超聲波衍射時差法在現(xiàn)場組焊壓力容器無損檢測中的應用思路分析

孫挺虹 項智（浙江省特種設備檢驗研究院 浙江 杭州 310020）

超聲波衍射時差法（TOFD）屬于一種新型的無損檢測技術，目前的發(fā)展越來越成熟。該技術在檢測時需要參考衍射能量，而這些衍射能量是從被檢試件內(nèi)部缺陷的端點和端角處獲得的，這樣就可以完成對缺陷的定量、檢測以及定位。在進入到新的世紀后，該技術的使用越來越體系化、規(guī)范化。許多國家已經(jīng)制定了有關的評價標準和檢測標準。筆者對TOFD工藝流程、技術原理、優(yōu)勢和劣勢等進行分析，之后對其在實際中的應用進行分析。

一、TOFD技術介紹以及優(yōu)勢

1.檢測原理

固體聲速中最快的縱波會在缺陷端部產(chǎn)生一定的衍射，而TOFD技術就是根據(jù)衍射來開展檢測的。在焊縫的兩側，把縱波斜探頭相向?qū)ΨQ放置，這對探頭的頻率是一樣的，而入射角的范圍一般是45o-70o。一個是發(fā)射探頭，一個是接受探頭。發(fā)射探頭發(fā)射的縱波會入射到被檢焊縫端面，入射的角度是側面，這時在沒有缺陷的部位，沿工件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úㄒ约暗酌娴姆瓷洳ū惶绞仗筋^接收到。當有缺陷存在時，在上面提到的兩波之間，無論是缺陷上端部，還是下端部的衍射波都會被接收探頭收到。

2.缺陷深度計算

如果超聲波束從一個高阻抗介質(zhì)傳播到另外一個低阻抗介質(zhì)中的時候，通過界面的反射，波束相位就會有變化產(chǎn)生。在碰到界面之前，如果波束是負向周期，那么在經(jīng)過界面反射之后就會成為正向周期。我們從理論和實踐兩個方面進行分析后發(fā)現(xiàn)，假如2個衍射信號的相位是相反的，那么二者之間就一定有一個連續(xù)不間斷的缺陷存在?？梢?，在對缺陷進行評定時，對相位變化的識別非常的重要。

如果焊接某點是缺陷的端點，此外兩個探頭的信號是對稱的，那么這兩個探頭之間的信號時間是：

通過式（2）我們可以將缺陷的上端點深度h1計算出來，此外下端點h2也可以計算出來。而缺陷自身的高度就是h1和h2的差。

3.TOFD掃描成像

TOFDDE成像是通過掃查得到的，在這個過程中探頭就會對接收到的A掃圖形進行轉(zhuǎn)換，這樣就可以得到黑白兩色的灰度圖。因此，成像并不是缺陷實際的圖像顯示。

此外，還需要對焊接檢測信號進行處理，比如：記錄、儲存以及記錄等。在這個過程中，我們需要數(shù)字化技術的幫助。

4.TOFD檢測技術的優(yōu)勢

和傳統(tǒng)的檢測技術相比較，TOFD檢測技術的優(yōu)勢有：（1）可以針對缺陷的深度以及高度實施精確的測量。（2）可探測的厚度大，尤其是在遇到厚板探傷這一狀況時。（3）檢測缺陷時，檢測率非常的高。（4）可以對數(shù)據(jù)進行多方位的分析，也可以復原缺陷。（5）對檢測工作環(huán)境沒有特殊要求，也不需要安全保護措施。

二、TOFD檢測工藝

1.流程和設備

我們可以在圖1中看到TOFD檢測流程。

檢測設備上，比較常用的有：武漢中科公司生產(chǎn)的漢威HTS800系列以及汕頭超聲公司生產(chǎn)的CTS-1008plus。

2.檢測之前的準備工作

對檢測區(qū)域進行確定。對焊接實際熱影響區(qū)進行測量和記錄，而超聲探頭的位置得到控制，這時檢測的區(qū)域是：在實際熱影響區(qū)的加上兩側各為6毫米的范圍。對于未知的焊縫熱影響區(qū)域。假如工作厚度沒有超過200毫米，那么檢測的區(qū)域就是：焊縫本身加上焊縫熔合線兩側的各25毫米的范圍。

檢測設置和校準。對探頭前沿和超聲波在探頭楔塊中傳播的時間需要首先進行檢測，此外需要對以下幾個方面進行設置：掃查增量、靈敏度以及掃描時間。

對檢測區(qū)域表面進行處理。針對焊縫表面，我們一般要進行打磨處理，這樣探頭表面與工件耦合就會良好，此外得到的數(shù)據(jù)也會準確有效。

在一般情況下，不需要對焊縫余高進行磨平，然而針對T字口焊縫，則需要打磨，打磨的范圍是：焊縫3個方向各200毫米的范圍內(nèi)。

其他方面的要求。探頭移動區(qū)域，應該將阻擋探頭移動的障礙物祛除掉。此外，為了方便檢測的操作，離掃查面需要有3米的空間。

3.檢測

初始掃查使用的方法是：非平行掃查。在焊縫中心線的兩側，需要將探頭對稱布置在其中，此外沿著焊縫長度方向行進運動。如果焊縫寬，那么需要增加非平行掃查的次數(shù)，一般在焊縫兩側各增加一次就可以了。當橫向缺陷存在于焊縫中時，需要使用超聲波聲束，讓其和焊縫橫截面產(chǎn)生一定的傾角。

需要對波幅狀況進行密切的觀察，假如有以下波幅降低至少12dB，就需要進行重新掃查：底面反射波、波型轉(zhuǎn)換波、直通波。

4.檢測結果分析

需要對檢測結果進行缺陷評定和綜合分析。針對超標缺陷實施返修,之后進行復檢時需要使用和初檢一樣的檢測方法。

5.檢測記錄及簽發(fā)報告

當檢測結束后，工作人員需要將資料上交給上級的檢測單位之后進行存檔，這些資料內(nèi)容包括：全部檢測圖像數(shù)據(jù)和缺陷情況，注意使用電子文檔的方式。

三、TOFD檢測技術在工程中的應用

西氣東輸建設項目使用了該檢測技術，在此過程中對14臺壓力容器的80多條焊縫實施了檢驗。在乍得恩賈梅納煉油廠項目中，將TOFD與手動超聲檢測進行結合，實現(xiàn)了對以下項目和設備的檢測：反應沉降器、再生器等可以說，使用該技術后實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏。

結束語

TOFD檢測技術以其1技術方面的優(yōu)勢在實際中獲得了廣泛的應用，尤其是在石油化工行業(yè)。筆者對其優(yōu)勢、應用等進行了介紹，希望對同行有借鑒意義。

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