TOFD技術在海底管線檢測中的應用研究

【摘要】TOFD衍射時差技術是一種重要的無損檢測方法，技術優點及特性可以滿足諸多特殊的應用場所，海底管線的鋪設有其特殊的工藝要求，而將TOFD技術應用于海底管線的鋪設檢測，可以解決傳統射線檢測效率低、核輻射及環境污染嚴重的困擾，本文通過對海底管線無損檢測的特殊要求，結合TOFD技術的特性開發TOFD檢測工藝以提高檢測效率和解決環境污問題。

【關鍵詞】油氣管線；缺陷；TOFD技術

1.前言

海底管道內外工作條件惡劣，儲存介質具有高壓、高腐蝕性等特征，使得海底管道環焊縫容易產生腐蝕穿孔、疲勞裂紋等危險性致命損傷，當達到一定程度，會造成泄漏和爆炸等大的環境污染事故，因此對管道焊縫質量提出了非常高的要求。海底管道鋪設工期要求比較緊，要求焊縫焊接和檢測速度都要快，并且具有很高缺陷檢出率。常用的海底管線焊縫檢測有射線檢測和AUT相控陣超聲波檢測，其中射線檢測工序多，周期長，射線容易對施工人員的健康造成傷害。AUT相控陣超聲波檢測設備重，費用昂貴，操作較復雜。因此需要新的方便高效、環境污染小的檢測方法作為替代檢測方法。

2.TOFD技術的原理及優點

Time Of Flight Diffraction（TOFD）超聲波衍射時差法，是一種依靠從待檢試件內部結構（主要是指缺陷）的“端角”和“端點”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法，用于缺陷的檢測、定量和定位。其原理如圖1所示。

衍射現象是TOFD技術采用的基本物理原理，波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續傳播的現象，根據惠更斯原理，媒質上波陣面上的各點，都可以看成是發射子波的波源，其后任意時刻這些子波的包跡，就是該時刻新的波陣面。TOFD技術采用一發一收兩個寬帶窄脈沖探頭進行檢測，探頭相對于焊縫中心線對稱布置。發射探頭產生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面傳播被接收探頭接收，部分波束經底面反射后被探頭接收。接收探頭通過接收缺陷尖端的衍射信號及其時差來確定缺陷的位置和自身高度。 其主要的技術優點如下：

（1）掃查覆蓋范圍大，檢測速度快，缺陷檢出率高，可靠性好；

（2）能夠發現各種類型的缺陷，對缺陷的走向不敏感；

（3）采用D-掃描成像，缺陷判讀更加直觀；

（4）對缺陷垂直方向的定量和定位非常準確，精度誤差小于1mm；

3.TOFD技術海底管線檢測工藝應用研究

（1）TOFD設備自動化檢測工裝設計與研究

目前TOFD檢測掃查器和耦合劑的添加，均為手動式，特別是大管徑檢測中，長時間推動掃查器容易產生疲勞，推動的力度不均勻，且有時抖動，這對檢測結果產生不利的影響，為了提高檢測效率，保證檢測結果的可靠、有效性，需要研制自動掃查機構，即手持遙控自動爬行掃查機構，實現平穩行走，傳感器勻速獲得焊縫質量信息信號，不至于抖動產生扭曲失真，同時實現根據實時圖像結果和檢測人員命令反復微距離、靈活掃查運動。

（2）TOFD技術海底管線焊縫檢測應用研究

在理解理論、標準及具體設備技術性能的基礎上，開展實際海底管線焊縫檢測工程方面的應用研究。通過制訂缺陷標準試塊、現場實際管焊縫檢測以及其它輔助檢測方法驗證等手段，獲得包括管徑和壁厚等多種檢測工況TOFD海底管線焊縫檢測經驗和大量的實驗數據等相關資料，同時針對于TOFD自身技術弱點，對軟件系統進行升級，改裝優化檢測工裝，增加2只PE探頭，減少檢測盲區的影響。

4.TOFD技術海底管線檢測應用技術關鍵

（1）TOFD檢測技術標準缺陷試塊和海底管線環焊縫自然缺陷試件制作

根據海底管線環焊縫檢測特點及典型缺陷類型標準試塊的制定用于儀器設備的校準。自然缺陷試件的制作用于設備的進一步驗證，結合其它輔助檢測手段，如磁粉滲透、射線等，驗證TOFD檢測技術的高靈敏度。

（2）自動掃查機構研發

掃查機構能否平穩、可靠運動，將直接影響檢測結果的穩定性及有效性，要實現掃查機構精確穩定爬行，必須有穩定可靠的爬行機構作為運動載體，因此自動掃查機構的設計研制是實現TOFD技術海底管線焊縫檢測的基礎。

（3）對TOFD軟件系統進行升級，使系統集成常規超聲檢測功能，減少盲區影響

與廠家結合，進一步升級軟件系統，擴充原有功能，增加2只常規UT探頭，并對檢測工裝進行改裝，使其同時攜帶2只PE探頭，對上下盲區進行監控，實現一次掃查就可以實現整條焊縫的無損檢測。

參考文獻

[1]孔立峰，李樹學等.TOFD檢測技術的應用，2009，5.

[2]孔令昌，TOFD檢測技術及其工藝參數設置[J].無損檢測，2010，07.

作者簡介：紀虎（1977—），男，山東東營人，主要從事無損檢測工作及相關工藝開發研究。