趙賞鑫

國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司建設(shè)項(xiàng)目管理分公司，河北廊坊 065000

1 數(shù)字化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

1.1 AUT檢測(cè)技術(shù)

AUT檢測(cè)技術(shù)（自動(dòng)超聲檢測(cè)）采用分區(qū)掃查法，同時(shí)輔以TOFD和B掃描技術(shù)，將焊縫從壁厚垂直方向分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)高度一般為2～3 mm，每個(gè)分區(qū)針對(duì)坡口未熔合采用獨(dú)立的檢測(cè)方案，檢測(cè)結(jié)果以數(shù)字化形式實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)，能夠快速地反饋全自動(dòng)焊焊接質(zhì)量，避免因焊接參數(shù)不當(dāng)而導(dǎo)致大量缺陷的產(chǎn)生[1-5]。

AUT檢測(cè)技術(shù)根據(jù)全自動(dòng)焊口易出現(xiàn)的坡口未熔合缺陷制定檢測(cè)方案，對(duì)每個(gè)位置的未熔合缺陷均有較高的檢出率。RT采用膠片成像，當(dāng)缺陷角度與射線角度偏差大于15°時(shí)檢測(cè)靈敏度急劇下降，對(duì)全自動(dòng)焊根部未熔合缺陷檢出率較低。AUT和RT對(duì)根部未熔合檢測(cè)情況如圖1所示，AUT顯示該焊口存在根部未熔合，而RT顯示為Ⅰ級(jí)片，通過(guò)切片顯示該位置存在根部未熔合，AUT檢出缺陷而RT漏檢。

圖1 AUT和RT對(duì)根部未熔合檢測(cè)情況

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某工程2 708道管道全自動(dòng)焊缺陷焊口進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)全自動(dòng)焊最主要的焊口缺陷類型為未熔合，缺陷類型及所占比例如表1所示。

表1 全自動(dòng)焊缺陷類型統(tǒng)計(jì)

基于全自動(dòng)焊口缺陷類型特點(diǎn)，目前在建和新建項(xiàng)目所有全自動(dòng)焊焊口均推薦采用100%AUT無(wú)損檢測(cè)，對(duì)特殊地段焊口，根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加100%RT檢測(cè)。

1.2 PAUT檢測(cè)技術(shù)

PAUT檢測(cè)是根據(jù)設(shè)定的延遲法則，激發(fā)相控陣陣列探頭各獨(dú)立壓電晶片（陣元）合成聲束，并實(shí)現(xiàn)聲束的移動(dòng)、偏轉(zhuǎn)和聚焦等功能，再按一定的延遲法則接收超聲信號(hào)，并以圖像的方式顯示被檢對(duì)象內(nèi)部狀態(tài)的超聲檢測(cè)技術(shù)。長(zhǎng)輸管道PAUT檢測(cè)主要采用扇形掃查，即利用一組固定晶片在多角度范圍內(nèi)（35°～70°）掃查，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)區(qū)域的全覆蓋。沿焊縫周向掃查一周，即可完成整個(gè)焊縫及熱影響區(qū)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果以數(shù)字化形式實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)，缺陷檢出率高。

PAUT檢測(cè)可以在聲場(chǎng)中不同空間位置的某一點(diǎn)形成聚焦，增強(qiáng)了對(duì)焊縫中細(xì)小缺陷的檢測(cè)能力，與傳統(tǒng)UT檢測(cè)技術(shù)相比，PAUT能夠在探頭不移動(dòng)的條件下實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同波束角度的高靈敏度聚焦掃查，其效果相當(dāng)于多種角度的常規(guī)探頭同時(shí)工作，檢測(cè)靈敏度很高。同時(shí)，PAUT檢測(cè)采用機(jī)械掃查，通過(guò)編碼器對(duì)掃查位置進(jìn)行記錄，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。基于PAUT檢測(cè)的特點(diǎn)，PAUT主要用于返修口、連頭口及非自動(dòng)焊口的檢測(cè)，PAUT檢測(cè)結(jié)果顯示如圖2所示。

圖2 管道環(huán)焊縫PAUT檢測(cè)

1.3 DR檢測(cè)技術(shù)

DR檢測(cè)利用X射線的穿透特性和衰減特性，以X射線機(jī)為射線源，以線陣列或平板探測(cè)器替代傳統(tǒng)膠片作為X射線接收轉(zhuǎn)換裝置，檢測(cè)時(shí)X射線透照過(guò)被檢物體后，強(qiáng)度發(fā)生了改變，衰減后的射線光子被數(shù)個(gè)探測(cè)器接收轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光或電子，而后通過(guò)電路讀出并進(jìn)行數(shù)字化處理，再將信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成可顯示、分析處理和存儲(chǔ)的數(shù)字化圖像，檢測(cè)圖像可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接上傳至工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)。DR檢測(cè)如圖3所示，采用探測(cè)器的實(shí)時(shí)成像代替RT的膠片成像，主要用于返修口、連頭口及非自動(dòng)焊口的檢測(cè)[5]。

圖3 管道環(huán)焊縫DR檢測(cè)

2 工程應(yīng)用與質(zhì)量控制

2.1 AUT檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

AUT檢測(cè)雖為自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，但仍需專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行工藝方案制定、缺陷評(píng)判，在使用過(guò)程中仍存在一些人員、設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)工藝問(wèn)題。從以往工程應(yīng)用情況來(lái)看，AUT在工程應(yīng)用中主要存在以下問(wèn)題。

（1） 人員技能水平參差不齊。目前TSG Z8001—2019《特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)人員考核規(guī)則》中未規(guī)定AUT檢測(cè)人員取證要求，2015年以前由設(shè)備廠家對(duì)AUT檢測(cè)人員進(jìn)行培訓(xùn)。2015年以后國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道行業(yè)建立了AUT檢測(cè)人員培訓(xùn)體系，針對(duì)長(zhǎng)輸管道開(kāi)展AUT檢測(cè)人員培訓(xùn)。但入場(chǎng)檢測(cè)的AUT人員缺乏足夠的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)圖譜質(zhì)量、典型缺陷的認(rèn)識(shí)不足，工程初期存在校準(zhǔn)圖靈敏度低、軌道偏移、耦合丟失超標(biāo)、覆蓋超標(biāo)等圖譜失效和錯(cuò)漏評(píng)問(wèn)題，圖譜失效問(wèn)題如表2、圖4所示[6]。

（2）設(shè)備資源短缺及性能變化。2018年以前AUT設(shè)備均為國(guó)外產(chǎn)品，在設(shè)備供貨周期、售后等方面存在一定的滯后，根據(jù)國(guó)家管網(wǎng)在“十四五”期間的規(guī)劃要求，AUT檢測(cè)機(jī)組需求峰值約118個(gè)，目前在項(xiàng)目上作業(yè)的AUT機(jī)組約70個(gè)，尚有近40個(gè)AUT機(jī)組缺口。AUT檢測(cè)設(shè)備由電子元器件組成，在使用一定期限后，其線性指標(biāo)會(huì)發(fā)生偏移，通道會(huì)損壞，甚至有些設(shè)備的電噪聲較大，影響評(píng)判。

表2 AUT圖譜失效統(tǒng)計(jì)

圖4 體積通道數(shù)據(jù)丟失、耦合丟失超標(biāo)導(dǎo)致圖譜失效

（3）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容不完善。AUT檢測(cè)技術(shù)采用的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 50818—2013，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)體積通道是否參與評(píng)判、耦合通道設(shè)置要求、鋼管表面狀況導(dǎo)致耦合始終超標(biāo)后的處理措施、數(shù)據(jù)有效性等要求，均未明確規(guī)定。

2.2 AUT檢測(cè)的質(zhì)量控制措施

為保證AUT檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的可靠性，需要針對(duì)AUT在工程中出現(xiàn)的問(wèn)題制定專項(xiàng)質(zhì)量控制措施，建立完善的油氣管道AUT檢測(cè)質(zhì)量控制體系。以中俄東線天然氣管道工程為例，通過(guò)立項(xiàng)研究、工程應(yīng)用試驗(yàn)、爭(zhēng)議缺陷割口驗(yàn)證等方式，制定了AUT檢測(cè)單位及人員入場(chǎng)管理措施，修訂完善了AUT檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立了無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)第四方復(fù)評(píng)和遠(yuǎn)程復(fù)評(píng)制度，有效保證了AUT檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的可靠性。

（1）開(kāi)展AUT工藝評(píng)定。通過(guò)開(kāi)展《鋼質(zhì)油氣管道環(huán)焊縫全自動(dòng)超聲檢測(cè)工藝評(píng)定與認(rèn)證方法》項(xiàng)目的研究，完成了缺陷檢出率統(tǒng)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)，確定了對(duì)AUT檢測(cè)單位及AUT檢測(cè)機(jī)組的工藝評(píng)定程序及認(rèn)證方法，制定了通用AUT工藝評(píng)定和專項(xiàng)AUT工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)文件[7]。通用AUT工藝評(píng)定是在檢測(cè)單位重復(fù)性試驗(yàn)、溫度靈敏度試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上（如圖5所示），通過(guò)缺陷檢出率統(tǒng)計(jì)分析，能夠?qū)z測(cè)單位的AUT檢測(cè)能力進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。專項(xiàng)AUT工藝評(píng)定是針對(duì)入場(chǎng)的AUT檢測(cè)機(jī)組開(kāi)展的能力考核，在重復(fù)性試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)入場(chǎng)的AUT檢測(cè)人員、檢測(cè)設(shè)備、校準(zhǔn)試塊及檢測(cè)工藝進(jìn)行有效驗(yàn)證，以保證入場(chǎng)AUT檢測(cè)機(jī)組的能力水平[8]。專項(xiàng)AUT工藝評(píng)定如圖6所示。

圖5 通用AUT工藝評(píng)定項(xiàng)目示意

圖6 專項(xiàng)AUT工藝評(píng)定項(xiàng)目示意

（2）統(tǒng)一校準(zhǔn)試塊設(shè)計(jì)加工。AUT校準(zhǔn)試塊是AUT設(shè)備校準(zhǔn)的必備工具，應(yīng)根據(jù)焊接工藝規(guī)程中的坡口形式及尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。試塊加工周期一般為20 d，焊接工藝規(guī)程發(fā)布至焊工考試之間的時(shí)間間隔不能滿足試塊加工周期的要求。同時(shí)，不同檢測(cè)公司試塊設(shè)計(jì)圖紙不一，有時(shí)存在偏差，影響校準(zhǔn)試塊加工進(jìn)度及質(zhì)量。為了保證AUT校準(zhǔn)試塊的一致性，建設(shè)單位委托專業(yè)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一根據(jù)焊接工藝預(yù)規(guī)程開(kāi)展校準(zhǔn)試塊圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，并提前進(jìn)行AUT校準(zhǔn)試塊材料加工，根據(jù)各標(biāo)段開(kāi)工需求統(tǒng)一調(diào)配AUT校準(zhǔn)試塊的加工順序，有效保證了AUT校準(zhǔn)試塊的加工質(zhì)量和入場(chǎng)時(shí)間。

（3）完善檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用數(shù)據(jù)，制定了《油氣管道環(huán)焊縫全自動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)規(guī)定》，對(duì)以往AUT標(biāo)準(zhǔn)中未涉及的人員資質(zhì)、工藝評(píng)定、工藝參數(shù)設(shè)置、耦合通道設(shè)置、數(shù)據(jù)有效性判定等要求予以明確，進(jìn)一步加強(qiáng)AUT檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的有效性。此外，為保證AUT檢測(cè)設(shè)備的可靠性，明確要求定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)合格的設(shè)備方能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。

（4）開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)技術(shù)交底。為了統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程典型案例，建設(shè)單位組織對(duì)入場(chǎng)檢測(cè)人員、無(wú)損檢測(cè)監(jiān)理工程師、第四方檢測(cè)單位復(fù)評(píng)人員進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)技術(shù)交底，進(jìn)一步細(xì)化并明確檢測(cè)過(guò)程中的關(guān)鍵指標(biāo)及項(xiàng)目要求。

2.3 PAUT檢測(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）PAUT檢測(cè)技術(shù)采用聚焦和多角度范圍扇形掃查原理，與UT采用單一角度檢測(cè)原理相比，缺陷的反射回波更強(qiáng)烈，GB/T 32563—2016《無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)相控陣超聲檢測(cè)方法》僅規(guī)定了工藝方法，未明確驗(yàn)收指標(biāo)，工程應(yīng)用初期沿用了Q/SY 06317.2《油氣儲(chǔ)運(yùn)工程無(wú)損檢測(cè)技術(shù)規(guī)范第2部分：鋼制管道相控陣超聲檢測(cè)》中的PAUT驗(yàn)收指標(biāo)，該指標(biāo)與UT的驗(yàn)收指標(biāo)一致，導(dǎo)致了過(guò)度返修，如圖7所示。

圖7 點(diǎn)狀缺陷返修

（2） PAUT是變壁厚焊口的主要檢測(cè)方式，目前新建項(xiàng)目采用等外徑、不等內(nèi)徑錐孔型坡口（如圖8所示），變壁厚種類及錐孔長(zhǎng)度多樣（長(zhǎng)度多樣主要由割口所致）。針對(duì)不同的變壁厚坡口型式，需要采用不同的PAUT檢測(cè)方案，否則易漏檢，如圖9所示。

圖8 錐孔型坡口

圖9 不同錐孔長(zhǎng)度下PAUT檢測(cè)漏檢

2.4 PAUT質(zhì)量控制措施

（1）完善檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，編制了《油氣管道工程相控陣檢測(cè)技術(shù)規(guī)定》，修訂了PAUT檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中模擬試塊及驗(yàn)收指標(biāo)的要求，確定了點(diǎn)狀缺欠、線狀缺欠和密集缺欠的分類，提高了固定連頭口的驗(yàn)收要求，避免了一般線路口的過(guò)度返修。為了統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程典型案例，對(duì)入場(chǎng)檢測(cè)人員和無(wú)損檢測(cè)監(jiān)理工程師進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)技術(shù)交底，進(jìn)一步細(xì)化并明確檢測(cè)過(guò)程中的關(guān)鍵指標(biāo)及項(xiàng)目要求。

（2）制定專項(xiàng)檢測(cè)方案。針對(duì)變壁厚焊口傳統(tǒng)倒角式內(nèi)坡口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合坡口機(jī)加工工藝和PAUT檢測(cè)工藝要求，開(kāi)展了《油氣管道工程變壁厚焊口內(nèi)對(duì)齊方案研究》的課題研究，完成了錐孔型內(nèi)坡口PAUT檢測(cè)工藝方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了PAUT檢測(cè)變壁厚焊口的最小錐孔長(zhǎng)度。針對(duì)不同變壁厚種類制定了《變壁厚焊口PAUT檢測(cè)方案》，保證了變壁厚焊口PAUT檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

3 結(jié)論與建議

數(shù)字化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在智慧管道建設(shè)過(guò)程中與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)明顯，在工程應(yīng)用中也充分展現(xiàn)了無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)缺陷檢出率高、檢測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)字化采集、檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)存儲(chǔ)等特點(diǎn)，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量控制體系的建立，有效保證了油氣管道數(shù)字化無(wú)損檢測(cè)的質(zhì)量，但在以下方面仍存在不足：

（1）AUT檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用受軌道安裝精度、二維平面成像不直觀等因素的影響，缺陷檢出率及缺陷評(píng)判不直觀，無(wú)法準(zhǔn)確呈現(xiàn)缺陷在焊縫中的實(shí)際狀況。

（2）PAUT檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用在缺陷定量方面仍存在不足，無(wú)法準(zhǔn)確定量缺陷的實(shí)際高度，易造成缺陷的過(guò)度返修。

（3）當(dāng)前DR缺陷評(píng)判依靠有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)人員不斷調(diào)整圖像的灰度、對(duì)比度等圖像處理方法，來(lái)觀察缺陷的細(xì)節(jié)并進(jìn)行識(shí)別判斷，整體判斷的質(zhì)量與檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)、狀態(tài)等有關(guān)。

當(dāng)前的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)揮了其自身優(yōu)勢(shì)，基本滿足智慧管道建設(shè)的需求，但由于檢測(cè)人員整體水平參差不齊，仍然需要多方單位參與數(shù)據(jù)的審核確認(rèn)，以保證無(wú)損檢測(cè)評(píng)判結(jié)果的準(zhǔn)確性。隨著深度學(xué)習(xí)算法和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在圖像識(shí)別領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有必要開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)智能評(píng)判技術(shù)的研究，建立典型缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)和缺陷識(shí)別模型，完成智能評(píng)判軟件的設(shè)計(jì)，并與工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、缺陷評(píng)判和焊口檢測(cè)報(bào)告的同步完成。針對(duì)AUT檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展三維成像技術(shù)研究和PAUT檢測(cè)定量技術(shù)研究，完成AUT三維成像軟件的設(shè)計(jì)和PAUT定量方法的制定，以利于對(duì)焊口缺陷位置及尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)定，從而減少不必要的返修。