TOFD方法在厚壁承壓設(shè)備焊縫檢測(cè)中的試驗(yàn)和應(yīng)用

張占國(guó)

摘要：TOFD檢測(cè)的基礎(chǔ)在國(guó)際方面的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，尤其是對(duì)于大后壁的承壓設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于射線檢測(cè)等傳統(tǒng)檢測(cè)方法已經(jīng)難以滿足此類設(shè)備的檢測(cè)需求，可以通過(guò)利用TOFD技術(shù)擴(kuò)大檢測(cè)作業(yè)的整體厚度，利用此類檢測(cè)技術(shù)的靈敏度特性，在檢測(cè)裂紋類缺陷時(shí)能夠獲得較強(qiáng)的敏感性，在此類作用和優(yōu)勢(shì)的支撐基礎(chǔ)上充分的發(fā)揮出了TOFD檢測(cè)技術(shù)的實(shí)用價(jià)值，通過(guò)對(duì)厚壁容器焊縫TOFD檢測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)與研究，使該項(xiàng)技術(shù)在最大后壁板焊加氫反應(yīng)器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)當(dāng)中獲得了優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：TOFD方法;后壁承壓設(shè)備;焊縫檢測(cè);實(shí)驗(yàn);應(yīng)用

TOFD是一種利用超聲波衍的超聲檢測(cè)方法，并且具有自動(dòng)化的特點(diǎn)，在通常情況下可以使用縱波斜探頭，利用“一發(fā)一收”的模式對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖之后，直通波屬于首先到達(dá)接收探頭的波形，其次是底面反射波，當(dāng)檢測(cè)主體存在缺陷時(shí)，接收探頭會(huì)在直通波和底面反射波之間接收到由缺陷處所產(chǎn)生的衍射波，實(shí)現(xiàn)TOFD方法在后壁承壓設(shè)備焊縫檢測(cè)階段的有效使用。

一、分析TOFD檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用情況

我國(guó)在開(kāi)發(fā)并研究TOFD檢測(cè)技術(shù)的過(guò)程中，從方法標(biāo)準(zhǔn)制定、靈敏度確定以及對(duì)比試塊確定等不同的方面入手，在早期的起步階段通常是以統(tǒng)一化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或國(guó)家規(guī)定為主要研究?jī)?nèi)容，為T(mén)OFD檢測(cè)技術(shù)的推廣奠定了良好的基礎(chǔ)。TOFD檢測(cè)技術(shù)在西方的發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)獲得了一定程度的優(yōu)勢(shì)與作用，其中包含了核工業(yè)、電力工業(yè)以及石油化學(xué)工業(yè)等行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐、壓力容器以及壓力管道等承壓類型的設(shè)備檢測(cè)與監(jiān)測(cè)。隨著TOFD技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用日益深入，多數(shù)國(guó)家針對(duì)TOFD檢測(cè)方法制定了較為規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

二、明確掌握研究TOFD檢測(cè)技術(shù)的重要作用

在使用射線進(jìn)行檢測(cè)時(shí)必須要求附近其他類型的交叉作業(yè)立即停止，從而對(duì)整體工程的運(yùn)行進(jìn)程造成了一定的阻礙。通過(guò)引進(jìn)TOFD檢測(cè)技術(shù)對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行檢測(cè)可以看出，在此類技術(shù)的支撐作用下所測(cè)定的定量精度與常規(guī)類超聲檢測(cè)方法相比普遍較高，通?？梢赃_(dá)到1mm，將TOFD技術(shù)運(yùn)用到裂紋擴(kuò)展監(jiān)控作業(yè)當(dāng)中時(shí)，可以看出其定量精度能夠達(dá)到0.3mm。另外，現(xiàn)階段我國(guó)所使用的承壓設(shè)備類型逐漸朝著大型厚壁方向轉(zhuǎn)型，由于受到了運(yùn)輸類條件的限制，使多數(shù)大型承壓設(shè)備在制造作業(yè)完成之后無(wú)法達(dá)到整體運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)，所以只能將其進(jìn)行分段處理，并運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)之后再進(jìn)行組焊。因此，射線檢測(cè)等傳統(tǒng)檢測(cè)方法不僅無(wú)法滿足大后壁設(shè)備檢測(cè)階段對(duì)于靈敏度的要求，還會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的過(guò)程中在減少射線防護(hù)設(shè)施建設(shè)的過(guò)程中所產(chǎn)生的投入。除此之外，TOFD檢測(cè)技術(shù)相較于常規(guī)類型的手工超聲檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)，其所獲得的缺陷檢出效率普遍較高，在利用TOFD檢測(cè)方法時(shí)所記錄的圖像信息量更大，在豐富的信息數(shù)據(jù)支撐作用下使TOFD圖像為缺陷的識(shí)別和分析工作帶來(lái)了便利性保障。不僅如此，在使用TOFD檢測(cè)方法的過(guò)程中探頭接收到的衍射信號(hào)可以有效避免聲束和缺陷夾角的影響，通過(guò)任意方向的缺陷都能夠及時(shí)的找出缺陷夾角和聲束的實(shí)際情況，在TOFD檢測(cè)技術(shù)的作用下提高了設(shè)備缺陷的檢出效率。

三、對(duì)比試塊和模擬試塊的設(shè)計(jì)與制作

1.基礎(chǔ)考慮要素

首先，試塊的厚度需要與被檢測(cè)對(duì)象的厚度保持一致，且對(duì)比試塊反射體需要選擇橫孔的形式，與常規(guī)類型的超聲檢測(cè)試塊反射體相同，而模擬試塊所出現(xiàn)的反射體則屬于人工缺陷。其次，需要根據(jù)待檢測(cè)工件的基本情況予以綜合考慮，使試塊能夠與檢測(cè)作業(yè)之間保持適應(yīng)性，將檢測(cè)覆蓋范圍、靈敏度的設(shè)置等內(nèi)容包含在內(nèi)。試塊需要由被檢測(cè)對(duì)象相關(guān)材料制成，例如類似或者相同的材料，在聲速、晶粒結(jié)構(gòu)以及表面條件等方面具有趨同性。再次，還需要針對(duì)人工反射體的總體數(shù)量予以全面確定，人工反射體的數(shù)量需要超過(guò)檢測(cè)階段所使用的探頭個(gè)數(shù)，確保每個(gè)探頭都能夠在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)部至少出現(xiàn)一個(gè)人工缺陷。另外，還需要確保相鄰的探頭之間，能夠?qū)z測(cè)的厚度范圍保持25%左右的重疊。最后，在對(duì)比試塊和模擬試塊的過(guò)程中，需要選定特制的大型厚壁板焊式加氫反應(yīng)器環(huán)焊縫，在TOFD現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和制造的過(guò)程中明確加氫反應(yīng)器的基本參數(shù)。

2.對(duì)比試塊和模擬試塊

對(duì)于對(duì)比試塊來(lái)說(shuō)，一共制作了11處以人工缺為主的陷橫孔為側(cè)鉆孔，試塊材料與反應(yīng)器材料相同。對(duì)于模擬試塊來(lái)說(shuō)，模擬試塊屬于在試塊焊縫內(nèi)部以及上下表面區(qū)域，所開(kāi)展的模擬實(shí)際缺陷的具體操作過(guò)程。

四、分析對(duì)比試塊和模擬試塊的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.對(duì)比試塊的試驗(yàn)結(jié)果分析

首先，分析對(duì)比試塊的缺陷高度可以看出，實(shí)驗(yàn)的誤差均在≤10%的范圍內(nèi)，而部分缺陷由于處于直通波表面盲區(qū)內(nèi)部部分，其誤差達(dá)到了21%，而其余部分則無(wú)法保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，盲區(qū)的大小與探頭對(duì)之間的間距和探頭的標(biāo)稱頻率具有直接關(guān)系。例如：當(dāng)頻率為5Mhz時(shí)，間距為100mm的探頭，對(duì)其產(chǎn)生的檢測(cè)盲區(qū)在9mm左右。直通波的占寬比例所造成的表面檢測(cè)盲區(qū)屬于TOFD技術(shù)在應(yīng)用階段的缺陷之一，造成此類問(wèn)題的原因主要是由于直通波能夠產(chǎn)生一定的脈沖寬度，而脈沖寬度則會(huì)在脈沖的持續(xù)時(shí)間之內(nèi)，在圖像當(dāng)中所產(chǎn)生的等效深度。其次，通過(guò)對(duì)缺陷長(zhǎng)度的檢測(cè)進(jìn)行分析，可以看出無(wú)論是否處于直通波的盲區(qū)內(nèi)部，任意類型的缺陷長(zhǎng)度均能夠得到有效檢測(cè)，并確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后，通過(guò)對(duì)對(duì)比試塊的缺陷深度進(jìn)行分析可以看出，深度檢測(cè)所產(chǎn)生的誤差較小，部分處于盲區(qū)內(nèi)的深度結(jié)果無(wú)法得到有效測(cè)量。

2.模擬試塊的試驗(yàn)結(jié)果分析

首先，對(duì)缺陷高度進(jìn)行分析可以看出，由于模擬缺陷附近存在其他焊接類缺陷，所以對(duì)模擬缺陷的圖像造成了干擾，部分?jǐn)?shù)據(jù)難以保障準(zhǔn)確性，且尚未檢測(cè)出自身高度，其余的缺陷高度誤差均能夠保持在10%以內(nèi)。其次，對(duì)于缺陷長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，當(dāng)誤差處于20～25mm的范圍之間時(shí)，長(zhǎng)度缺陷相對(duì)較小，在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，若需要對(duì)183mm厚的焊縫進(jìn)行檢測(cè)，那么在選取工藝的過(guò)程中可以允許焊接缺陷的最大長(zhǎng)度為50mm，此類誤差能夠滿足工程需求。最后，對(duì)于缺陷深度來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際的加工深度基本上能夠保持一致，但通過(guò)與對(duì)比試塊進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)模擬試塊上的缺陷深度測(cè)量誤差相對(duì)較大，而產(chǎn)生此類誤差的原因主要是由于試塊焊接作業(yè)完成之后，會(huì)出現(xiàn)一定的變形而造成。

五、實(shí)際產(chǎn)品的焊縫檢測(cè)

對(duì)130mm厚加氫反應(yīng)器產(chǎn)品焊縫進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品環(huán)向焊縫掃查圖像進(jìn)行分析，可以看出不同的分區(qū)圖像具有清晰性的特點(diǎn)，能夠明顯找出缺陷位置。缺陷程度較小但顏色波明顯缺陷來(lái)說(shuō)，若其垂直于焊縫掃查階段，可以及時(shí)的獲取缺陷的長(zhǎng)度。若在射線底片尚未發(fā)現(xiàn)缺陷情況，其主要原因是由于筒體的厚度已經(jīng)達(dá)到183mm的標(biāo)準(zhǔn)，而加速器所拍出的底片灰霧度較大，從而導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度難以得到有效提升。首先，需要制定完善的檢測(cè)工藝，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定制定產(chǎn)品焊縫檢測(cè)工藝的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)TOFD檢測(cè)探頭對(duì)進(jìn)行合理配置，將角度選擇、頻率選擇、探頭與中心間距選擇包含在內(nèi)。其次，還需要制作對(duì)比試塊與模擬試塊，最后，再用試塊來(lái)確定實(shí)際檢測(cè)階段的靈敏程度。

結(jié)論：

在使用TOFD檢測(cè)技術(shù)的過(guò)程中，可以對(duì)埋藏缺陷的深度、長(zhǎng)度以及高度等不同的尺寸進(jìn)行判讀，并確保相關(guān)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。將TOFD技術(shù)與射線檢測(cè)進(jìn)行比較，可以看出前者在使用過(guò)程中對(duì)于成本的要求較低，并且不需要特殊的防護(hù)作為支撐，且此類技術(shù)對(duì)于裂紋類的面狀缺陷呈現(xiàn)出了較強(qiáng)的敏感性，實(shí)際的檢測(cè)厚度范圍較大且靈敏程度較高，不會(huì)隨著厚度的增大導(dǎo)致靈敏度出現(xiàn)大幅度降低的情況，充分的彰顯出了TOFD檢測(cè)技術(shù)在后壁承壓設(shè)備焊縫檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)與作用。將TOFD技術(shù)與常規(guī)類型的超聲進(jìn)行相比，可以看出前者具有一定的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，不僅能夠?qū)α鸭y等缺陷產(chǎn)生了較強(qiáng)的敏感性，在現(xiàn)場(chǎng)操作階段也具有簡(jiǎn)易性的特點(diǎn)，還可以利用圖像的形式對(duì)焊縫的檢測(cè)結(jié)果予以清晰的顯示，在大容量?jī)?yōu)勢(shì)的作用下儲(chǔ)存了大量的檢測(cè)圖像以及備份存檔，提升了檢測(cè)作業(yè)的整體效率。

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