TOFD檢測質量控制

(西安航天華威化工生物工程有限公司，西安 710100)

1 TOFD在檢測中存在的問題

TOFD檢測對人員的技術水平要求較高，除了要掌握必備的超聲基礎理論外，還應掌握數字化信號處理、數字電路及模擬電路、缺陷讀圖判定等知識，這就給TOFD在工程中的應用帶來了一定困難。TOFD檢測工作流程如圖1所示。

圖1 TOFD檢測工作流程

1.1 操作指導書的編制

TOFD檢測與其他檢測方法一樣，在檢測前，應根據標準、工藝規程以及被檢工件的檢測要求編制操作指導書。內容包括:檢測技術要求、檢測設備要求、檢測工藝參數的選擇、檢測程序和掃查次序、檢測和數據評定的具體要求等。操作指導書在首次應用前應進行工藝驗證。在編制操作指導書時，應充分考慮被檢工件的內外表面焊縫寬度，這將直接影響直通波盲區和底面盲區的計算。在實際檢測中，工藝編制人員往往會忽略焊縫寬度的影響，未采用偏置非平行掃查，導致由于軸偏離盲區引起的漏檢。盲區的補充檢測方法有脈沖反射法超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測等。

1.2 儀器設備的調試

儀器設備的調試主要指硬件的選擇、設置及調試，包括探頭的選擇、探頭中心間距(PCS)的設定、靈敏度的調節、儀器參數的校準等方面。對于厚度大于50 mm的工件，往往需要分區設定，這也是調試階段問題比較多的地方。集中反應在時間窗口的設置不準確、楔塊延時的測定不準確、深度校準誤差大等方面。

1.3 實際工件掃查

實際工件掃查是TOFD檢測最為重要的環節。圖像的清晰度、規范度、信息量等直接影響缺陷的判定、定位和定量，是真實反映工件品質的前提[1]。工件表面的成型狀態、粗糙度、操作人員的掃查手法、耦合劑的使用種類等都會影響圖譜的質量。

1.4 讀圖判定

TOFD在國內應用的時間很短，由于經驗欠缺，技術人員對TOFD圖譜的解讀能力不強。非相關顯示帶來的誤判、缺陷特征信號的識別、輔助檢測方法的運用等都是每一個TOFD檢測人員迫切需要解決的問題。

2 分析及解決問題

2.1 操作指導書的編制

完整的操作指導書應包含以下信息，如表1所示。

從表1可以看出，TOFD操作指導書包含的信息量較為具體。筆者對近3個月編制的55份操作指導書的調查發現，在內外焊縫寬度測量及初始掃查面盲區方面出現的問題較多。在焊縫寬度方面， 底面軸偏離盲區公式為

人類建造屋頂的歷史約有一萬年。早在新石器時代，人類居住的樹屋、石屋、帳篷、半地穴居等建筑中經常有著外形相似的錐形或坡形屋頂。早期人們發現這樣的屋頂很牢固，建造起來相對省力，對有遮風擋雨、保溫隔熱需求的住戶來說，住在有坡屋頂的房子里那是相當舒服！當充滿智慧的人類掌握了更高超的建造技術后，他們便開始推敲屋頂的最佳坡度，尋找屋頂和墻體之間的完美比例，還用心地在屋頂上加了裝飾……這樣一來，坡屋頂的建造越來越科學、合理，甚至有了藝術范兒。

Δh=H{1-[1-X2/(s2+H2) ]1/2}

(1)

式中：H為工件厚度；X為軸偏離值；s為半探頭中心間距。

表1 操作指導書具體要求

圖2 底面軸偏離盲區的高度示意

底面軸偏離盲區的高度示意如圖2所示，其中，X與焊縫的寬度有關，如果焊縫寬度大，底面軸偏離盲區高度就會偏大。實際檢測中，如果操作人員將焊縫寬度設定偏小，致使軸偏離盲區高度符合標準要求，從而未作非平行掃查，就會導致漏檢。因此，操作指導書中應明確要求焊縫寬度的具體數值，同時應根據現場焊縫的實際寬度進行檢測，如有必要，作適當調整。

盲區高度試塊TOFD圖像如圖3所示，當初始掃查面盲區高度大于1 mm時，宜采用脈沖反射法超聲檢測。

圖3 盲區高度試塊TOFD圖像

2.2 儀器設備的調試

檢測前應對檢測通道的A掃描時間窗口進行設置，若在厚度方向分區檢測，應采用相應標準規定的對比試塊設置各檢測通道的A掃描時間窗口和進行深度校準，A掃描時間窗口至少應包含所需檢測的深度范圍，同時應滿足最上分區的時間窗口的起始位置，應設置為直通波到達接收探頭前0.5 μs以上，時間窗口的終止位置應設置為所檢測深度范圍的最大值。其他分區的時間窗口的起始位置，應在厚度方向上覆蓋相鄰檢測分區深度范圍的25%，最下分區的時間窗口的終止位置應設置為底面反射波到達接收探頭后的0.5 μs以上，時間窗口設置界面如圖4所示。

楔塊延時的測定應保證探頭與楔塊之間耦合良好，兩探頭在一條直線上，光標應找到對應的位置，楔塊延時校準界面如圖5所示。如校準后的楔塊延時在56 μs之間，則認為校準是正確的。

2.3 實際工件掃查

表2總結了實際TOFD掃查過程中存在的典型問題。一組合格的TOFD檢測數據應能符合檢測標準的相關規定，如靈敏度、分區設置、時間窗口要求、校準參數、檢測區域的覆蓋以及缺陷的信噪比、分辨力等，其TOFD圖像應讓分析人員一目了然，并迅速準確地對缺陷信號進行評判。如果采集的圖譜信號缺失、虛假顯示或非相關顯示過多，就會影響缺陷信號的判定，不能反映工件焊接品質的真實性，從而給產品品質帶來安全隱患。

圖4 時間窗口設置界面

圖5 楔塊延時校準界面

表2 實際TOFD掃查過程中存在的典型問題

2.4 讀圖判定

對現場采集的數據進行讀圖判定，首先應清楚檢測標準的具體要求和檢查數據的有效性，一幅合格的TOFD檢測圖像應包括直通波、底波、變形波等信號，應保持一致的靈敏度，每一掃查區間應保證足夠的重疊覆蓋等。判定過程中應理解和掌握相位關系及典型缺陷信號特征，必要時應結合其他檢測方法輔助判定，典型TOFD圖像如圖6所示。TOFD檢測數據分析中要特別注意那些條狀的缺陷，與直通波相位相反的信號才是比較危險的缺陷，只要看到這類信號，就說明這是一處有自身高度的缺陷，此信號是缺陷的上端點，還應找到該缺陷的下端點。

圖6 典型TOFD圖像

表3列舉了典型的TOFD圖譜及其分析。

由于TOFD在工程中應用時間并不長，可參考文獻及典型缺陷圖譜很少，從而給讀圖判定帶來了困難。因此，在工作中，應收集典型的缺陷圖譜，形成自己的數據庫，方便查閱比對及人員交流。筆者單位建立的TOFD數據庫，涵蓋了典型缺陷的TOFD圖像及與射線底片的比對結果。

表3 典型的TOFD圖譜及其分析

3 結語

隨著現代工業的發展，TOFD檢測越來越多地應用在工程中，TOFD檢測的質量問題不容忽視，通過問題的提出、分析及提供相應的解決方案，解決了一些TOFD檢測中存在的常見問題，同時也為今后的無損檢測質量管理工作提供參考。