管道焊缝无损检测的综合方法结合及图像处理分析
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摘要：如今，天然气是主要的能源之一，大部分居民都使用天然气来作为燃料。天然气主要靠干线输气管道来运输，天然气管线输送压力高、天然气又属于易燃易爆气体，如果管道出现损伤会导致爆裂，短期内比较难修复，极易产生泄露，一旦发生事故，会造成重大伤害。所以天然气管道施工过程中要精细作业，特别是焊接过程中要防止产生裂纹等缺陷，从而保证管道的安全和高质量。天然气管道的焊接技术是整个天然气长输管线施工的关键，焊接技术直接决定了天然气长输管线的质量。本文主要描述管道焊缝是怎么形成的，有什么缺陷，分析管道焊缝无损检测的重要性，探讨管道焊缝无损检测的综合方法及图像处理分析，尤其是红外焊缝图像的处理和应用，针对红外焊缝图像的特征，辨别出焊缝缺陷，提高焊缝缺陷的检出率，对其进行焊缝修复处理，从而保障天然气长输管线的质量。
关键词：管道焊缝；无损检测；激光焊接；红外无损检测；数字图像处理；焊缝红外图像处理
1.前言
天然气是目前人类生活的主要能源之一，居民日常生活基本上都是使用天然气作为燃料。天然气主要是依靠天然气管线为居民供气，由于天然气属于易燃易爆气体，在运输过程中需要特别小心，否则一旦出现事故，危害很大。天然气长输管线作为输送天然气的媒介，其管道质量必须要好，特别是管道焊缝处容易产生裂缝损伤，导致管道爆裂或撕裂，进而引起天然气泄漏，因此在进行焊接时，要求整个施工过程必须精细作业，保证管道质量，保障安全。
焊接技术是长输管线在施工过程中的重要技术，焊接技术的好坏直接关系到整个工程质量、施工效率和管线运输期间的安全。一旦发生管道破裂引起天然气泄漏等事故，会对居民、企业和国家带来巨大损害。因此，必须对管道焊缝质量进行高度重视，这需要相关工作人员重视工作素质，提高焊接技术。焊缝无损检测是焊接过程中进行缺陷检测的一道关键工序，目前常用的方法有射线检测实时成像技术、TOFD技术、红外热成像检测等等，本文主要对管道焊缝无损检测的综合方法结合及图像处理进行分析，以期能提高焊缝缺陷的检出率，对其进行焊缝修复处理，从而保障天然气长输管线的质量。
2.管道焊接特点及焊缝缺陷分析
天然气管道输送压力高，介质具有腐蚀性，长期埋在地下，容易发生腐蚀，因此，为了保证天然气长期安全运输，天然气管道需要采用厚壁管。厚壁管的焊接需要采用激光焊，因为激光焊主要利用高能量密度的激光束作为热源来进行焊接的方法，是一种高精度、高质量且低变形的焊接方法。采用激光焊具有如下优点：焊缝组织为极细的晶体微粒，焊缝接头性能好；激光焊过程具有净化效应，可以有效抑制焊缝气孔和裂缝生成；焊接效果好、效率高。
天然气管道经过焊接后，焊接区域可能会产生一些缺陷，常见的焊接缺陷有气孔、裂纹、咬边、焊瘤等，这些缺陷是管道较薄弱的地方，使得焊缝的有效承载面积减小，容易引起局部应力集中而发生断裂，从而影响焊接接头的质量以及管道运输安全，特别是常见的管道爆裂泄漏事故，通常都和管道焊接缺陷有关。
3.管道焊缝无损检测技术
无损检测技术是指在不损伤被检物的情况下，用物理方法对物品的物理性能、状态和内部结构进行检测，其目的是为了发现、定位、测量和评定物品的损伤，评价物品结构的完整性、属性和构成，判断其是否合格。在焊缝结构中，焊接缺陷会使得管道的承载能力、耐腐蚀性和寿命明显降低，因此，在进行接头焊接生产过程中，应该对焊接头进行定期监测，及时发现缺陷，并对其进行相应的补救措施，以防事故发生。焊接无损检测技术主要包括外部缺陷检测、内部缺陷检测、成分和组织缺陷检测以及性能检测。常见的无损检测方法主要包含辐射方法、声学方法、电磁方法、表面方法和红外方法等。
4.管道焊缝的综合无损检测方法
管道焊缝，结构复杂，每种无损检测方法均有其本身的优势和缺点，没有哪种检测方法可以发现物体中出现的所有缺陷，因此，在进行管道焊缝无损检测时，通常都会采用几种无损检测方法进行混合使用，取长补短，使得管道焊缝缺陷检测更彻底。常用的综合无损检测方法为：TOFD（超声波）+红外检测。超声波具有良好的指向性、波长，能量大，对检测裂纹、气孔、夹渣等缺陷具有很强的优势，而且检测结果可靠性非常高。红外检测实质上是用红外来测温，属于非接触测温，主要通过测量被测物体物理参数来求得其温度，可以用来测量一些高温度、有腐蚀性、高纯度的物体，以及用来测一些运动的物体，微小的目标等，其测量速度快、灵敏度高。目前，红外技术一般也和图像处理技术相结合使用，通过接收物体发出的红外辐射，将其以热像的形式显示出来，可以更准确地判断物体的一些物理性质。TODF技术可以检测到一些较深的埋藏裂纹，红外技术可以检测到一些较浅的裂纹，二者相辅相成，可以在最大程度上扫查焊縫内的缺陷，并通过图像的方式显示出来，通过处理图像，对焊缝缺陷进行进一步分析。
5.焊缝红外图像处理
焊缝红外图像处理属于常规的图像处理，但是又由于红外热图像无色彩和立体，分辨率不高，受距离和大气影响较大，红外图像畸变，导致目前为止，并没有比较有效的红外图像处理方法。近年来，随着人们不断的探索和研发新的红外图像处理方法，发现了基于偏微分方程和变分法的图像处理方法、图像分割的PDE方法、图像滤波的PDE方法等，大大提高了焊缝红外图像的处理，使得红外图像受噪声的影响越来越小，抗干扰能力强，而且分辨率更高。
结束语
天然气是目前主要的能源之一，人们的日常生活离不开天然气。天然气主要通过天然气长输管道来运输，管道的质量保证了气体运输的安全。一旦管道发生爆裂，高压天然气将在短时间内外泄，极易引发燃烧或者爆炸，危害非常大。天然气管道一般管壁都很厚，主要薄弱之处当属焊缝处，因此需要重视焊缝处的无损检测，保证焊缝处的质量。常见的综合焊缝技术为TOFD（超声波）+红外检测，该技术可以在最大程度上扫查焊缝内的缺陷，然后通过红外图像将其显示出来。但是目前，红外图像处理技术尚处于发展阶段，是一个重要的有意义的研究课题。
参考文献
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（作者单位：天津市宏发无损检测技术服务有限公司）
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