馬強

中國石油天然氣管道工程有限公司上海分公司

摘  要：無(wú)損檢測是天然氣管道焊接質(zhì)量控制中非常重要的環(huán)節和措施。常規無(wú)損檢測包括射線(xiàn)檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測等。介紹了常用無(wú)損檢測技術(shù)原理及選用原則，列舉了國內外管道工程無(wú)損檢測技術(shù)應用現狀，指出無(wú)損檢測技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；焊縫質(zhì)量；無(wú)損檢測

天然氣管道焊接質(zhì)量問(wèn)題主要有應力腐蝕裂紋以及疲勞裂紋、氣孔、未熔合、未焊透等缺陷，直接影響天然氣管道安全運行和使用年限。無(wú)損檢測是焊接質(zhì)量控制中非常重要的環(huán)節和措施，針對不同類(lèi)型的質(zhì)量缺陷，需結合工程實(shí)際，選擇相對應的檢測方法。

1 無(wú)損檢測技術(shù)概述

無(wú)損檢測（Nondestructive Testing， NDT），是利用聲、光、磁、電等特性，在不損害或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數量等信息，進(jìn)而判定被檢對象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱(chēng)。

無(wú)損檢測技術(shù)用于管道焊縫檢測的特點(diǎn)：①不會(huì )對管道造成任何損傷，為查找焊接質(zhì)量缺陷提供了一種有效方法；②能全面檢測所有焊縫；③對焊縫質(zhì)量實(shí)施全程監控；④能夠防止因管道焊接失效引起的災難性后果，安全可靠；⑤應用范圍廣泛[1]。

無(wú)損檢測分為常規檢測技術(shù)：超聲檢測、射線(xiàn)檢測、磁粉檢測、滲透檢驗等；非常規檢測技術(shù)：聲發(fā)射檢測、紅外檢測、激光全息檢測等。

2 常用無(wú)損檢測技術(shù)

2.1 射線(xiàn)檢測技術(shù)

射線(xiàn)檢測基本原理是：利用射線(xiàn)（X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)和中子射線(xiàn)）在介質(zhì)中傳播時(shí)的衰減特性，當將強度均勻的射線(xiàn)從被檢件的一面注入其中時(shí)，由于缺陷與被檢件基體材料對射線(xiàn)的衰減特性不同，透過(guò)被檢件后的射線(xiàn)強度將會(huì )不均勻，用膠片照相、熒光屏直接觀(guān)測等方法在其對面檢測透過(guò)被檢件后的射線(xiàn)強度，即可判斷被檢件表面或內部是否存在缺陷。射線(xiàn)檢測技術(shù)包括：射線(xiàn)檢測（Radiographic Testing，RT）底片掃描技術(shù)、計算機射線(xiàn)成像（computedradiography， CR）技術(shù)、射線(xiàn)數字成像（DigitalRadiography， DR）技術(shù)。 RT底片掃描技術(shù)為常規技術(shù)；射線(xiàn)CR技術(shù)為數字化過(guò)渡技術(shù)，介于常規RT和DR之間；射線(xiàn)DR技術(shù)為數字化技術(shù)，是射線(xiàn)檢測技術(shù)的發(fā)展方向，目前在推廣，尚不能取代RT。

天然氣管道射線(xiàn)檢測常用射線(xiàn)照相法，即用X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)穿透試件，以膠片作為記錄信息的無(wú)損檢測方法。如圖 1所示。

射線(xiàn)檢測可以檢測出天然氣管道焊接接口中的未焊透、氣孔、裂紋以及未熔合等缺陷，以及夾渣、縮孔等。優(yōu)點(diǎn)是通用能力強、穩定性強、靈敏度高、運用廣泛，缺點(diǎn)是具有輻射、對身體健康危害大，費時(shí)且成本較高，很難檢測出厚鍛件與管材中存在的缺陷、 T型接頭以及焊接接頭細小裂紋缺陷等。

判斷天然氣管道焊縫檢測位置是否可以運用射線(xiàn)檢測需要遵循以下原則：首先分析缺陷產(chǎn)生情況是否有利于射線(xiàn)穿透；其次看有無(wú)透照的環(huán)境與空間。天然氣管道如果沒(méi)有支撐架結構件，其環(huán)向焊縫都可以運用射線(xiàn)檢測方法進(jìn)行檢測。需要注意射線(xiàn)會(huì )對人體產(chǎn)生一定的生物效應，檢測過(guò)程中檢測人員需要做好防護，同時(shí)還需要在周邊進(jìn)行標識、警戒[2]。

2.2 超聲檢測技術(shù)

超聲檢測的基本原理是：利用超聲波在界面（聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的結合面）產(chǎn)生的反射和折射以及超聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中的衰減特性，由發(fā)射探頭向被檢件發(fā)射超聲波，由接收探頭接收從界面（缺陷或本底）處反射回來(lái)超聲波（反射法）或透過(guò)被檢件后的透射波（透射法），以此檢測備件部件是否存在缺陷，并對缺陷進(jìn)行定位、定性和定量。超聲檢測技術(shù)可以檢測出天然氣管道原材料與零部件、焊接接口存在的缺陷，同時(shí)其具有較強的穿透力。

超聲檢測技術(shù)包括：手工超聲波（UT）檢測技術(shù)、全自動(dòng)超聲波（AUT）檢測技術(shù)、相控陣超聲波（PAUT）檢測技術(shù)。手工UT檢測技術(shù)為常規技術(shù)； AUT為數字化超聲波檢測技術(shù)，適用于自動(dòng)焊；PAUT為數字化相控陣超聲檢測技術(shù)，是超聲檢測技術(shù)發(fā)展方向，介于UT與AUT之間，是AUT的有效補充，未來(lái)可能替代UT。

（1） UT檢測。利用超聲波通過(guò)兩種介質(zhì)界面時(shí)發(fā)生反射和折射的特性來(lái)探測產(chǎn)品內部缺陷。采用一定的方式使聲源產(chǎn)生的超聲波進(jìn)入工件；超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變；改變后的超聲波通過(guò)檢測設備被接收，并對其進(jìn)行處理和分析；根據接收的超聲波特征，評估工件本身及其內部是否存在缺陷及缺陷的特性。

（2） AUT檢測。采用相控陣技術(shù)，只使用一對相控陣探頭（一般為60陣列，相當于60個(gè)常規探頭），完成A掃描、 B掃描、 TOFD（超聲波衍射時(shí)差法）及聲耦合顯示缺陷方法。其中， A掃描，負責檢測焊縫坡口面上的面積型缺陷； B 掃描，負責檢測焊縫體積型缺欠； TOFD掃描負責檢測盲區的缺陷。管道檢測雙門(mén)帶狀圖如圖 2所示[3]。

（3） PAUT檢測。使用微型探頭陣列產(chǎn)生超聲波束，通過(guò)建立聚焦規則使電子裝置控制每個(gè)陣列單元的發(fā)射和接收時(shí)間，從而產(chǎn)生出多個(gè)超聲波束，通過(guò)控制陣列的激發(fā)和接收時(shí)間，控制波束角度、聚焦深度、聚焦尺寸等，實(shí)現工件的快速掃描成像，如圖 3所示。

超聲檢測技術(shù)具有成本低、設備輕便、操作安全等優(yōu)點(diǎn)，在天然氣管道焊縫檢測中的局限性：比較難檢測出粗晶材料焊縫中存在的問(wèn)題、檢測存在盲區、缺陷定性還有待深入研究等。

3 無(wú)損檢測技術(shù)應用及選用原則

3.1 國內管道工程檢測技術(shù)應用情況（表 1）

3.2 國外典型管道項目無(wú)損檢測方法應用情況（表 2）

3.3 無(wú)損檢測技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)（表 3）

3.4 無(wú)損檢測技術(shù)選用原則

（1）合規性為首要。對于不同地段、不同環(huán)焊縫類(lèi)型采用的檢測技術(shù)和檢測比例，以及驗收標準必須滿(mǎn)足所采用的管道設計規范或施工規范。

（2）技術(shù)適宜、經(jīng)濟合理。不同的焊接工藝易產(chǎn)生的危害性缺陷類(lèi)型不同，為檢出危害性缺陷，應針對不同的焊接工藝選取最為適宜的檢測技術(shù)。不同的檢測技術(shù)發(fā)現缺陷的能力不同，規范允許的缺陷存在并不會(huì )導致焊縫失效，而且不必要的過(guò)度返修對工程有害無(wú)利。

（3）常規的RT檢測底片不便保管、容易丟失，手工UT檢測數據無(wú)法存儲，均不利于管道的完整性管理，技術(shù)成熟前提下，應盡量采用數字化無(wú)損檢測技術(shù)，這也符合數字化管道建設要求。

4 無(wú)損檢測技術(shù)發(fā)展趨勢

智能技術(shù)與信息技術(shù)的發(fā)展使無(wú)損檢測技術(shù)變得簡(jiǎn)單好用，但還要在原有技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng )新，積極探索綠色環(huán)保技術(shù)。無(wú)損檢測儀器廠(chǎng)家必須具備精品意識，以高端產(chǎn)品制造為主導。當前面臨的主要問(wèn)題是檢測儀器研發(fā)力度較弱，多是一些重復產(chǎn)品，與世界 發(fā)達國家相比，始終處在落后狀態(tài)。天然氣管道在未來(lái)仍然呈現蓬勃發(fā)展態(tài)勢，因此不僅需要做好無(wú)損檢測技術(shù)研究工作，還需要加強儀器設備研究的針對性，尤其內部結構與部件還需要深入研究。

參考文獻：

[1] 梁海濱.新無(wú)損檢測技術(shù)在長(cháng)輸管道工程的應用及發(fā)展趨勢[J].廣東科技， 2012， 21(5)： 196-197.

[2] 劉玉杰，董慶鋒.天然氣長(cháng)輸管道焊接質(zhì)量無(wú)損檢測管理探析[J]. 石油工業(yè)技術(shù)監督， 2017，33(5)： 20-23.

[3] 熊二劍，寧孝文，馮存棟，梁海濱.標準GB/T 50818-2013與ISO 13847： 2013附錄G中關(guān)于長(cháng)輸管線(xiàn)AUT檢測標準的對比[J].無(wú)損檢測， 2018， 40(1)：78-81.

    作者簡(jiǎn)介：馬強， 1983年生，管道設計工程師，中石油管道局設計院批準任職設計人、校對人、專(zhuān)業(yè)負責人、審核人及項目設計經(jīng)理（二級）。聯(lián)系方式： 13775662117，304247220@qq.com。