TOFD 技術在海底管道環焊縫檢測中的應用

王雪臣 武丁 張釗 張洪飛

海洋石油工程股份有限公司 山東青島 266500

1 TOFD 技術的特點

TOFD 是一種依靠從待檢試件內部結構（主要是指缺陷）的“端角”和“端點”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法，用于缺陷的檢測、定量和定位。該技術利用缺陷端點的衍射波信號探測和測量缺陷處的焊縫質量[1]，具有檢測能力強、定量精度高的優點，且有直角坐標、焊縫縱斷面和橫斷面顯示三種記錄方式，TOFD 檢測原理如圖1 所示。

圖1 TOFD 技術檢測原理示意圖

2 TOFD 技術存在問題及分析

在調研國內外TOFD 技術應用的基礎上，結合前期海底管線TOFD 技術檢測開展情況，分析海底管線應用中存在的影響檢測效率和質量的問題，研究設計新型掃查器解決手動推掃帶來圖像數據易丟失，檢測效率低等問題。通過自然試件的制定分析TOFD 技術與射線檢測技術的區別，開發新型TOFD 技術結合脈沖回波法（PE）的檢測方案，在實際應用中消除盲區影響。最后針對于不同類型管徑制定技術解決方案并推廣實施。

2.1 TOFD 技術具體應用中存在的問題

在樁西平臺之間鋪設的幾條海底管線焊縫檢測中應用了TOFD技術，手動掃查，手動噴涂耦合劑，至少需要三人操作。應用TOFD 技術檢測發現存在上下表面盲區時，輔助采取常規超聲和磁粉檢測，防止上表面缺陷漏檢。該檢測方案效率非常低，往往需要重復檢測3-5 次，時間為20-30min。該技術在應用中主要存在以下問題：

①TOFD 檢測結合超聲波和磁粉，需要多次掃查焊縫，時間長、效率低。②推動掃查器時用力不均衡、常抖動，影響掃查精度，數據扭曲失真，甚至掃查失敗。③手動添加耦合劑，探頭和管壁之間的耦合層不均勻，影響檢測數據的準確、可靠性。④手動掃查時需要更多的檢測人員，對于大管徑，長時間操作易產生疲勞，用力更加不均勻，費時費力[2]。

2.2 TOFD 技術消除盲區影響的解決方案

為了解決TOFD 技術在檢測過程中上下表面存在盲區的技術問題，以及解決附加常規超聲和磁粉帶來的反復掃查焊縫，以致費時費力，嚴重影響檢測效率的問題，研究分析了國內外TOFD 技術解決盲區的多種檢測方案特性見表1 所列。根據以上分析研究，結合海底管線具體應用環境，采用TOFD 技術結合PE 檢測技術的檢測方案，對表面盲區采用PE 技術進行補充檢測，采用TOFD 技術檢測焊縫，各采用2 只普通橫波斜探頭分別掃查上下表面，探頭按照非平行掃查記錄全過程信號，對盲區內的缺陷檢出比較有效，一次掃查可以實現焊縫100%全覆蓋，解決了上下表面盲區和反復掃查費時費力等問題，適合海底管線焊縫檢測。

表1 TOFD 技術檢測方案對比

2.3 消除手動掃查及耦合影響系統結構的解決方案

為了解決手動數據掃查用力不均、易疲勞，手動耦合水層不均勻等帶來數據不穩定等問題，設計開發了自動鏈式掃查系統和自動供水耦合系統。自動鏈式掃查系統采用高性能鋰電池供電，手持遙控自動穩定、高精度爬行，鏈結式結構使掃查機構輕松適用于管徑為15．9-101．6cm 的管道。自動供水耦合系統采用通過增加供水線路、楔塊開孔，自動添加耦合劑，且壓力及水層厚度均勻，有效保證了檢測數據的精確、可靠、有效性[3]。

3 結語

該項目在充分研究國內外TOFD 技術應用的基礎上，采用TOFD 結合PE 的技術，解決了TOFD 檢測時上下表面盲區漏檢問題，同時為了提高數據掃查的穩定性、可靠性和高效性，開發了一套自動鏈式掃查系統和耦合供水系統，減輕了操作人員的勞動強度，提高了檢測效率。