TOFD檢測技術在球形儲罐檢驗中對未熔合的檢測能力實例研究

楊開宇

（成都市特種設備檢驗院 四川成都 610036）

球形儲罐的球殼由多塊球殼板所組成，球殼板在制造成型后運輸到現場進行組裝［1］，因其幾何尺寸較大，現場條件較為苛刻，加之焊接方法常為手工焊，焊接位置不統一，極易產生氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等缺陷，故須采用無損檢測以確定其質量。其中未熔合這類埋藏缺陷采用RT之類傳統檢測方法較難發現，且如未能及時發現并處理，將會對未來使用造成極大安全隱患。筆者根據兩個實際檢驗案例，采用TOFD檢驗與傳統檢驗手段進行對比，探討針對未熔合最有效的檢測方法。

1 被檢對象

球罐1：400 m3液氨球罐，壁厚28mm，材質Q345R，焊接方法SAW，焊縫坡口布局圖見圖1。在對該球罐進行定期檢驗過程中，采用UT于下極板環焊縫處發現一處長55mm，反射波幅SL+18.3dB的超標缺陷，定位發現其位于坡口位置，觀察波形特征疑為未熔合。但在查閱安裝資料發現該部位在安裝過程中RT檢驗報告顯示為無缺陷，評級為I級，決定采用TOFD進行復核。

圖1 球罐1焊縫坡口布局圖

球罐2：2 000m3的液化石油氣球罐，壁厚45mm，材質15MnNbR，焊接方法SAW，焊縫坡口布局圖見圖2。在對該球罐進行定期檢驗過程中，采用UT于下極板環焊縫處發現一處長65mm，反射波幅SL+16.7dB的超標缺陷，定位發現其位于坡口位置，觀察波形特征疑為未熔合。但在查閱安裝資料發現該部位在安裝過程中RT檢驗報告顯示為無缺陷，評級為I級，決定采用TOFD進行復核。

圖2 球罐2焊縫坡口布局圖

2 TOFD檢測儀器

檢測選用奧林巴斯OmniScan MX2檢測儀，其脈沖寬度為30 ～1 000 ns范圍內可調， 分辨率為2.5 ns，系統帶寬為0.25 ～28 MHz（-3 dB），增益為0 ～120 dB，最大輸入信號為34.5Vp-p（滿屏高），數字化頻率100 MHz，脈沖重復頻率最高達10 kHz，信號平均為2， 4， 8， 16， 32， 64可選。

3 TOFD 工藝［2,3］

球罐1: TOFD檢測工藝見表1及圖3，由于本次TOFD主要目的是對UT檢測出的問題進行復核，UT檢測出的缺陷不在底面盲區內，故未考慮偏置掃查，而是采用MT對底面盲區進行檢測。

球罐2: TOFD檢測工藝見表2及圖4，由于本次TOFD主要目的是對UT檢測出的問題進行復核，UT檢測出的缺陷不在底面盲區內，故未考慮偏置掃查，而是采用MT對底面盲區進行檢測。

表1 球罐1檢測主要工藝參數

表2 球罐2檢測主要工藝參數

圖4 球罐2檢測工藝圖

4 TOFD檢測結果

球罐1:圖譜可見圖5，經分析，其深度7.1mm（圖6），自身高度為6.4mm（圖7），長度87mm（圖8）。按NB/T 47013.10-2015評級為Ⅲ級，結合圖譜特征及缺陷位置，判定其為未熔合，經返修解剖驗證判定正確。

圖5 球罐1缺陷圖譜

圖6 球罐1缺陷深度

圖7 球罐1缺陷自身高度

圖8 球罐1缺陷長度

球罐2：圖譜可見圖九，經分析，其深度20.3mm（圖10），自身高度為3.1mm（圖11），長度66mm（圖12）。按NB/T 47013.10-2015評級為Ⅲ級，結合圖譜特征及缺陷位置，判定其為未熔合，經返修解剖驗證判定正確。

圖9 球罐2缺陷圖譜

5 分析

以前工程上常用γ源中心曝光對球罐進行檢測，因其固有不清晰度和顆粒度較大，加之未熔合這類面狀缺陷在底片上對比度不高，故檢出率及檢測精度都不甚優秀。本文中兩臺球罐在制造過程中均出現了RT檢測漏判未熔合的情況。另外，雖然RT與TOFD檢測結果都能保存下來，但相較RT來說，TOFD圖譜信息更全面，測量更方便，對缺陷的檢出率更高，而RT只能得到缺陷的部分信息，尤其是對缺陷自身高度的測量誤差極大。

圖10 球罐2缺陷深度

圖11 球罐2缺陷自身高度

圖12 球罐2缺陷長度

UT對未熔合較敏感，然而定量不夠準確，文中球罐1缺陷采用UT測量結果為深度9.3mm，自身高度3.3mm，長55mm； TOFD測量結果為深度7.1mm，自身高度為6.4mm，長87mm；球罐2缺陷UT測量結果為深度19.6mm，自身高度2.2mm，長65mm；TOFD測量結果為深度20.3mm，自身高度為3.1mm，長66mm，而兩處缺陷實際解剖結果與TOFD測量結果更為吻合。由此可見，UT對形狀復雜的缺陷（如球罐1缺陷）定量誤差較大，對形狀較規則的缺陷（如球罐2缺陷）定量相對準確，但都在缺陷自身高度的測量上存在精確度不高的問題。且UT難以定性，易產生誤判，對檢驗人員水平要求較高，且該檢測方法耗時費力，效率較低，對于球罐這類容器來說不太適用。NB/T 47013.3-2015第6.5.1.2條要求，鍋爐、壓力容器本體焊接接頭不允許存在裂紋、未熔合和未焊透等缺陷［3］。在實際檢驗工作中，僅靠UT是很難判斷出來的，如果采用TOFD進行復驗，會使判斷準確很多。

綜上所述，TOFD對文中兩處未熔合100%檢出，對缺陷長度、深度、自身高度測量較為精確，能很好地指導現場挖補返修工作。

6 結語

球形儲罐因其受力情況好、省材、占地面積少等優點，被廣泛應用于石油、化工等行業，其儲存介質又大多為易燃、易爆、有毒、有害物質，因此對提高球罐制造缺陷檢驗的可靠性及檢出率是十分有必要的。

相比其他傳統檢測手段，TOFD不僅在未熔合的檢驗上強于其他常規檢驗方法，對其他缺陷檢出率及可靠性都十分優秀，檢測速度快，靈敏度、準確率高，定量準，使用便捷，無污染，很好地解決了UT、RT所存在的弊端，從長遠看來，TOFD在球罐檢驗中將發揮不可或缺的作用。

［1］GB 12337-2014 鋼制球形儲罐.

［2］強天鵬.衍射時差法（TOFD）超聲檢測技術［Z］.全國特種設備無損檢測人員資格考核委員會，2012.

［3］NB/T 47013.10-2015 承壓設備無損檢測.