TOFD技術在承壓設備無損檢測中的應用

摘要：在工業生產中，承壓設備為重要設施，占據重要地位，需要加強管理。在承壓設備管理中，需要根據具體工業生產要求評定設備安全等級，檢測設備的完整性、質量等。近幾年，隨著工業技術的快速發展，TOFD技術逐漸應用于承壓設備無損檢測中，提高了檢測水平。文章主要對TOFD技術進行概述，分析該技術的基本原理、優點等，并在此基礎上探究TOFD技術在承壓設備無損檢測中的具體應用。

關鍵詞：TOFD技術；無損檢測；承壓設備；工業生產；設備安全等級 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG115 文章編號：1009-2374（2015）04-0068-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0316

作為一種超聲檢測新技術，TOFD衍射時差法超聲檢測越來越多地應用在特種設備、船舶、承壓設備的無損檢測中，具有檢測準確、缺陷檢出率高等優點，對設備的安全運行具有重要意義。對于承壓設備而言，由于其所處理的介質多為易燃易爆、高溫物質，在受壓工作狀態下，如果發生事故，將對人們造成嚴重的財產、生命損失，影響工業、社會的穩定發展。因此，在工業生產中，相關企業部門應加強對承壓設備的管理、檢測，確保質量合格、結構完整，使其高效地投入工業生產中。

1 TOFD技術概述

1.1 TOFD技術的定義

1977年，英國實驗室研究員Silk等人根據超聲波衍射現象提出TOFD技術，即為衍射時差法超聲檢測技術。該技術物理檢測原理為：當檢測物的孔或障礙物尺寸與波長接近或比其小時，衍射現象產生。在此基礎上，當超聲波作用于裂紋缺陷時，衍射波在紋縫隙、端角處發生疊加，產生衍射波，然后探頭接收檢測衍射波，以此判定缺陷的深度、大小。

相比于傳統超聲檢測技術，TOFD檢測技術采用反射探頭、接收探頭雙探頭模式。在具體檢測中，利用數字式超聲波檢測儀，在檢測縫兩側對稱位置放置探頭，確保檢測區域被聲束覆蓋，在脈沖發射控制下，發射探頭發射超聲脈沖，且脈沖入射到被檢測縫斷面，在遇到缺陷的情況下產生衍射波、反射波，此時，探頭便同時接收兩波，利用計算機技術處理波信號，定性、定量分析信號，并顯示缺相形狀、高度、位置等信息，使檢測

準確。

1.2 TOFD技術的優點

在目前工業生產中，TOFD技術主要用于工件內部檢測和裂紋擴展監控兩方面，精準定量缺陷，可確保面積型、線型缺陷測量誤差小于1mm，有效測出裂紋的增長。TOFD技術優點包括：（1）缺陷定位精度高、檢出能力強，且通過計算機，以數字形式永久保存檢測數據，檢測安全；（2）在線得到檢測結果，保存數據為以后檢測的對比分析提供方便；（3）使用成本低，且相比于射線檢測后，對人體無傷害，并可進行交叉作業，工作效率高；（4）可靠性強，聲束角度不對衍射信號波幅產生影響，因此，利用TOFD技術可有效發現設備各方向的缺陷，具有較高的缺陷檢出率；（5）穿透性高，可檢測球罐、管道環焊縫等，檢測范圍廣、效果好，且作業強度小，對環境無污染；（6）檢測簡單快捷，多采用非平行掃描方式，無需做鋸齒掃描，一人操作即可。

2 TOFD技術在承壓設備無損檢測中的具體應用

2.1 檢測準備工作

在承壓設備無損檢測前，需要根據檢測對象，準備檢測儀器。當TOFD技術在承壓設備無損檢測中的具體應用中，應首先設置數字式超聲波檢測儀參數、設置探頭，調整儀器的靈密度等。例如，探頭設置包括探頭中心距、晶片尺寸、探頭頻率等設置。對于壁較薄的承壓設備，可使用較大頻率探頭，直通波和底波信號之間具有20個周期以上的時間差。而對于厚壁承壓色設備檢測而言，較低頻率探頭應用在靠近設備下表面處，較大頻率探頭應用在靠近設備上表面處。TOFD兩個探頭之間保持20%以內的中心頻率差，確保信號覆蓋的全面性。同時，由于檢測靈敏度將直接影響檢測的增益值，因此，在檢測前，檢測人員還應適度調整TOFD檢測儀的靈敏度，通常情況下，依據檢測對象進行靈敏度設置，如直筒波波幅設為滿屏的40%。此外，還應對掃描增量、脈沖重復頻率、觸發電壓、信號平均化處理等參數進行準確設置、調整，確保儀器接收到最全面、可靠的信號，獲得理想的TOFD圖形。

2.2 缺陷定位、分類

在長期使用過程中，因各種因素影響，承壓設備存在不同缺陷。如對于埋地壓力管道而言，其存在應力腐蝕、內腐蝕裂縫危險、外力破壞危險等，裂縫狀況各不相同。因此，在承壓設備無損檢測過程中，應通過TOFD技術檢測出缺陷的長度、類型、位置、埋藏深度等。而對于不同缺陷類型可通過衍射波信號進行辨認。例如，如果底波中斷通過耦合損失校正或向傳播時間較長的方向移動，則可判斷設備存在地面開口型缺陷。如果缺陷下端部衍射波中一些減弱信號利用耦合損失校正，則可判斷為表面開口型缺陷。如果檢測過程中上端部、下端部衍射均產生信號，則缺陷為埋藏型缺陷。同時，在TOFD無損檢測技術具體應用中，由于底波、側向波信號微弱，會存在一些缺陷漏檢問題，因此，在具體檢測中，應用TOFD多次掃描設備，反復檢測，并做好檢測記錄，全面分析檢測結果，對有所疑問的檢測數據進行脈沖回波法、平行掃描等方式驗證，獲得全面信息，確保檢測的準確性。此外，在缺陷定位、測長過程中，可利用雙探頭同步移動方式，將缺陷置于兩探頭之間，掃描衍射點，根據掃查的探頭移動量測量缺陷長度。

2.3 盲區補充檢測、數據分析

在TOFD無損檢測中，應注意表面盲區補充檢測，以提高檢測準確性。表面盲區主要包括下表面盲區、上表面盲區兩部分。其中，直通波信號可引起上表面盲區，如在檢測中，如果缺陷信號隱藏在直通波信號中，那么，計算機系統便接受不到缺陷信號，不能對缺陷信號進行分析，從而影響缺陷的準確查找。同時，在正常檢測中，檢測50mm以下工件焊縫，上表面盲區占檢測厚度的20%左右。因此，在實際工作中，應反復檢測，偏置非平行掃查盲區，提高檢測準確率。例如，可選擇寬頻帶窄脈沖探頭、改變探頭參數、減小PCS，減少掃查盲區，并利用滲透檢測、沖反射法超聲檢測等方法補充檢測。在TOFD檢測儀掃描、檢測過程中，衍射波信號發送到探頭上，結合計算機技術，在計算機中形成TOFD圖像，結合圖像分析確定設備缺陷。在此過程中，數據分析極為重要，需要檢測人員全面、準確分析、判讀TOFD圖像、掃描信號，根據信號特點進行判斷。例如，根據尖端衍射信號相位定量、定性分析缺陷信號，然后信號以數字化的形式存在于光盤、計算機系統中，為盲區檢測、其他輔助檢測提供數據，并為設備以后檢測提供對比依據。

3 結語

在承壓設備無損檢測中，TOFD技術是一種新型技術，廣泛應用于工業生產設備檢測中，是主要的設備無損檢測方式。TOFD技術通過衍射波接收、信號傳送、圖像分析，判斷設備缺陷位置、類型、長度等，及時發現設備問題。在具體檢測中，檢測人員合理利用TOFD技術，科學設置檢測參數、全面掃描各盲區，提高檢測準確度，降低設備危險性，確保工業生產的正常進行。

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作者簡介：吳俊（1987-），男，江蘇南京人，南京揚子檢修安裝有限責任公司助工，研究方向：質量檢驗。

（責任編輯：黃銀芳）