行業(yè)TOFD檢測技術(shù)的應(yīng)用和進展

摘要：無損檢測法（TOFD）是在二十世紀(jì)七十年代創(chuàng)建出來的一個技術(shù)，它在歐美國家壓力容器等領(lǐng)域內(nèi)備受關(guān)注。從2008年之后，由于我國質(zhì)檢局特種設(shè)備安監(jiān)局506號文的實施，中國壓力容器行業(yè)也開始引用TOFD 技術(shù)，且進行全面推廣。在2009年7月25日，《固定式壓力容器安全技術(shù)檢測條例》得以推行，該條例里具體強調(diào)了TOFD 技術(shù)和射線技術(shù)一樣，都屬于壓力容器行業(yè)中常見的焊接接頭的無損測試技術(shù)，能夠讓該技術(shù)變成這一領(lǐng)域內(nèi)的核心要點。本文簡單闡述了TOFD 技術(shù)的工作機制與中國TOFD 技術(shù)的市場應(yīng)用和實施標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：超聲衍射時差法；壓力容器；焊接接頭

1 TOFD技術(shù)的工作機制

1.1 物理基礎(chǔ)

TOFD 技術(shù)也可以稱為超聲衍射時差法，它是二十世紀(jì)七十年代經(jīng)德國哈威爾無損檢測機構(gòu)創(chuàng)建的，其功能是定量測試缺陷高度。根據(jù)惠更斯理論內(nèi)容，波陣面中的各點均被認(rèn)定是全新波源，該技術(shù)是通過超聲波和缺陷的彼此作用形成的衍射波來分析缺陷，且實施定量研究。此和按照反射信號測試缺陷，按照此類信號幅度判斷缺陷大小的常規(guī)超聲波測試法有明顯的區(qū)別。

1.2 TOFD檢測機制

在應(yīng)用TOFD技術(shù)時，選擇一對或多對寬聲束縱波探頭，該探頭針對焊縫均衡布置，聲束環(huán)繞整個測試區(qū)，發(fā)現(xiàn)缺陷則會形成衍射波與反射波。

1.3 缺陷檢測

利用檢測反射波發(fā)射時間及通過三角方程，能夠找到缺陷大小與位點。在計算式2L=cT=2（d21+S2）1/2中，L指超聲波抵至缺陷處的聲程；C指聲速；T指衍射波的發(fā)射時間；S指探頭中端間距的1/2。直通波為始點，假如缺陷處的衍射波和直通波之間的發(fā)射時間差是t，那么能確定缺陷大小，即d1=d2（t2c2+4tcS）1/2。

d2指缺陷處和掃差面間的最大路距，以此能夠確定d2值。

1.4 厚度分區(qū)

可選多個探頭對厚壁容器焊縫做測試，假定不一樣的探頭中心間距，實現(xiàn)對測試區(qū)的百分之百覆蓋。通常在檢測時，需對該區(qū)域進行劃分，安裝探頭時需保障聲束在深度方向最小覆蓋周圍分區(qū)在壁厚方向的1/4的深度，降低漏檢率。分區(qū)測試能夠選擇多個探頭進行一次檢測；也能夠選擇一個 探頭進行多次檢測。探頭安裝需要進行檢測優(yōu)化，當(dāng)系統(tǒng)調(diào)整與校正期間，必須進行比較和優(yōu)化，利用試件的掃差來檢驗測試結(jié)果。

1.5 試塊和靈敏度設(shè)置

試塊是指：人工缺陷試塊或普通缺陷試塊，具體與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相符。一開始要明確測試通道的靈敏度。其設(shè)定可經(jīng)過對比調(diào)整，對此要注意幾個事項：①把直通波的波幅設(shè)置為滿屏高的35%-75%；②由于工件表層情況選擇直通波無效，可把底面反射波幅設(shè)置是滿屏高的18%-30%；③如直通波與底面反射波都無效，需把物料的晶粒噪音設(shè)置是滿屏高的5%-10%。當(dāng)靈敏度確定之后，需確保對比試塊中的人工缺陷得以在掃描圖中直觀、準(zhǔn)確體現(xiàn)。

2 TOFD 技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

2.1 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

在TOFD成功研制之后，也得到了全面推廣和發(fā)展。1994年美國正式創(chuàng)建US7785標(biāo)準(zhǔn)，確定了針對缺陷測試、定位與定量超聲衍射時差法章程，此為首個應(yīng)對TOFD技術(shù)的測試標(biāo)準(zhǔn)；1997年英國BSME co de case 2457明確強調(diào)，將超聲法（如TOFD）來取代射線檢測法，是將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的一個綜合條例。之后陸續(xù)出現(xiàn)了歐州標(biāo)準(zhǔn)ENV 785-3：2378《缺陷檢測和測量的超聲衍射時差法》、英國標(biāo)準(zhǔn)NDIS 6235 —1998《針對缺陷高度檢測的超聲衍射時差法》、印度標(biāo)準(zhǔn)NEN 1879 ：2003《衍射時差法驗證章程》、日本ASTM E4567 —2006《超聲衍射時差法應(yīng)用規(guī)程》等。

到了二十世紀(jì)八十年代末，TOFD技術(shù)得到了全面重視，特別是在海洋與陸地礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)；在二十世紀(jì)九十年代里，TOFD變成一個獨立檢測技術(shù)，可用于取代射線檢測法，并且受到歐美等國家的普遍關(guān)注與應(yīng)用。

對于技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)來說，各個企業(yè)的具體規(guī)定是不一樣的，其質(zhì)量等級也有區(qū)別。以南京通用設(shè)備研究中心壓力容器檢測站2008年頒布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GMRI01-2008《承壓設(shè)備超聲波衍射時差法（TOFD）自動超聲檢測》為實例來分析，其質(zhì)量劃分成兩個等級，包括了缺陷高度、掩埋深度與徑長等。對于表層缺陷徑長的質(zhì)量等級來說，基本上是根據(jù)JB/T 6724—2006表層檢測的具體內(nèi)容來設(shè)定。內(nèi)部與普通的表層缺陷徑長的質(zhì)量等級基本上是根據(jù)JB/T 6724—2006射線檢測技術(shù)的具體內(nèi)容來設(shè)定。通過和一般超聲波法、射線測試法的相同性進行分析，標(biāo)準(zhǔn)針對厚度不一的焊接接頭明確了不一樣的允諾徑長，TOFD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)里的Ⅱ級差不多和射線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)里的Ⅲ級一致。

2.2 中國TOFD技術(shù)的應(yīng)用

到了二十一世紀(jì)，TOFD技術(shù)逐漸在中國受到關(guān)注。2005年第一重型設(shè)備集團編撰了TOFD行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)且通過中國容器標(biāo)準(zhǔn)組委會的核查，第二年，該集團把TOFD檢測法應(yīng)用在神華360mm厚煤液化加氫反應(yīng)器中；南京通用設(shè)備研究中心、中國特檢院等機構(gòu)均對TOFD技術(shù)進行了理論分析與實踐研究；中國特種機械檢驗組委會開設(shè)了特種機械TOFDⅡ級技術(shù)員學(xué)習(xí)班，明確了技術(shù)培訓(xùn)與資格審核等系列工作要點，鍋容標(biāo)委準(zhǔn)備邀請學(xué)者審核備案單位TOFD標(biāo)準(zhǔn)。即，從2008年質(zhì)檢局實施584號文件之后，在我國特殊設(shè)備領(lǐng)域中，TOFD技術(shù)也受到普遍重視。

3 討論與展望

TOFD技術(shù)的優(yōu)勢較多，第一針對探頭存在較廣的覆蓋面，能夠不借助幅度進行有效的缺陷測定，可迅速檢測，和脈沖反射技術(shù)對比來看，針對缺陷方向依賴性弱，其檢測靈敏度強，能夠儲存掃描圖像等。不過，一定要了解到，TOFD技術(shù)也存在一定的不足，比如，考慮到底部回波與側(cè)向波的出現(xiàn)，當(dāng)TOFD進行掃描期間，其上下周圍具有盲區(qū)，可利用其它檢測技術(shù)進行輔助掃描；無法闡釋缺陷特征，虛夸個別危機性弱的如氣孔等缺陷；具體測試期間缺陷徑長方向誤差嚴(yán)重；關(guān)于水平裂痕或許會出現(xiàn)漏測等情況。

由于中國社會經(jīng)濟的繁榮發(fā)展，上萬噸乙烯與煉油、千萬瓦核電站、煤液化項目等重要項目的不斷涌現(xiàn)，大徑長厚壁壓力容器的數(shù)量持續(xù)提升，特別是現(xiàn)場阻焊的厚度大于300 mm的壓力容器焊縫，進行射線掃描并不容易辦到。所以，F(xiàn)OTD檢測法的推行對中國特殊壓力容器的生產(chǎn)發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用，同時彰顯出必要特征。TOFD技術(shù)非常適應(yīng)特殊壓力容器的生產(chǎn)與設(shè)置，可以真正地減少制造費用，增強中國產(chǎn)品生產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。對此，我國也在逐漸重視TOFD技術(shù)的應(yīng)用和推廣，政府單位的重視程度持續(xù)增強，無損檢測工作者崗位培訓(xùn)力度持續(xù)增大，設(shè)備制造企業(yè)不斷調(diào)整及升級TOFD機械，由于特種機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的持續(xù)完善，TOFD檢測法在中國壓力容器領(lǐng)域內(nèi)備受重視。

參考文獻：

[1]李衍.ASME法規(guī)對超聲TOFD法的最新規(guī)定介紹[J].無損檢測， 2007，29（4）：209-213.

[2]鄭暉，胡斌，林樹青.國外TOFD檢測標(biāo)準(zhǔn)分析和比較[J].無損檢測， 2007，29（3）：150-154 .

[3]張平.超聲衍射時差檢測技術(shù)在中國的應(yīng)用進展[J].無損檢測， 2008，30（7）：397-402.

作者簡介：

閆軍帥（1990—），男，山東濱州，助理工程師，研究方向：AUT應(yīng)用。