厚壁壓力容器近表面TOFD檢測分析

徐洋 劉洋 李鋼

鞍山市檢驗檢測認證中心 遼寧鞍山 114004

TOFD對于缺陷的檢測有著很高的檢出率以及精準度，而且檢測的過程也十分安全。因此，在厚壁壓力容器的近表面檢測之中，TOFD的應用可以對實現對其缺陷的精準高效檢測，相比較普通的RT檢測而言，其檢出率超過RT的40%左右，對缺陷的定量精度誤差僅僅為1毫米到2毫米。

1 TOFD檢測技術的原理

TOFD檢測技術也就是超聲波衍射時差法檢測技術，這一技術就是通過超聲波和缺陷部位相互作用所發出的衍射波來實現對缺陷的檢測，并對其進行定量。相比較傳統的超聲檢測技術，TOFD檢測技術是完全不同的，因為傳統的超聲檢測是通過缺陷處反射出的能量大小來實現對缺陷的判斷，但是TOFD技術卻有效克服了傳統超聲檢測之中的這一缺點，對缺陷的檢測以及定量不會受到聲束的角度、探測的方向、被檢測表面的狀態以及壓力等的諸多因素影響[1]。

2 參數設計

近年來，厚壁壓力容器越來越得到廣泛的應用，對于這一類的厚壁容器，在進行近表面的缺陷檢測之中，可以應用的檢測技術是RT檢測技術以及TOFD檢測技術。以下就是對這兩種檢測技術應用的對比。

表1-RT檢測技術和TOFD檢測技術在厚壁壓力容器檢測之中的試驗結果

通過上表可以看出，TOFD檢測技術對于厚壁壓力容器的檢測能力更強，精度更高。在應用TOFD技術進行厚度壓力容器的檢測之中，應用一組探頭掃描一次而完成的檢測將會有著最高的檢出效率。通常情況下，對于厚板都會采用尺寸較大的晶片以及頻率較小的探頭。因此，在對200毫米以上厚度的厚壁壓力容器近表面的檢測之中，通常選擇40度到50度角度的探頭，其頻率在2MHz到5MHz之間，晶片的尺寸在10毫米到20毫米之間[2]。以下是其聲束的半擴散角公式：

在這一公式之中，γ表示的是半擴散角，F表示的是擴散因子，λ表示的是波長，D表示的是晶片的尺寸。

如果所選探頭的角度為50度，頻率為2MHz，晶片的尺寸是10毫米，其半擴散角λ是4．82°，因此在模塊之中，聲束的有效角度是 13．24°到 22．88°

通過模塊之中聲束的有效角度，能夠得出，在鋼中折射角的公式為：

在這一公式之中，α表示的是聲束的角度，β表示的是近表面焊縫的折射角，C1表示的是模塊之中的聲速，C2表示的是鋼中的聲速。通過這一公式可以得出，在鋼中的折射角是32．47°到73．88°。因此，在非平行掃查過程中，PCS（2s）最佳的選擇應該是：

在這一公式之中，2s表示的是探頭之間的間距，D表示的是焊縫的厚度，θ表示的是探頭的角度。如果D是150毫米。S的值就是119．18毫米。通過以上的折射角度和1/2PCS的值就可以得出聲束的覆蓋范圍是34．46毫米到187．39毫米，因此，在上表面就會有4．34毫米的一個盲區存在，由于受到其他一些因素的影響作用，盲區的實際值可能比其理論值更大[3]，所以，在盲區之內就會出現漏檢的情況。因此，在應用TOFD技術進行厚壁壓力容器的近表面檢測過程中，最好是應用分層檢測的方法進行檢測。

3 工程的應用

在對規格是φ6100mm×152mm的厚壁壓力容器進行近表面的檢測過程中，會應用到一臺omniscan mx TOFD檢測儀，一臺筆記本電腦，兩對5MHz的探頭，一對12．5毫米、2．5MHz的探頭，一對45度的模板、一對60度的模板和一對70度的模板，一只編碼器，一個掃描架和若干根連接線。

3.1 檢測之前的準備

首先應該對被檢測的厚壁壓力容器基本情況做到全面的了解，然后對其材質工藝之下所需要檢測的缺陷類別做到全面了解，再進行檢測工件的準備工作。對近表面焊縫的外觀、高度以及寬度進行檢查，再對其平整度進行檢查。通常情況下，如果機加工表面的粗糙度不超過6．3μs，噴丸表面的粗糙度不超過12．5μs就符合要求的標準，此時可以對檢測的區域進行確定，并將檢測區的寬度以及焊接的中心線畫出。

3.2 深度的校準

在進行檢測之前，首先應該進行深度的校準。在對第一通道進行校準時，選擇的試塊深度是25毫米的φ2毫米側孔加以校準。在對比試塊上放置掃查架，同時找到兩個側孔缺陷的衍射波。通過掃描。找到其上端衍射波的深度是24毫米。然后將其深度校準為24毫米，誤差低于1．47毫米。在對第二通道進行校準的過程中，選擇的試塊中深度是62．5毫米φ3毫米的側孔來校準。在對第三通道進行校準的過程中，選擇的是深度為112．4毫米φ6毫米的側孔來校準。

4 結語

綜上所述，TOFD技術在厚壁壓力容器的檢測之中有著強大的優勢，可以對容器近表面的缺陷做到精準的檢測以及定量，這對于厚壁壓力容器質量的保障有著十分積極的影響作用。因此，在應用TOFD技術進行厚壁壓力容器的近表面檢測過程中，一定要按照標準的要求對相關參數加以設置，并嚴格按照相關的流程與方法進行檢測。這樣才能實現對厚壁壓力容器近表面缺陷的有效檢測，保障厚壁壓力容器的質量與使用效果。