管道焊縫無損檢測的綜合方法結合及圖像處理分析

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，如果管道出現損傷會導致爆裂，短期內比較難修復，極易產生泄露，一旦發生事故，會造成重大傷害。所以天然氣管道施工過程中要精細作業，特別是焊接過程中要防止產生裂紋等缺陷，從而保證管道的安全和高質量。天然氣管道的焊接技術是整個天然氣長輸管線施工的關鍵，焊接技術直接決定了天然氣長輸管線的質量。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的重要性，探討管道焊縫無損檢測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用，針對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，對其進行焊縫修復處理，從而保障天然氣長輸管線的質量。

關鍵詞：管道焊縫；無損檢測；激光焊接；紅外無損檢測；數字圖像處理；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，在運輸過程中需要特別小心，否則一旦出現事故，危害很大。天然氣長輸管線作為輸送天然氣的媒介，其管道質量必須要好，特別是管道焊縫處容易產生裂縫損傷，導致管道爆裂或撕裂，進而引起天然氣泄漏，因此在進行焊接時，要求整個施工過程必須精細作業，保證管道質量，保障安全。

焊接技術是長輸管線在施工過程中的重要技術，焊接技術的好壞直接關系到整個工程質量、施工效率和管線運輸期間的安全。一旦發生管道破裂引起天然氣泄漏等事故，會對居民、企業和國家帶來巨大損害。因此，必須對管道焊縫質量進行高度重視，這需要相關工作人員重視工作素質，提高焊接技術。焊縫無損檢測是焊接過程中進行缺陷檢測的一道關鍵工序，目前常用的方法有射線檢測實時成像技術、TOFD技術、紅外熱成像檢測等等，本文主要對管道焊縫無損檢測的綜合方法結合及圖像處理進行分析，以期能提高焊縫缺陷的檢出率，對其進行焊縫修復處理，從而保障天然氣長輸管線的質量。

2.管道焊接特點及焊縫缺陷分析

天然氣管道輸送壓力高，介質具有腐蝕性，長期埋在地下，容易發生腐蝕，因此，為了保證天然氣長期安全運輸，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，因為激光焊主要利用高能量密度的激光束作為熱源來進行焊接的方法，是一種高精度、高質量且低變形的焊接方法。采用激光焊具有如下優點：焊縫組織為極細的晶體微粒，焊縫接頭性能好；激光焊過程具有凈化效應，可以有效抑制焊縫氣孔和裂縫生成；焊接效果好、效率高。

天然氣管道經過焊接后，焊接區域可能會產生一些缺陷，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，容易引起局部應力集中而發生斷裂，從而影響焊接接頭的質量以及管道運輸安全，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。

3.管道焊縫無損檢測技術

無損檢測技術是指在不損傷被檢物的情況下，用物理方法對物品的物理性能、狀態和內部結構進行檢測，其目的是為了發現、定位、測量和評定物品的損傷，評價物品結構的完整性、屬性和構成，判斷其是否合格。在焊縫結構中，焊接缺陷會使得管道的承載能力、耐腐蝕性和壽命明顯降低，因此，在進行接頭焊接生產過程中，應該對焊接頭進行定期監測，及時發現缺陷，并對其進行相應的補救措施，以防事故發生。焊接無損檢測技術主要包括外部缺陷檢測、內部缺陷檢測、成分和組織缺陷檢測以及性能檢測。常見的無損檢測方法主要包含輻射方法、聲學方法、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方法

管道焊縫，結構復雜，每種無損檢測方法均有其本身的優勢和缺點，沒有哪種檢測方法可以發現物體中出現的所有缺陷，因此，在進行管道焊縫無損檢測時，通常都會采用幾種無損檢測方法進行混合使用，取長補短，使得管道焊縫缺陷檢測更徹底。常用的綜合無損檢測方法為：TOFD（超聲波）+紅外檢測。超聲波具有良好的指向性、波長，能量大，對檢測裂紋、氣孔、夾渣等缺陷具有很強的優勢，而且檢測結果可靠性非常高。紅外檢測實質上是用紅外來測溫，屬于非接觸測溫，主要通過測量被測物體物理參數來求得其溫度，可以用來測量一些高溫度、有腐蝕性、高純度的物體，以及用來測一些運動的物體，微小的目標等，其測量速度快、靈敏度高。目前，紅外技術一般也和圖像處理技術相結合使用，通過接收物體發出的紅外輻射，將其以熱像的形式顯示出來，可以更準確地判斷物體的一些物理性質。TODF技術可以檢測到一些較深的埋藏裂紋，紅外技術可以檢測到一些較淺的裂紋，二者相輔相成，可以在最大程度上掃查焊縫內的缺陷，并通過圖像的方式顯示出來，通過處理圖像，對焊縫缺陷進行進一步分析。

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新的紅外圖像處理方法，發現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，而且分辨率更高。

結束語

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輸管道來運輸，管道的質量保證了氣體運輸的安全。一旦管道發生爆裂，高壓天然氣將在短時間內外泄，極易引發燃燒或者爆炸，危害非常大。天然氣管道一般管壁都很厚，主要薄弱之處當屬焊縫處，因此需要重視焊縫處的無損檢測，保證焊縫處的質量。常見的綜合焊縫技術為TOFD（超聲波）+紅外檢測，該技術可以在最大程度上掃查焊縫內的缺陷，然后通過紅外圖像將其顯示出來。但是目前，紅外圖像處理技術尚處于發展階段，是一個重要的有意義的研究課題。

參考文獻

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（作者單位：天津市宏發無損檢測技術服務有限公司）