國家管網(wǎng)在“十四五”期間，每年新增長輸管道約4 000 km，長輸管道作為能源傳輸?shù)闹匾A設施，其安全性與可靠性受到廣泛關注。在管道建設過程中，無損檢測成為保障管道質量與安全的重要手段。近年來，我國長輸管道建設中的無損檢測已經逐步實現(xiàn)數(shù)字化，數(shù)字化技術的使用為無損檢測領域帶來了革命性的變革，正逐步改變傳統(tǒng)無損檢測的面貌。

通過集成先進的傳感器技術、圖像處理技術和數(shù)據(jù)分析算法，以全自動超聲波檢測（AUT）、相控陣超聲檢測（PAUT）、X射線數(shù)字成像檢測（DR）為代表的一批數(shù)字化檢測技術得以推廣應用，實現(xiàn)了對長輸管道內部缺陷的精準識別與量化評估。相較于傳統(tǒng)無損檢測方法，數(shù)字化無損檢測不僅具有更高的檢測精度和效率，還能實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的遠程傳輸、遠程評定、機器評定、長期保存等，極大地提升了管道檢測的智能化水平和便捷性。

隨著檢測技術的復雜程度不斷提高，質量控制環(huán)節(jié)增多，對質量控制環(huán)節(jié)的要求也更加嚴格。在長輸管道工程中，各級質控檢查頻繁，很多問題反復出現(xiàn)，文章通過對多次質量內部及外部檢查中發(fā)現(xiàn)的不符合項進行分析，總結其中的共性問題，發(fā)現(xiàn)問題主要集中在人員疏忽、工藝制訂經驗不足和工藝紀律的執(zhí)行不嚴格等方面，從而導致數(shù)據(jù)有效性出現(xiàn)問題，而評定準確性問題相對很少。文章在總結分析的基礎上，以典型數(shù)據(jù)圖譜舉例的形式列舉長輸管道數(shù)字化無損檢測的常見質量問題，為相關領域的從業(yè)人員提供技術參考。

1. AUT檢測

1.1 AUT檢測原理

AUT檢測系統(tǒng)是一種專門為管道自動焊檢測而研發(fā)的超聲波檢測系統(tǒng)，利用了超聲波脈沖反射和衍射時差法（以下簡稱TOFD），其中脈沖反射法使用相控陣探頭模擬了多道聚焦聲束，TOFD法一般使用獨立的寬頻窄脈沖縱波探頭，也可以使用相控陣探頭中的部分晶片組合代替。

AUT檢測分區(qū)原理如圖1所示，該技術將焊縫沿厚度方向分成若干個分區(qū)（稱為分區(qū)掃查法），每個分區(qū)用一對聚焦聲束以檢測熔合區(qū)上的面積型缺欠，有串列掃查和自發(fā)自收兩種回波方式，以帶狀圖顯示；為發(fā)現(xiàn)焊縫中間部位的體積型缺陷，采用非聚焦聲束對焊縫中間部位進行掃查，以B型視圖顯示；為對焊縫整體各類型缺陷進一步覆蓋并輔助定性，采用了TOFD技術，以D型視圖顯示；此外，結合耦合監(jiān)測通道和位置傳感器（編碼器）通道，各視圖共同組成了AUT圖譜。

帶狀圖由A脈沖橫波聚焦聲束形成，對應記錄圖形中的白色條狀圖，其根據(jù)焊縫沿厚度方向的分區(qū)設置，將焊縫截面沿焊縫中心線分開，按上、下游端以圖像的形式顯示，每個帶狀圖代表一個分區(qū)，為減少數(shù)據(jù)體積和便于評定采用了兩個閘門，分別是時間門和幅度門，也稱為“雙門帶狀圖”。

AUT系統(tǒng)主機包括數(shù)據(jù)采集單元、馬達驅動單元和計算機及軟件，完整系統(tǒng)還包括耦合供給單元、電動掃查裝置及軌道。在計算機控制下，掃查裝置沿著管道環(huán)向掃查一周，即可完成對整個焊縫厚度方向的全面檢測，形成AUT圖譜，典型的AUT校準圖譜示例如圖2所示。

圖 2典型的AUT校準圖譜示例

1.2 AUT檢查中常發(fā)現(xiàn)的問題

AUT檢測常見質量問題如表1所示，可見，前7個問題占了問題總量的81%，其中相鄰通道覆蓋問題占20%、軌道偏移問題占17%、體積通道反射體錯誤和溫度超限問題分別占比10%，數(shù)據(jù)丟失、TOFD通道增益超標和期間核查等3個問題合計占24%[1-3]。

下面是一些典型問題的AUT檢測圖譜如圖3～11所示，具體分析如下。

圖 3期間核查時機錯誤的AUT檢測圖譜

圖 4主反射波幅不符合標準要求的AUT檢測圖譜

圖 5相同坡口角度的相鄰反射體波幅不符合標準要求的AUT檢測圖譜

圖 6體積通道目標反射體使用錯誤的AUT檢測圖譜

圖 7TOFD的直通波幅度未達到標準要求的AUT檢測圖譜

圖 8掃描通道掃查靈敏度設置錯誤（校準時與掃描時的增益值不一致）的AUT檢測圖譜

圖 9校入/校出之間或校準圖與焊縫掃查圖顯示溫差范圍超過標準要求的AUT檢測圖譜

圖 10數(shù)據(jù)耦合不良長度超過最小允許的缺欠長度的AUT檢測圖譜

圖 11軌道偏移的AUT檢測圖譜

（1）期間核查時機錯誤

問題發(fā)現(xiàn)：圖3（a）中的檢測時間與圖3（b）中檢測時間之差超過標準規(guī)定的1 h，且圖3（b）中的一組采集數(shù)據(jù)數(shù)量超過標準規(guī)定。

產生原因：現(xiàn)場檢測人員對標準理解不透徹，項目管理中技術交底不到位，工作過程中細心度欠缺。

防范措施：加大技術交底頻次和數(shù)據(jù)審核力度。

（2）主反射波幅不符合標準要求

問題發(fā)現(xiàn)：圖4（a）中，現(xiàn)場檢測靈敏度復核過程中發(fā)現(xiàn)主反射體波幅過高，數(shù)據(jù)包絡線超過滿屏高度，大于標準要求。

產生原因：檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定、相控陣探頭工裝部分晃動、校入校出時環(huán)境溫度變化差較大、相控陣探頭楔塊底部防磨釘丟失等。

防范措施：檢測工作開展前對掃查器各零部件進行檢查，檢查螺絲是否有松動、缺失等；每次試塊校準完成后，逐一對各通道主反射體波幅進行檢查測量，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題后應及時調整；加大審核力度，確保校準圖的準確性和有效性。

問題發(fā)現(xiàn)：圖4（b）中，現(xiàn)場檢測靈敏度復核過程中，發(fā)現(xiàn)L1D通道主反射體的波幅為69%，不滿足標準要求的每個主反射體的峰值信號應達到滿屏高度的70%~90%。

產生原因：檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定、耦合供給單元不穩(wěn)定（有氣泡、壓力變化等）、相控陣探頭工裝部分晃動、環(huán)境溫度變化快、相控陣探頭楔塊磨損嚴重、相控陣楔塊下有雜質異物（飛濺焊渣）等。

防范措施：檢測工作開展前對掃查器各零部件進行檢查，檢查螺絲是否有松動、彈簧壓力是否正常、耦合供給是否正常，根據(jù)氣候變化定期更換耦合油；每次試塊校準完成后，逐一對各通道主反射體波幅進行檢查測量，要做到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題及時調整；加強審核力度，確保校準圖的準確性和有效性。

（3）相同坡口角度的相鄰反射體波幅不符合標準要求

問題發(fā)現(xiàn)：圖5中，相同坡口角度的相鄰反射體波幅不符合標準要求。

產生原因：主反射體調試角度設置不當、使用起始晶片位置不準導致聚焦法則的聲束焦點未設置在坡口面、激活晶片數(shù)量相對較少導致焦點尺寸過大、相控陣探頭前端距不合適等。

防范措施：選擇合適的探頭前端距、聲束角度和激發(fā)晶片數(shù)量；校準數(shù)據(jù)采集完成后，逐一檢查各通道相鄰覆蓋情況；加強審核力度。

（4）體積通道目標反射體使用錯誤

問題發(fā)現(xiàn)：圖6中，各體積通道主反射體顯示與試塊設計明顯不符。

產生原因：試塊校準時，采用了自動延時功能，軟件自動將主反射體通道內的最高波幅進行延時，導致主反射體信號位置錯亂；試塊調試時，對試塊布局不熟悉。

防范措施：系統(tǒng)調試時，需熟悉掌握試塊設計圖紙布局，上、下游依次按序調試；主反射體調試時調整晶片使?1.5 mm平底孔二次反射波波幅高于三次反射波波幅且位于雙門內，確保自動延時的時候，軟件能準確采集主反射體信號；加強審核力度，確保校準圖的準確性和有效性。

（5）TOFD的直通波幅未達到標準要求

問題發(fā)現(xiàn)：圖7中，TOFD通道中直通波顏色太淡，甚至不可見，說明TOFD通道靈敏度低于標準要求的40%~90%滿屏高。

產生原因：TOFD探頭耦合劑缺失、TOFD探頭彈簧支臂壓力過小、TOFD楔塊磨損嚴重、管材表面狀態(tài)差（有油漬、環(huán)氧粉末）等。

防范措施：檢測前對掃查器各零部件進行檢查（檢查螺絲是否有松動、彈簧壓力是否正常），根據(jù)環(huán)境變化定期更換耦合劑或對管材表面狀態(tài)做進一步處理；基準靈敏度校準時，在信噪比良好情況下在標準值范圍內盡量提高TOFD直通波波幅。

（6）掃描通道掃查靈敏度設置錯誤

問題發(fā)現(xiàn)：圖8中，復核時的靈敏度與掃查時的靈敏度不同，通過查看數(shù)據(jù)后臺，顯示同一通道中的增益值存在差值。

產生原因：基準靈敏度設置完成后，對掃描靈敏度的設置出現(xiàn)錯誤，數(shù)據(jù)采集過程中無意間觸碰到靈敏度調整按鈕。

防范措施：基準靈敏度設置完成后，應在后臺對掃查靈敏度進行一次性調整；數(shù)據(jù)采集時不要退出數(shù)據(jù)采集模式而隨意切換到系統(tǒng)調試模式，防止誤操作；加強數(shù)據(jù)審核力度。

（7）校入/校出之間或校準圖與焊縫掃查圖顯示溫差范圍超過標準要求

問題發(fā)現(xiàn)：圖9（a）中，校準時的溫度13.6 ℃與檢測時的溫度23.6 ℃之差超過標準要求的±10 ℃（一般焊縫溫度高于試塊溫度）。

產生原因：現(xiàn)場檢測人員對標準理解不透徹，工作過程中不夠細心，試塊與焊縫數(shù)據(jù)采集時被檢部位表面溫度變化過大，自然環(huán)境下焊縫不同點位對熱量吸收程度不同等。

防范措施：加大技術交底頻次和數(shù)據(jù)審核力度，盡量保證試塊與焊縫受日照狀態(tài)相同，做好焊縫數(shù)據(jù)采集前的預冷卻。

（8）數(shù)據(jù)耦合不良長度超過最小允許長度

問題發(fā)現(xiàn)：圖10中，耦合通道中有明顯紅色色塊顯示（一般設置波幅高度<40%滿屏高度時顯示紅色），紅色段表示耦合不良部分，其累計明顯超過標準要求的“最小允許的缺欠長度”。

產生原因：制管焊縫平整度不佳、飛濺等導致探頭跳動；掃查過程中耦合劑供給不良；探頭彈簧支臂回彈不順暢；管材表面有油污、環(huán)氧粉末、泥土等異物。

防范措施：將制管焊縫打磨后重新掃查，如無法滿足要求，按要求進行其他補償檢測；檢測前檢查耦合供給系統(tǒng)，保證工作狀態(tài)良好；檢測前檢查探頭架零部件，檢查彈簧支臂回彈是否順暢，檢測過程中注意與管材表面的貼合，必要時按壓探頭和手動澆注耦合劑；清除管材表面的異物。

（9）軌道偏移

問題發(fā)現(xiàn)：一般根據(jù)上游B掃描通道MAPU和下游B掃描通道MAPD中的根部幾何反射信號的平直度來判斷軌道偏移的嚴重程度，圖11中B掃描通道MAPU的信號明顯不直，說明軌道安裝變形嚴重。

產生原因：參考線不準、軌道安裝精度誤差大、劃線器磨損嚴重、軌道安裝不牢固。

防范措施：加強劃線器保養(yǎng)、及時更換磨損件、增加劃線器精度校準頻次，軌道安裝時多點位測量。

2. PAUT檢測

在長輸管道相控陣應用中，包括相控陣超聲波技術和TOFD技術。根據(jù)SY/T 4109—2020《石油天然氣鋼質管道無損檢測》標準規(guī)定，當壁厚大于8 mm及以上時，應同時采用TOFD技術，TOFD技術可用于缺陷測高和輔助定性，也能進一步提高缺陷檢出率[4]。

PAUT檢測常見質量問題如表2所示。

按問題占比排序的前5個原因分別為TOFD時間窗口設置不滿足標準要求、TOFD直通波波高低于20%、增益過高、耦合不良、噪聲過大。

下面是一些有代表性問題的PAUT檢測圖譜（見圖12～16）。

圖 12TCG校準增益不均勻，S掃描角度范圍內分界線明顯的PAUT檢測圖譜

圖 13覆蓋不全問題的PAUT檢測圖譜

圖 14調試靈敏度問題的PAUT檢測圖譜

圖 15掃描靈敏度不一致（各道焊口的增益都應一致）的PAUT檢測圖譜

圖 16TOFD時間窗口設置不滿足標準要求的PAUT檢測圖譜

（1）TCG校準增益不均勻，S掃描角度范圍內分界線明顯

問題發(fā)現(xiàn)：由圖12中箭頭所指示位置可見，S掃描顯示在某一角度具有明顯靈敏度差異分界線，且分界線兩側波幅高度相差較大。

產生原因：角度增益修正（ACG）時，各反射體調試時相控陣探頭壓力、聲束入射角度、耦合狀態(tài)發(fā)生變化，導致靈敏度偏差較大；時間增益修正（TCG）時，校準時反射體選擇錯誤或是校準過程中對靈敏度進行了誤調節(jié)。

防范措施：規(guī)范校準流程，盡量保證校準時各反射體的采集狀態(tài)；嚴格執(zhí)行標準規(guī)范，盡量保證校準精度。

（2）覆蓋不全問題

問題發(fā)現(xiàn)：圖13中，采集的數(shù)據(jù)S掃描通道中顯示的檢測區(qū)域明顯未包含焊縫余高（一次波）及焊縫熱影響區(qū)（二次波）。

產生原因：檢測對象坡口形式設置錯誤，S掃描角度范圍設置過大或過小，相控陣探頭前端距確定未經過計算或仿真，數(shù)據(jù)采集過程中相控陣探頭固定不牢固，前端距發(fā)生偏移。

防范措施：坡口定義時必須參考焊接規(guī)范，保證坡口角度設置的準確性；根據(jù)被檢對象厚度選擇適當?shù)穆暿嵌确秶粰z測過程中對探頭工裝部分要做好檢查，以保證探頭前端距的固定良好。

（3）調試靈敏度問題

問題發(fā)現(xiàn)：圖14左分圖中，校準數(shù)據(jù)中通過調節(jié)數(shù)據(jù)光標和角度光標，在A掃描通道中可觀察到波高明顯低于滿屏高的80%，圖14右分圖中則明顯高于滿屏高的80%。

產生原因：檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定、耦合供給單元不穩(wěn)定（有氣泡、壓力變化等）、相控陣探頭工裝部分晃動、環(huán)境溫度變化快、相控陣楔塊下有雜質異物等。

防范措施：檢測工作開展前對掃查器各零部件進行檢查（檢查螺絲是否有松動、彈簧壓力是否正常、耦合供給是否正常)，根據(jù)氣候變化定期更換耦合油；每次校準完成后，逐一對該通道不同位置、角度的波幅進行測量；加強審核力度，確保校準數(shù)據(jù)的有效性。

（4）掃描靈敏度不一致

問題發(fā)現(xiàn)：圖15中，通過查看后臺數(shù)據(jù)，顯示同一通道中“增益（dB）”值存在差值，一個為12.8 dB，一個為10.5 dB。

原因分析：基準靈敏度設置完成后，對掃描靈敏度的設置出現(xiàn)錯誤；數(shù)據(jù)采集過程中無意間觸碰靈敏度調整按鈕。

防范措施：基準靈敏度設置完成后，對掃查靈敏度、表面耦合損失進行一次性調整；數(shù)據(jù)采集時不要退出數(shù)據(jù)采集模式而隨意切換到系統(tǒng)調試模式，防止誤操作；加強數(shù)據(jù)審核力度。

（5）TOFD時間窗口設置不滿足標準要求

問題發(fā)現(xiàn)：圖16中，TOFD通道閘門應設置在直通波前0.5 μs至變形波后0.5 μs，圖16中直通波顯示的時間位置在時間窗口內明顯過大。

原因分析：TOFD通道設置時，選取的試塊與被檢工件狀態(tài)不相近或相同；探頭楔塊磨損；探頭工裝部分晃動，探頭中心距發(fā)生變化。

防范措施：應在對比試塊或是被檢工件上對TOFD進行設置；檢測工作開展前對掃查器各零部件進行檢查，保證PCS值的固定；檢測過程中結合數(shù)據(jù)顯示增加對楔塊磨損程度的觀察。

3. DR檢測

在長輸管道X射線數(shù)字成像檢測中，目前主要采用的是DR檢測。國內有多個生產廠家研發(fā)了管道專用工裝，可以使用中心透照法和雙壁單影透照法進行DR成像，采用的都是步進式靜態(tài)成像原理[5-7]。

DR檢測常見質量問題如表3所示，可見主要問題有殘影、焊縫評定區(qū)內焊接殘留物、鉛字/磁鐵/像質計投影到焊縫有效評定區(qū)、偽缺陷等。

一些有代表性問題的DR檢測圖像如圖17～21所示

圖 17雙線型像質計擺放角度不符合標準的DR檢測圖像

圖 18偽缺陷（管內異物）DR檢測圖像

圖 19鉛字/磁鐵/像質計的鉛字投影到焊縫區(qū)域的DR檢測圖像

圖 20數(shù)據(jù)丟失（數(shù)據(jù)圖像不完整）的DR檢測圖像

圖 21殘影的DR檢測圖像

（1）雙線型像質計擺放角度不符合標準

問題發(fā)現(xiàn)：圖17中，雙線型像質計傾斜角度過大，經評圖軟件測量為8.6°，明顯超過標準規(guī)定2°~5°。

產生原因：現(xiàn)場檢測人員工作過程中操作不認真，未按操作指導書要求擺放雙線型像質計。

防范措施：加強對現(xiàn)場檢測人員的工藝執(zhí)行交底和監(jiān)督，也可使用具有固定角度的雙線型像質計模具。

（2）偽缺陷（管內異物）

問題發(fā)現(xiàn)：圖18中，在熱影響區(qū)和焊道位置，發(fā)現(xiàn)有異物影像。

產生原因：施工焊接過程異物遺留。

防范措施：針對施工焊接過程控制，加強焊接前后管內殘留異物的清理。

（3）鉛字/磁鐵/像質計的鉛字投影到焊縫區(qū)域

問題發(fā)現(xiàn)：圖19中，在有效評定區(qū)內發(fā)現(xiàn)白色虛影，為磁鐵的投影。

產生原因：現(xiàn)場檢測人員工作過程中細心度欠缺，未仔細觀察考慮射線機窗口角度與擺放標識位置的關系。

防范措施：根據(jù)射線機窗口角度來合理地擺放標識。

（4）數(shù)據(jù)丟失（數(shù)據(jù)圖像不完整）

問題發(fā)現(xiàn)：圖20所示的兩張連續(xù)圖像中，通過標記帶可發(fā)現(xiàn)中間不連續(xù)，存在焊縫被檢區(qū)域缺少的問題。

產生原因：現(xiàn)場檢測人員工作過程中不夠認真，檢測時候少透照了或拼接圖像時漏拼了。

防范措施：加強現(xiàn)場檢測人員的責任心，透照和拼接圖像后認真檢查圖像是否完整。

（5）殘影DR檢測圖像

問題發(fā)現(xiàn)：圖21中的背景中存在以前拍照的殘影。

產生原因：現(xiàn)場檢測人員工作過程中未進行暗場或亮場校正。

防范措施：加強對現(xiàn)場檢測人員的工藝執(zhí)行交底，按要求進行暗場或亮場校正。

4. 無損檢測掛證網(wǎng)結論

（1）列舉了一些AUT、PAUT和DR質量檢查中的常見問題，其產生原因主要為技術交底不清晰明確、檢測人員對標準理解不到位、現(xiàn)場檢測人員技術能力不足、現(xiàn)場工作經驗不足、未嚴格執(zhí)行檢測工藝紀律。

（2）給出了相應的切實有效的糾正措施建議，即，應主要從人的因素方面進行改進，加強檢測人員對標準的理解，提高現(xiàn)場檢測人員的質量、工藝執(zhí)行、責任心意識，由本單位技術專家進行現(xiàn)場技術培訓、指導并考核，讓現(xiàn)場檢測人員知道應該做什么、應該怎么做、做到什么程度。

推薦閱讀：無損檢測證書掛靠多少錢一年【2025下半年最新】