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摘要：裂纹是焊件常见缺陷，也是最危险的缺陷。焊缝受力时，它会延伸、扩展，形成应力集中，造成焊件断裂和事故的发生。研究长输管线焊接裂纹的检测方法具有重要意义。
关键词：长输管线 焊接裂纹 射线
管道运输是石油天然气的主要运输方式，在石油工业中占有举足轻重的地位。它具有运量大、效率高、消耗小、成本低、环境适应性强及便于管理等优点。通常情况下，管道运输为长输管道(按照国家《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》，长输管道为GA类管道)。
就当前而言，我国的管道建设过程仍然存在不少问题。其中，长输管线焊接裂纹就是较为突出的一个。由于焊接裂纹对焊接结构具有的诸如脆性破坏的破坏性，常常引起一些灾难性的事故。针对焊接裂纹，目前国内除了从焊接工艺的“源头”因素控制外，在检测方法上常采用无损检测法，如超声波检测，磁力检测法等。本文试图着重从射线方法的角度，探讨实际工作中长输管线焊接裂纹的检测。
一、长输管线施工特点
长输管道建设是一项巨大的工程，施工中需要考虑到地质、环境、工程技术等各种因素，在设计时要对管道运行的安全性、经济性等诸多方面进行慎密的计算。长输管道施工中的特征主要有：1、工程量大。2、作业区域为地表层以下，一般均为埋地敷设。3、工程项目多，除了勘探、开挖，需要添加防腐层等保护层。4、需要进行长输管道的强度设计5、技术要求高，除了对地质、地貌方面的勘测，需要运用管道防腐层检测技术以及长输管道风险分析等诸多事宜。
在实际的施工过程中，因施工不当往往造成一定的缺陷，例如，焊接缺陷、防腐层补口、补伤质量问题、管沟开挖及回填的质量不良等。其中，焊接焊接是管道施工的最关键环节，焊接质量在很大程度上决定了工程质量。
二、焊接裂纹的形成及原因
（一）、焊接裂纹分类及其一般特征
裂纹（焊接裂纹）是在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遇到破坏而形成的新界面而产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹、辐射状裂纹。按发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹、熔合线裂纹、焊址裂纹及热影响区裂纹。按产生的温度可分为热裂纹、冷裂纹。
（二）、焊接裂纹产生的机理
一是冶金因素，另一是力学因素。冶金因素是由于焊缝产生不同程度的物理与化学状态的不均匀，如低熔共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、导致的热裂纹。此外在热影响区金属中，快速加热和冷却使金属中的空位浓度增加，同时由于材料的淬硬倾向降低材料的抗裂性能，这些都是生成裂纹的冶金因素。力学因素时由于在焊接过程中，管道的组队安装、焊接顺序、焊缝位置以及其他受热部位冷却过程中的收缩等均会使焊接接头承受不同的应力。焊接区由于受热而发生膨胀，因而承受压应力，冷却时由于收缩又承受拉应力，一直到焊后将会产生不同程度的残余应力。当焊接接头承受的拘束应力超过接头可以承受的应力时，将导致焊接裂纹的产生。
三、关于用射线方法检测发现裂纹的探讨
1、什么是射线检测法
射线检验是利用射线(X射线、Y射线、中子射线等)穿透物体过程中具有一定的衰减规律，根据通过工件各部位衰减后射线强度检测工件内部缺陷的一种方法。不同物体其衰减程度不同，衰减的程度由物体的厚度、物体的材料品种以及射线的种类而定。
2、X射线检测原理概述
X射线检测属无损检测范畴，是众多射线（X射线，γ射线和中子射线）检测中比较常见的一种。其基本原理是利用X射线去照射被检物体的被检部位。X射线在穿透被检物体过程中，会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使其强度减弱。设I0为初始射线束的强度，物体内部没有缺陷，则它穿过物体后强度将衰减为：
 （1.1） 式中I为透射射线的强度；  为平均衰减系数； T为穿透物质的厚度；n为散射比。可见强度减弱程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中穿越的厚度。如果被检部位存在缺陷，且此缺陷在透射方向上的尺寸为Δ T，线衰减系数为 u′，所形成的散射比为n′。用 I ′表示透过缺陷部位的射线强度，则：  （1.2） 这样同样强度的X射线透过完好部位和缺陷部位后，将会出现不同的衰减，透射射线的强度出现差异，用ΔI表示透射后射线强度的差，则：
 （1.3） 可见，只要衰减系数不同于被检物体其他部分，该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。缺陷尺寸越大，差异越明显。把胶片放在适当的位置，使其在透过射线的作用下感光，经过暗室处理后就得到X射线底片。把底片放在观片灯上，借助透过光线观察，可以看到由黑度差异构成的不同形状的影像。评片人员据此判断缺陷情况并做出评价，这样就完成了无损检测。
四、底片成像特点
底片上的影像是由许多微小的黑色金属银颗粒所组成，影像各部位黑度大小与该部位含银量多少有关，含银量多的部位比含银量少的部位难于透光，底片黑度D是照射光强与穿过底片的透射光强之比的常用对数值，即：
 （1.4） 式中l0为照射光强；l为透射光强； l0/l称为阻光率。当D=0.3时，照射光有1/2透过，D=3.0时，照射光只有1/1000透过。从底片的黑度来看，底片具有阻光率大，亮度低的特点。
五、影响射线照相质量的因素
影响射线照相质量的因素主要是对比度、清晰度、颗粒度。射线照相对比度是底片影像中相邻区域的黑度差；清晰度定义为胶片影像中不同梯度区域分界线的宽度，用来定量描述清晰度的是“不清晰度”。射线照相颗粒度是对视觉产生影响的底片影像黑度的不均匀程度。
六、常见的X射线底片成像缺陷处理方法
针对X射线底片成像影响因素，通常运用图像噪声滤除和图像的灰度增强处理技术来达到客服缺陷，提高图像效果的目的。
1、图像噪声滤除
首先需要进行噪声来源分析，通常有：受到感光颗粒噪声的影响；从光学到电子形式的转换过程会产生随机噪声；处理信号的电子放大器会引入热噪声。
在分析噪声来源的基础上，建立噪声的模型，其后根据噪声模型来选择具有针对性的噪声滤除算法，空间域低通滤波方法就是其中较为普遍的一种。它是通过一个称为模板的子图像在待处理的图像中逐点地移动，在每一点处，滤波器在该点的响应通过事先定义的关系来计算。在滤波器子图像中的值是系数值，而不是像素值。
2、图像的灰度增强处理
经过噪声滤除之后，X射线底片数字图像实现了初步的预处理，但是要想对其进行边缘的提取，是远远不够的。在实际工作成，需要运用图像增强处理技术。图像增强的方法很多，如灰度变换、直方图处理、线性滤波、频率域锐化滤波等。其中，频率域高通加强滤波可以凸显图像中目标的边缘，通过频率域的高通加强滤波及灰度拉伸后，图像将变得层次分明。然而要想较大范围的改善图像的对比度，必须采取灰度变换的方法对图像进行处理。图像反转法、对数变换法、直方图均衡等灰度变换都能有效地改善图像的灰度分布。
七、焊接裂纹的自身特征参数及在底片上的影像特征
裂纹的自身特征参数有裂纹长度L,裂纹走向X，裂纹平面相对于射线束的倾角θ，裂纹埋藏深度h，裂纹自身高度d，裂纹开口宽度W。对射线照相来说，影像裂纹检出灵敏度的关键参数是d，W。
纵向裂纹平行于焊缝轴线，出现在焊缝影像中心部位、焊址线（熔合线上）和热影响区的母材部位，底片影像多为略带曲齿或略有波纹的黑色线纹。横向裂纹垂直焊缝轴线，在底片上焊缝影像的热影响区和根部常见垂直于焊缝的微细黑色线纹。弧坑裂纹一般多在焊缝的最后收弧坑内，底片影像多为“一”字纹和“星”形纹影像黑度较淡，轮廓清晰。放射裂纹是由一共同点辐射出去，大多出现在焊缝底片影像的中心部位，其辐射出去的都是短小的，黑度较小且均匀，轮廓清晰。 因此，对管道焊接裂纹的判断主要是通过底片上的影像裂纹特征来识别的。
参考文献：
[1] 杨筱茜.油气管道安全工程.北京:中国石化出版社，2005.
[2] 金忠,刘波峰,张林山等.一种基于形态学的X射线数字图像焊缝边缘检测方法.计量技术,2006.
[3] 曾祥照，罗佩.X射线实时成像在焊缝探伤中的应用[J].焊接，2000.
[4] 陈树越.X射线数字图像质量改善研究[D].南京:南京理工大学，2001
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