TOFD技術(shù)在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中，承壓設(shè)備為重要設(shè)施，占據(jù)重要地位，需要加強(qiáng)管理。在承壓設(shè)備管理中，需要根據(jù)具體工業(yè)生產(chǎn)要求評(píng)定設(shè)備安全等級(jí)，檢測(cè)設(shè)備的完整性、質(zhì)量等。近幾年，隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，TOFD技術(shù)逐漸應(yīng)用于承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中，提高了檢測(cè)水平。文章主要對(duì)TOFD技術(shù)進(jìn)行概述，分析該技術(shù)的基本原理、優(yōu)點(diǎn)等，并在此基礎(chǔ)上探究TOFD技術(shù)在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：TOFD技術(shù)；無(wú)損檢測(cè)；承壓設(shè)備；工業(yè)生產(chǎn)；設(shè)備安全等級(jí) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

作為一種超聲檢測(cè)新技術(shù)，TOFD衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)越來(lái)越多地應(yīng)用在特種設(shè)備、船舶、承壓設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)中，具有檢測(cè)準(zhǔn)確、缺陷檢出率高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義。對(duì)于承壓設(shè)備而言，由于其所處理的介質(zhì)多為易燃易爆、高溫物質(zhì)，在受壓工作狀態(tài)下，如果發(fā)生事故，將對(duì)人們?cè)斐蓢?yán)重的財(cái)產(chǎn)、生命損失，影響工業(yè)、社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，相關(guān)企業(yè)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)承壓設(shè)備的管理、檢測(cè)，確保質(zhì)量合格、結(jié)構(gòu)完整，使其高效地投入工業(yè)生產(chǎn)中。

1 TOFD技術(shù)概述

1.1 TOFD技術(shù)的定義

1977年，英國(guó)實(shí)驗(yàn)室研究員Silk等人根據(jù)超聲波衍射現(xiàn)象提出TOFD技術(shù)，即為衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)物理檢測(cè)原理為：當(dāng)檢測(cè)物的孔或障礙物尺寸與波長(zhǎng)接近或比其小時(shí)，衍射現(xiàn)象產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)超聲波作用于裂紋缺陷時(shí)，衍射波在紋縫隙、端角處發(fā)生疊加，產(chǎn)生衍射波，然后探頭接收檢測(cè)衍射波，以此判定缺陷的深度、大小。

相比于傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)，TOFD檢測(cè)技術(shù)采用反射探頭、接收探頭雙探頭模式。在具體檢測(cè)中，利用數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀，在檢測(cè)縫兩側(cè)對(duì)稱位置放置探頭，確保檢測(cè)區(qū)域被聲束覆蓋，在脈沖發(fā)射控制下，發(fā)射探頭發(fā)射超聲脈沖，且脈沖入射到被檢測(cè)縫斷面，在遇到缺陷的情況下產(chǎn)生衍射波、反射波，此時(shí)，探頭便同時(shí)接收兩波，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理波信號(hào)，定性、定量分析信號(hào)，并顯示缺相形狀、高度、位置等信息，使檢測(cè)

準(zhǔn)確。

1.2 TOFD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

在目前工業(yè)生產(chǎn)中，TOFD技術(shù)主要用于工件內(nèi)部檢測(cè)和裂紋擴(kuò)展監(jiān)控兩方面，精準(zhǔn)定量缺陷，可確保面積型、線型缺陷測(cè)量誤差小于1mm，有效測(cè)出裂紋的增長(zhǎng)。TOFD技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括：（1）缺陷定位精度高、檢出能力強(qiáng)，且通過(guò)計(jì)算機(jī)，以數(shù)字形式永久保存檢測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)安全；（2）在線得到檢測(cè)結(jié)果，保存數(shù)據(jù)為以后檢測(cè)的對(duì)比分析提供方便；（3）使用成本低，且相比于射線檢測(cè)后，對(duì)人體無(wú)傷害，并可進(jìn)行交叉作業(yè)，工作效率高；（4）可靠性強(qiáng)，聲束角度不對(duì)衍射信號(hào)波幅產(chǎn)生影響，因此，利用TOFD技術(shù)可有效發(fā)現(xiàn)設(shè)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(cè)球罐、管道環(huán)焊縫等，檢測(cè)范圍廣、效果好，且作業(yè)強(qiáng)度小，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；（6）檢測(cè)簡(jiǎn)單快捷，多采用非平行掃描方式，無(wú)需做鋸齒掃描，一人操作即可。

2 TOFD技術(shù)在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的具體應(yīng)用

2.1 檢測(cè)準(zhǔn)備工作

在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)前，需要根據(jù)檢測(cè)對(duì)象，準(zhǔn)備檢測(cè)儀器。當(dāng)TOFD技術(shù)在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的具體應(yīng)用中，應(yīng)首先設(shè)置數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀參數(shù)、設(shè)置探頭，調(diào)整儀器的靈密度等。例如，探頭設(shè)置包括探頭中心距、晶片尺寸、探頭頻率等設(shè)置。對(duì)于壁較薄的承壓設(shè)備，可使用較大頻率探頭，直通波和底波信號(hào)之間具有20個(gè)周期以上的時(shí)間差。而對(duì)于厚壁承壓色設(shè)備檢測(cè)而言，較低頻率探頭應(yīng)用在靠近設(shè)備下表面處，較大頻率探頭應(yīng)用在靠近設(shè)備上表面處。TOFD兩個(gè)探頭之間保持20%以內(nèi)的中心頻率差，確保信號(hào)覆蓋的全面性。同時(shí)，由于檢測(cè)靈敏度將直接影響檢測(cè)的增益值，因此，在檢測(cè)前，檢測(cè)人員還應(yīng)適度調(diào)整TOFD檢測(cè)儀的靈敏度，通常情況下，依據(jù)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行靈敏度設(shè)置，如直筒波波幅設(shè)為滿屏的40%。此外，還應(yīng)對(duì)掃描增量、脈沖重復(fù)頻率、觸發(fā)電壓、信號(hào)平均化處理等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)置、調(diào)整，確保儀器接收到最全面、可靠的信號(hào)，獲得理想的TOFD圖形。

2.2 缺陷定位、分類

在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，因各種因素影響，承壓設(shè)備存在不同缺陷。如對(duì)于埋地壓力管道而言，其存在應(yīng)力腐蝕、內(nèi)腐蝕裂縫危險(xiǎn)、外力破壞危險(xiǎn)等，裂縫狀況各不相同。因此，在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)TOFD技術(shù)檢測(cè)出缺陷的長(zhǎng)度、類型、位置、埋藏深度等。而對(duì)于不同缺陷類型可通過(guò)衍射波信號(hào)進(jìn)行辨認(rèn)。例如，如果底波中斷通過(guò)耦合損失校正或向傳播時(shí)間較長(zhǎng)的方向移動(dòng)，則可判斷設(shè)備存在地面開(kāi)口型缺陷。如果缺陷下端部衍射波中一些減弱信號(hào)利用耦合損失校正，則可判斷為表面開(kāi)口型缺陷。如果檢測(cè)過(guò)程中上端部、下端部衍射均產(chǎn)生信號(hào)，則缺陷為埋藏型缺陷。同時(shí)，在TOFD無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具體應(yīng)用中，由于底波、側(cè)向波信號(hào)微弱，會(huì)存在一些缺陷漏檢問(wèn)題，因此，在具體檢測(cè)中，應(yīng)用TOFD多次掃描設(shè)備，反復(fù)檢測(cè)，并做好檢測(cè)記錄，全面分析檢測(cè)結(jié)果，對(duì)有所疑問(wèn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖回波法、平行掃描等方式驗(yàn)證，獲得全面信息，確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性。此外，在缺陷定位、測(cè)長(zhǎng)過(guò)程中，可利用雙探頭同步移動(dòng)方式，將缺陷置于兩探頭之間，掃描衍射點(diǎn)，根據(jù)掃查的探頭移動(dòng)量測(cè)量缺陷長(zhǎng)度。

2.3 盲區(qū)補(bǔ)充檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析

在TOFD無(wú)損檢測(cè)中，應(yīng)注意表面盲區(qū)補(bǔ)充檢測(cè)，以提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。表面盲區(qū)主要包括下表面盲區(qū)、上表面盲區(qū)兩部分。其中，直通波信號(hào)可引起上表面盲區(qū)，如在檢測(cè)中，如果缺陷信號(hào)隱藏在直通波信號(hào)中，那么，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)便接受不到缺陷信號(hào)，不能對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)行分析，從而影響缺陷的準(zhǔn)確查找。同時(shí)，在正常檢測(cè)中，檢測(cè)50mm以下工件焊縫，上表面盲區(qū)占檢測(cè)厚度的20%左右。因此，在實(shí)際工作中，應(yīng)反復(fù)檢測(cè)，偏置非平行掃查盲區(qū)，提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。例如，可選擇寬頻帶窄脈沖探頭、改變探頭參數(shù)、減小PCS，減少掃查盲區(qū)，并利用滲透檢測(cè)、沖反射法超聲檢測(cè)等方法補(bǔ)充檢測(cè)。在TOFD檢測(cè)儀掃描、檢測(cè)過(guò)程中，衍射波信號(hào)發(fā)送到探頭上，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中形成TOFD圖像，結(jié)合圖像分析確定設(shè)備缺陷。在此過(guò)程中，數(shù)據(jù)分析極為重要，需要檢測(cè)人員全面、準(zhǔn)確分析、判讀TOFD圖像、掃描信號(hào)，根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行判斷。例如，根據(jù)尖端衍射信號(hào)相位定量、定性分析缺陷信號(hào)，然后信號(hào)以數(shù)字化的形式存在于光盤(pán)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為盲區(qū)檢測(cè)、其他輔助檢測(cè)提供數(shù)據(jù)，并為設(shè)備以后檢測(cè)提供對(duì)比依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中，TOFD技術(shù)是一種新型技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備檢測(cè)中，是主要的設(shè)備無(wú)損檢測(cè)方式。TOFD技術(shù)通過(guò)衍射波接收、信號(hào)傳送、圖像分析，判斷設(shè)備缺陷位置、類型、長(zhǎng)度等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題。在具體檢測(cè)中，檢測(cè)人員合理利用TOFD技術(shù)，科學(xué)設(shè)置檢測(cè)參數(shù)、全面掃描各盲區(qū)，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，降低設(shè)備危險(xiǎn)性，確保工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

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作者簡(jiǎn)介：吳俊（1987-），男，江蘇南京人，南京揚(yáng)子檢修安裝有限責(zé)任公司助工，研究方向：質(zhì)量檢驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）