管道焊縫無損檢測(cè)的綜合方法結(jié)合及圖像處理分析

崔吉海

摘要：如今，天然氣是主要的能源之一，大部分居民都使用天然氣來作為燃料。天然氣主要靠干線輸氣管道來運(yùn)輸，天然氣管線輸送壓力高、天然氣又屬于易燃易爆氣體，如果管道出現(xiàn)損傷會(huì)導(dǎo)致爆裂，短期內(nèi)比較難修復(fù)，極易產(chǎn)生泄露，一旦發(fā)生事故，會(huì)造成重大傷害。所以天然氣管道施工過程中要精細(xì)作業(yè)，特別是焊接過程中要防止產(chǎn)生裂紋等缺陷，從而保證管道的安全和高質(zhì)量。天然氣管道的焊接技術(shù)是整個(gè)天然氣長(zhǎng)輸管線施工的關(guān)鍵，焊接技術(shù)直接決定了天然氣長(zhǎng)輸管線的質(zhì)量。本文主要描述管道焊縫是怎么形成的，有什么缺陷，分析管道焊縫無損檢測(cè)的重要性，探討管道焊縫無損檢測(cè)的綜合方法及圖像處理分析，尤其是紅外焊縫圖像的處理和應(yīng)用，針對(duì)紅外焊縫圖像的特征，辨別出焊縫缺陷，提高焊縫缺陷的檢出率，對(duì)其進(jìn)行焊縫修復(fù)處理，從而保障天然氣長(zhǎng)輸管線的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：管道焊縫；無損檢測(cè)；激光焊接；紅外無損檢測(cè)；數(shù)字圖像處理；焊縫紅外圖像處理

1.前言

天然氣是目前人類生活的主要能源之一，居民日常生活基本上都是使用天然氣作為燃料。天然氣主要是依靠天然氣管線為居民供氣，由于天然氣屬于易燃易爆氣體，在運(yùn)輸過程中需要特別小心，否則一旦出現(xiàn)事故，危害很大。天然氣長(zhǎng)輸管線作為輸送天然氣的媒介，其管道質(zhì)量必須要好，特別是管道焊縫處容易產(chǎn)生裂縫損傷，導(dǎo)致管道爆裂或撕裂，進(jìn)而引起天然氣泄漏，因此在進(jìn)行焊接時(shí)，要求整個(gè)施工過程必須精細(xì)作業(yè)，保證管道質(zhì)量，保障安全。

焊接技術(shù)是長(zhǎng)輸管線在施工過程中的重要技術(shù)，焊接技術(shù)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)工程質(zhì)量、施工效率和管線運(yùn)輸期間的安全。一旦發(fā)生管道破裂引起天然氣泄漏等事故，會(huì)對(duì)居民、企業(yè)和國(guó)家?guī)砭薮髶p害。因此，必須對(duì)管道焊縫質(zhì)量進(jìn)行高度重視，這需要相關(guān)工作人員重視工作素質(zhì)，提高焊接技術(shù)。焊縫無損檢測(cè)是焊接過程中進(jìn)行缺陷檢測(cè)的一道關(guān)鍵工序，目前常用的方法有射線檢測(cè)實(shí)時(shí)成像技術(shù)、TOFD技術(shù)、紅外熱成像檢測(cè)等等，本文主要對(duì)管道焊縫無損檢測(cè)的綜合方法結(jié)合及圖像處理進(jìn)行分析，以期能提高焊縫缺陷的檢出率，對(duì)其進(jìn)行焊縫修復(fù)處理，從而保障天然氣長(zhǎng)輸管線的質(zhì)量。

2.管道焊接特點(diǎn)及焊縫缺陷分析

天然氣管道輸送壓力高，介質(zhì)具有腐蝕性，長(zhǎng)期埋在地下，容易發(fā)生腐蝕，因此，為了保證天然氣長(zhǎng)期安全運(yùn)輸，天然氣管道需要采用厚壁管。厚壁管的焊接需要采用激光焊，因?yàn)榧す夂钢饕酶吣芰棵芏鹊募す馐鳛闊嵩磥磉M(jìn)行焊接的方法，是一種高精度、高質(zhì)量且低變形的焊接方法。采用激光焊具有如下優(yōu)點(diǎn)：焊縫組織為極細(xì)的晶體微粒，焊縫接頭性能好；激光焊過程具有凈化效應(yīng)，可以有效抑制焊縫氣孔和裂縫生成；焊接效果好、效率高。

天然氣管道經(jīng)過焊接后，焊接區(qū)域可能會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，常見的焊接缺陷有氣孔、裂紋、咬邊、焊瘤等，這些缺陷是管道較薄弱的地方，使得焊縫的有效承載面積減小，容易引起局部應(yīng)力集中而發(fā)生斷裂，從而影響焊接接頭的質(zhì)量以及管道運(yùn)輸安全，特別是常見的管道爆裂泄漏事故，通常都和管道焊接缺陷有關(guān)。

3.管道焊縫無損檢測(cè)技術(shù)

無損檢測(cè)技術(shù)是指在不損傷被檢物的情況下，用物理方法對(duì)物品的物理性能、狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，其目的是為了發(fā)現(xiàn)、定位、測(cè)量和評(píng)定物品的損傷，評(píng)價(jià)物品結(jié)構(gòu)的完整性、屬性和構(gòu)成，判斷其是否合格。在焊縫結(jié)構(gòu)中，焊接缺陷會(huì)使得管道的承載能力、耐腐蝕性和壽命明顯降低，因此，在進(jìn)行接頭焊接生產(chǎn)過程中，應(yīng)該對(duì)焊接頭進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)救措施，以防事故發(fā)生。焊接無損檢測(cè)技術(shù)主要包括外部缺陷檢測(cè)、內(nèi)部缺陷檢測(cè)、成分和組織缺陷檢測(cè)以及性能檢測(cè)。常見的無損檢測(cè)方法主要包含輻射方法、聲學(xué)方法、電磁方法、表面方法和紅外方法等。

4.管道焊縫的綜合無損檢測(cè)方法

管道焊縫，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每種無損檢測(cè)方法均有其本身的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，沒有哪種檢測(cè)方法可以發(fā)現(xiàn)物體中出現(xiàn)的所有缺陷，因此，在進(jìn)行管道焊縫無損檢測(cè)時(shí)，通常都會(huì)采用幾種無損檢測(cè)方法進(jìn)行混合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使得管道焊縫缺陷檢測(cè)更徹底。常用的綜合無損檢測(cè)方法為：TOFD（超聲波）+紅外檢測(cè)。超聲波具有良好的指向性、波長(zhǎng)，能量大，對(duì)檢測(cè)裂紋、氣孔、夾渣等缺陷具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，而且檢測(cè)結(jié)果可靠性非常高。紅外檢測(cè)實(shí)質(zhì)上是用紅外來測(cè)溫，屬于非接觸測(cè)溫，主要通過測(cè)量被測(cè)物體物理參數(shù)來求得其溫度，可以用來測(cè)量一些高溫度、有腐蝕性、高純度的物體，以及用來測(cè)一些運(yùn)動(dòng)的物體，微小的目標(biāo)等，其測(cè)量速度快、靈敏度高。目前，紅外技術(shù)一般也和圖像處理技術(shù)相結(jié)合使用，通過接收物體發(fā)出的紅外輻射，將其以熱像的形式顯示出來，可以更準(zhǔn)確地判斷物體的一些物理性質(zhì)。TODF技術(shù)可以檢測(cè)到一些較深的埋藏裂紋，紅外技術(shù)可以檢測(cè)到一些較淺的裂紋，二者相輔相成，可以在最大程度上掃查焊縫內(nèi)的缺陷，并通過圖像的方式顯示出來，通過處理圖像，對(duì)焊縫缺陷進(jìn)行進(jìn)一步分析。

5.焊縫紅外圖像處理

焊縫紅外圖像處理屬于常規(guī)的圖像處理，但是又由于紅外熱圖像無色彩和立體，分辨率不高，受距離和大氣影響較大，紅外圖像畸變，導(dǎo)致目前為止，并沒有比較有效的紅外圖像處理方法。近年來，隨著人們不斷的探索和研發(fā)新的紅外圖像處理方法，發(fā)現(xiàn)了基于偏微分方程和變分法的圖像處理方法、圖像分割的PDE方法、圖像濾波的PDE方法等，大大提高了焊縫紅外圖像的處理，使得紅外圖像受噪聲的影響越來越小，抗干擾能力強(qiáng)，而且分辨率更高。

結(jié)束語

天然氣是目前主要的能源之一，人們的日常生活離不開天然氣。天然氣主要通過天然氣長(zhǎng)輸管道來運(yùn)輸，管道的質(zhì)量保證了氣體運(yùn)輸?shù)陌踩?。一旦管道發(fā)生爆裂，高壓天然氣將在短時(shí)間內(nèi)外泄，極易引發(fā)燃燒或者爆炸，危害非常大。天然氣管道一般管壁都很厚，主要薄弱之處當(dāng)屬焊縫處，因此需要重視焊縫處的無損檢測(cè)，保證焊縫處的質(zhì)量。常見的綜合焊縫技術(shù)為TOFD（超聲波）+紅外檢測(cè)，該技術(shù)可以在最大程度上掃查焊縫內(nèi)的缺陷，然后通過紅外圖像將其顯示出來。但是目前，紅外圖像處理技術(shù)尚處于發(fā)展階段，是一個(gè)重要的有意義的研究課題。

參考文獻(xiàn)

[1]陳莉，趙海麗，張瑜，王書朋.圖像法在管道焊接裂縫檢測(cè)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，40（02）：115-117+121.

[2]王逢軍.長(zhǎng)輸管道焊縫無損檢測(cè)監(jiān)督要點(diǎn)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（07）：25.

[3]關(guān)榮愷.管道焊縫檢測(cè)視覺圖像處理的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（07）：32.

[4]繆斌.管道焊縫的無損檢測(cè)技術(shù)及分析[J].河南科技，2014（22）：30-31.

（作者單位：天津市宏發(fā)無損檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司）