趙賞鑫

國家石油天然氣管網(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)字化無損檢測技術(shù)

1.1 AUT檢測技術(shù)

AUT檢測技術(shù)（自動超聲檢測）采用分區(qū)掃查法，同時輔以TOFD和B掃描技術(shù)，將焊縫從壁厚垂直方向分成若干個分區(qū)，每個分區(qū)高度一般為2～3 mm，每個分區(qū)針對坡口未熔合采用獨(dú)立的檢測方案，檢測結(jié)果以數(shù)字化形式實(shí)時顯示、存儲，能夠快速地反饋全自動焊焊接質(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檢測技術(shù)根據(jù)全自動焊口易出現(xiàn)的坡口未熔合缺陷制定檢測方案，對每個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°時檢測靈敏度急劇下降，對全自動焊根部未熔合缺陷檢出率較低。AUT和RT對根部未熔合檢測情況如圖1所示，AUT顯示該焊口存在根部未熔合，而RT顯示為Ⅰ級片，通過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對根部未熔合檢測情況

通過對國內(nèi)某工程2 708道管道全自動焊缺陷焊口進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)全自動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 全自動焊缺陷類型統(tǒng)計(jì)

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

1.2 PAUT檢測技術(shù)

PAUT檢測是根據(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、偏轉(zhuǎn)和聚焦等功能，再按一定的延遲法則接收超聲信號，并以圖像的方式顯示被檢對象內(nèi)部狀態(tài)的超聲檢測技術(shù)。長輸管道PAUT檢測主要采用扇形掃查，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)檢測區(qū)域的全覆蓋。沿焊縫周向掃查一周，即可完成整個焊縫及熱影響區(qū)的檢測，檢測結(jié)果以數(shù)字化形式實(shí)時顯示、存儲，缺陷檢出率高。

PAUT檢測可以在聲場中不同空間位置的某一點(diǎn)形成聚焦，增強(qiáng)了對焊縫中細(xì)小缺陷的檢測能力，與傳統(tǒng)UT檢測技術(shù)相比，PAUT能夠在探頭不移動的條件下實(shí)現(xiàn)多個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)探頭同時工作，檢測靈敏度很高。同時，PAUT檢測采用機(jī)械掃查，通過編碼器對掃查位置進(jìn)行記錄，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位和實(shí)時存儲?；赑AUT檢測的特點(diǎn)，PAUT主要用于返修口、連頭口及非自動焊口的檢測，PAUT檢測結(jié)果顯示如圖2所示。

圖2 管道環(huán)焊縫PAUT檢測

1.3 DR檢測技術(shù)

DR檢測利用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器替代傳統(tǒng)膠片作為X射線接收轉(zhuǎn)換裝置，檢測時X射線透照過被檢物體后，強(qiáng)度發(fā)生了改變，衰減后的射線光子被數(shù)個探測器接收轉(zhuǎn)換為可見光或電子，而后通過電路讀出并進(jìn)行數(shù)字化處理，再將信號數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成可顯示、分析處理和存儲的數(shù)字化圖像，檢測圖像可通過網(wǎng)絡(luò)直接上傳至工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)。DR檢測如圖3所示，采用探測器的實(shí)時成像代替RT的膠片成像，主要用于返修口、連頭口及非自動焊口的檢測[5]。

圖3 管道環(huán)焊縫DR檢測

2 工程應(yīng)用與質(zhì)量控制

2.1 AUT檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

AUT檢測雖為自動化無損檢測技術(shù)，但仍需專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行工藝方案制定、缺陷評判，在使用過程中仍存在一些人員、設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)及檢測工藝問題。從以往工程應(yīng)用情況來看，AUT在工程應(yīng)用中主要存在以下問題。

（1） 人員技能水平參差不齊。目前TSG Z8001—2019《特種設(shè)備無損檢測人員考核規(guī)則》中未規(guī)定AUT檢測人員取證要求，2015年以前由設(shè)備廠家對AUT檢測人員進(jìn)行培訓(xùn)。2015年以后國內(nèi)長輸管道行業(yè)建立了AUT檢測人員培訓(xùn)體系，針對長輸管道開展AUT檢測人員培訓(xùn)。但入場檢測的AUT人員缺乏足夠的檢測經(jīng)驗(yàn)，對圖譜質(zhì)量、典型缺陷的認(rèn)識不足，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)等圖譜失效和錯漏評問題，圖譜失效問題如表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)國家管網(wǎng)在“十四五”期間的規(guī)劃要求，AUT檢測機(jī)組需求峰值約118個，目前在項(xiàng)目上作業(yè)的AUT機(jī)組約70個，尚有近40個AUT機(jī)組缺口。AUT檢測設(shè)備由電子元器件組成，在使用一定期限后，其線性指標(biāo)會發(fā)生偏移，通道會損壞，甚至有些設(shè)備的電噪聲較大，影響評判。

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檢測技術(shù)采用的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 50818—2013，標(biāo)準(zhǔn)中對體積通道是否參與評判、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檢測的質(zhì)量控制措施

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

（1）開展AUT工藝評定。通過開展《鋼質(zhì)油氣管道環(huán)焊縫全自動超聲檢測工藝評定與認(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AUT檢測單位及AUT檢測機(jī)組的工藝評定程序及認(rèn)證方法，制定了通用AUT工藝評定和專項(xiàng)AUT工藝評定標(biāo)準(zhǔn)文件[7]。通用AUT工藝評定是在檢測單位重復(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），通過缺陷檢出率統(tǒng)計(jì)分析，能夠?qū)z測單位的AUT檢測能力進(jìn)行有效評價。專項(xiàng)AUT工藝評定是針對入場的AUT檢測機(jī)組開展的能力考核，在重復(fù)性試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對入場的AUT檢測人員、檢測設(shè)備、校準(zhǔn)試塊及檢測工藝進(jìn)行有效驗(yàn)證，以保證入場AUT檢測機(jī)組的能力水平[8]。專項(xiàng)AUT工藝評定如圖6所示。

圖5 通用AUT工藝評定項(xiàng)目示意

圖6 專項(xiàng)AUT工藝評定項(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間間隔不能滿足試塊加工周期的要求。同時，不同檢測公司試塊設(shè)計(jì)圖紙不一，有時存在偏差，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)量和入場時間。

（3）完善檢測標(biāo)準(zhǔn)體系。根據(jù)現(xiàn)場工程應(yīng)用數(shù)據(jù)，制定了《油氣管道環(huán)焊縫全自動超聲檢測技術(shù)規(guī)定》，對以往AUT標(biāo)準(zhǔn)中未涉及的人員資質(zhì)、工藝評定、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檢測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的有效性。此外，為保證AUT檢測設(shè)備的可靠性，明確要求定期對設(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。

（4）開展無損檢測技術(shù)交底。為了統(tǒng)一現(xiàn)場檢測人員對標(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)單位組織對入場檢測人員、無損檢測監(jiān)理工程師、第四方檢測單位復(fù)評人員進(jìn)行無損檢測技術(shù)交底，進(jìn)一步細(xì)化并明確檢測過程中的關(guān)鍵指標(biāo)及項(xiàng)目要求。

2.3 PAUT檢測應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）PAUT檢測技術(shù)采用聚焦和多角度范圍扇形掃查原理，與UT采用單一角度檢測原理相比，缺陷的反射回波更強(qiáng)烈，GB/T 32563—2016《無損檢測超聲檢測相控陣超聲檢測方法》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《油氣儲運(yùn)工程無損檢測技術(shù)規(guī)范第2部分：鋼制管道相控陣超聲檢測》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度多樣（長度多樣主要由割口所致）。針對不同的變壁厚坡口型式，需要采用不同的PAUT檢測方案，否則易漏檢，如圖9所示。

圖8 錐孔型坡口

圖9 不同錐孔長度下PAUT檢測漏檢

2.4 PAUT質(zhì)量控制措施

（1）完善檢測標(biāo)準(zhǔn)體系。根據(jù)現(xiàn)場工程應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，編制了《油氣管道工程相控陣檢測技術(shù)規(guī)定》，修訂了PAUT檢測標(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度返修。為了統(tǒng)一現(xiàn)場檢測人員對標(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，對入場檢測人員和無損檢測監(jiān)理工程師進(jìn)行無損檢測技術(shù)交底，進(jìn)一步細(xì)化并明確檢測過程中的關(guān)鍵指標(biāo)及項(xiàng)目要求。

（2）制定專項(xiàng)檢測方案。針對變壁厚焊口傳統(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檢測工藝要求，開展了《油氣管道工程變壁厚焊口內(nèi)對齊方案研究》的課題研究，完成了錐孔型內(nèi)坡口PAUT檢測工藝方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了PAUT檢測變壁厚焊口的最小錐孔長度。針對不同變壁厚種類制定了《變壁厚焊口PAUT檢測方案》，保證了變壁厚焊口PAUT檢測結(jié)果的可靠性。

3 結(jié)論與建議

數(shù)字化無損檢測技術(shù)在智慧管道建設(shè)過程中與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比優(yōu)勢明顯，在工程應(yīng)用中也充分展現(xiàn)了無損檢測新技術(shù)缺陷檢出率高、檢測數(shù)據(jù)數(shù)字化采集、檢測結(jié)果實(shí)時存儲等特點(diǎn)，通過無損檢測質(zhì)量控制體系的建立，有效保證了油氣管道數(shù)字化無損檢測的質(zhì)量，但在以下方面仍存在不足：

（1）AUT檢測技術(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判不直觀，無法準(zhǔn)確呈現(xiàn)缺陷在焊縫中的實(shí)際狀況。

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

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

當(dāng)前的數(shù)字化檢測技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)揮了其自身優(yōu)勢，基本滿足智慧管道建設(shè)的需求，但由于檢測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)，以保證無損檢測評判結(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)算法在圖像識別領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有必要開展無損檢測數(shù)據(jù)智能評判技術(shù)的研究，建立典型缺陷數(shù)據(jù)庫和缺陷識別模型，完成智能評判軟件的設(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、缺陷評判和焊口檢測報告的同步完成。針對AUT檢測技術(shù)開展三維成像技術(shù)研究和PAUT檢測定量技術(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，以利于對焊口缺陷位置及尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確評定，從而減少不必要的返修。