)丟失；管材表面凹痕、制管焊縫與母材不能圓滑過渡、管材表面飛濺、掃查起始位置耦合劑供給不足等導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

（3）軌道偏置。主要包括坡口加工精度、對(duì)口間隙精度、管子橢圓度、焊縫錯(cuò)邊量、根焊道成型、參考線劃制精度、軌道安裝精度、防腐層薄厚等超標(biāo)導(dǎo)致軌道偏置。

（4）校準(zhǔn)圖體積通道未達(dá)到100%。包括部分校準(zhǔn)圖中體積通道在調(diào)試時(shí)按照主反射體的波幅調(diào)到80%作為基準(zhǔn)波高。

（5）體積通道數(shù)據(jù)丟失。包括制管焊縫打磨不均勻或未圓滑過渡，相控陣探頭的楔塊和管體表面接觸不好導(dǎo)致耦合不良數(shù)據(jù)丟失；管體表面油污、銹蝕嚴(yán)重、預(yù)留裸管段長(zhǎng)度不夠、有防腐底漆等引起耦合不良數(shù)據(jù)丟失。

（6）焊口錯(cuò)評(píng)、漏評(píng)問題。包括一評(píng)一審制度執(zhí)行不嚴(yán)格，評(píng)圖人員視覺疲勞，審核人員履職不到位，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解不透徹等導(dǎo)致錯(cuò)評(píng)漏評(píng)。

4.1.3 數(shù)據(jù)復(fù)核

針對(duì)AUT檢測(cè)掃查圖出現(xiàn)的問題，為保證無損檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，中俄東線通過組織飛檢、互評(píng)、第四方復(fù)核和國(guó)外公司抽核以及遠(yuǎn)程評(píng)審等措施，確保了AUT檢測(cè)質(zhì)量。

4.2 DR在閩粵支干線應(yīng)用

4.2.1 DR檢測(cè)優(yōu)勢(shì)

DR在閩粵支干線上優(yōu)先檢測(cè)金口、連頭焊口、返修以及穿越焊口。 DR檢測(cè)在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和傳輸、圖譜的數(shù)字化分析及圖像靈敏度方面更加具有優(yōu)勢(shì)。不同檢測(cè)單位及DR廠家缺陷檢出對(duì)比見表 1。

4.2.2 DR檢測(cè)存在問題

（1） DR檢測(cè)結(jié)果與RT檢測(cè)結(jié)果尺寸對(duì)比存在一定差異，主要由設(shè)備技術(shù)參數(shù)、爬行器定位誤差、標(biāo)記帶誤差以及評(píng)判誤差導(dǎo)致。

（2）同一臺(tái)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的檢出率波動(dòng)，主要是檢測(cè)評(píng)判人員和檢測(cè)參數(shù)的設(shè)置變化造成，尤其當(dāng)單口曝光時(shí)間縮短時(shí)，檢測(cè)效率提高，圖像質(zhì)量有所降低，同時(shí)DR的缺陷檢出率也會(huì)下降（表 1）。

（3）在DR設(shè)備成像過程中，探測(cè)器由于自身重量和機(jī)械結(jié)構(gòu)原因，在環(huán)焊縫的0點(diǎn)、 3點(diǎn)、 6點(diǎn)和9點(diǎn)位置距焊縫表面距離發(fā)生改變，導(dǎo)致成像質(zhì)量存在差異。

4.2.3 應(yīng)用建議

DR在國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管線應(yīng)用剛剛開始，由于技術(shù)人員對(duì)新技術(shù)有一個(gè)適應(yīng)過程，檢測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性還需進(jìn)一步提升，且DR檢測(cè)人員在圖譜處理、判讀準(zhǔn)確性等方面水平參差不齊， DR全面替代RT會(huì)存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和增加投資費(fèi)用的問題，建議在保證管道工程無損檢測(cè)質(zhì)量前提下，逐步推廣應(yīng)用。

5 智能評(píng)片研究

無損檢測(cè)智能評(píng)定系統(tǒng)是通過底片的數(shù)字化處理，依靠計(jì)算機(jī)的高速處理能力，將人工評(píng)片的工作轉(zhuǎn)化為圖像處理技術(shù)，對(duì)管道焊縫圖像中存在的缺陷進(jìn)行圖像處理，建立焊縫底片圖像缺陷特征庫(kù)，建立分類模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管道焊縫缺陷底片的分類評(píng)價(jià)。

5.1 技術(shù)原理

5.1.1 數(shù)字化圖像處理技術(shù)自動(dòng)分割

數(shù)字化圖像處理技術(shù)主要包括底片數(shù)字化分割、圖像去噪、圖像增強(qiáng)技術(shù)，圖像處理主要目的是提高缺陷與焊縫之間的對(duì)比或者區(qū)別，從而能更好的將缺陷區(qū)分開來。

5.1.2邊緣檢測(cè)

邊緣檢測(cè)處理流程如圖 2所示。

5.1.3 特征提�。⊿VM多分類器構(gòu)造）

分類器構(gòu)造即在整體結(jié)構(gòu)中，先將相似量作為一類，然后根據(jù)相似量之間的細(xì)微變化，再通過模型算法進(jìn)行區(qū)分。管道建設(shè)期和運(yùn)行期焊縫中存在的裂紋、夾渣、氣孔、弧坑、未焊透、未熔合、咬邊等缺陷，不同缺陷的灰度差∆h、等效面積S/C、圓形度e、熵ENT、對(duì)比度CON等相關(guān)度等參數(shù)不盡相同，利用這些特征參數(shù)建立SVM多分類（圖 3、圖 4）。

        

5.1.4 數(shù)字化底片分析及識(shí)別

對(duì)數(shù)字化底片的基礎(chǔ)信息進(jìn)行預(yù)處理，采用邊緣檢測(cè)閾值分析方法提取特征參數(shù)，采用典型缺陷SVM多類分類器方法構(gòu)造算法，對(duì)其中存在的焊縫缺陷進(jìn)行分析、識(shí)別，并對(duì)其可接受性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5.2 系統(tǒng)功能

將環(huán)焊縫圖像處理、邊緣檢測(cè)、缺陷特征的提取、智能識(shí)別集成，通過采用支持向量機(jī)的模擬算法，建立環(huán)焊縫缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)，通過有效的數(shù)據(jù)計(jì)算出焊縫的缺陷類型和類別，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)焊縫缺陷智能識(shí)別的一鍵式處理（圖 5、圖 6）。

        

5.3 系統(tǒng)應(yīng)用

將環(huán)焊縫焊接缺陷智能評(píng)定系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于坪山—前灣天然氣管線，發(fā)現(xiàn)與人工評(píng)定不一致處，主要為將條狀?yuàn)A渣評(píng)為條狀缺陷（表 2）。

6 結(jié)語(yǔ)

油氣管道環(huán)焊縫缺陷智能評(píng)定可有效避免其結(jié)果受人員、設(shè)備的影響，并有望在將來徹底取代人工評(píng)定，減少無損檢測(cè)錯(cuò)評(píng)、漏評(píng)現(xiàn)象，提高無損檢測(cè)評(píng)定準(zhǔn)確率，確保管道本質(zhì)安全，同時(shí)減少人力成本，應(yīng)用前景十分廣闊。進(jìn)一步收集缺陷樣本庫(kù)，開展系統(tǒng)自動(dòng)學(xué)習(xí)功能研究，細(xì)化缺陷特征及特征值，研究AUT掃查圖和DR數(shù)字底片缺陷特征，將提高智能系統(tǒng)評(píng)定的準(zhǔn)確率和應(yīng)用范圍。

 

 

作者：李伍林， 1986年生， 2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，學(xué)士，工程師。