TOFD檢測在超限設備制造中的應用探究

任濤峰，李博

（陜煤集團榆林化學有限責任公司，陜西 榆林 719000）

1 概況

現階段常用且技術成熟度高的設備對接焊縫檢測方式為RT射線檢測，近年來，發展迅猛的無損檢測方式是TOFD超聲波衍射時差法檢測，現TOFD超聲檢測標準NB/47013.10-2015《承壓設備無損檢測-衍射時差法超聲檢測》已發布執行?？紤]到RT射線檢測在現場施工場地受限的情況，多臺設備無法同時開展檢測，多家制造商之間互相影響，現場隔離防護影響范圍大，無法實現現場制造過程中多個工作交叉作業等因素。

為更好地保證產品的制造質量和進度，實現高效率、高質量按期完成超限設備制造任務，基于TOFD超聲檢測的技術優勢，對TOFD超聲檢測在超限設備制造的應用進行了探究。

2 TOFD超聲與RT射線檢測對比

2.1 適應性

TOFD超聲檢測被稱為“超聲波衍射時差法”，是采用一發一收探頭，依靠從檢測試件內部（主要指缺陷）端點處得到衍射波信號來檢測缺陷的方法。RT射線檢測是利用放射源/射線機發射出的放射線穿透被檢測部位在底片上曝光形成二維圖像來檢測缺陷的方法。

雖然TOFD超聲檢測與RT射線檢測的結果均是通過二維圖像來顯示，但不同的是，射線檢測僅能顯示缺陷的長度和寬度，無法確定缺陷的深度位置和自身高度，而TOFD超聲檢測不僅能對缺陷的長度和寬度進行測量，還能對缺陷的自身高度和深度位置進行精確測量，便于對缺陷類別進行判別和安排返修工作。

2.2 質量控制

TOFD超聲檢測采集的是數據信息，能再次進行多方位的分析，可實現對缺陷的立體復原。這是因為TOFD超聲檢測是將掃描到的所有數據均進行保存，在離線情況下可再利用計算機對這些數據進行復原分析，得出更加精確的判斷結果；而RT射線檢測只能通過將底片放置在觀片燈前查看，不可對缺陷進行更加全面的分析。同時，TOFD超聲檢測缺陷的靈敏度也是非常高的，缺陷的檢出率約在90%，而相比RT射線檢測的檢出率僅有75%左右。并且在實際的工作中，也遇到使用RT射線檢測未檢出的缺陷，使用TOFD超聲檢測出來了。

相比RT射線檢測，TOFD超聲檢測對焊接缺陷的檢出率更高，缺陷的大小和位置精準確定，而且可通過數據復原精確分析。如仍按照傳統思路采用RT射線檢測工作，就存在部分焊接缺陷未檢出的風險，這將給設備制造質量的控制帶來極大的風險，給后期的設備運行埋下重大的隱患。

2.3 工期影響

TOFD超聲檢測具有操作簡單、掃描速度快、檢測效率高的優點；而RT射線檢測從透照開始到評定出結果至少需數小時，且前期準備時間也比較長，檢測效率極其低下。

TOFD超聲檢測是利用超聲波進行探傷，是一種對檢測人員無任何傷害的環保檢測方式，并在實施檢測時對工作環境沒有特殊要求；而RT射線檢測利用放射線進行探傷，檢測過程中使用的放射線對人體存在危害性，受到國家環保政策的嚴格管控，在作業現場僅允許單工種作業。

相比RT射線檢測，TOFD超聲檢測具有檢測效率高、對人體無傷害等明顯優勢，可在很大程度上縮短現場超限設備制造的整體工期。

3 TOFD超聲檢測質量保證措施

3.1 檢測前準備

（1）被檢測工件的檢測表面應達到無影響超聲檢測的劃傷、鐵銹、油垢、飛濺和污物等附著物。

（2）保留焊縫余高時，如焊縫的表面存在咬邊、隆起或凹陷現象時，應修磨至圓滑過渡避免影響檢測結果的評定。要求去除焊縫余高時，應將余高打磨到與鄰近母材平齊。

（3）焊縫單側的最小打磨寬度為1/2PCS+偏置量+探頭后部區域。檢測表面應打磨平整以便于探頭的掃描，且表面粗精度Ra值不低于12.5un。

3.2 檢測標記

（1）被檢件在檢測開始前，必須按檢測標記制度要求做好檢測的標記。

（2）一般按1m對焊接接頭在長度方向上分區進行檢測。對最后一個分區，當剩余焊縫長度小于等于1.5mm時，按一個分區實行：當剩余焊縫長度大于1.5m時，平均后按兩個分區實行。

（3）對于判定為不合格的工件，還應在實物上標記出缺陷位置。

3.3 現場環境

應確保在規定的溫度范圍內進行檢測：采用常規探頭和精合劑時，被檢工件的表面溫度范圍應控制在0～50℃；超出該溫度范圍時，應采用特殊探頭或精合劑。實際檢測溫度與檢測系統設置和校準時的溫度之差應在20℃以內。

若溫度過低或過高，一般應采取有效措施避免。若無法避免溫度過低或過高，應評價對其檢測結果的影響。

3.4 檢測人員

TOFD超聲檢測人員必須持有國家質量技術監督總局頒發的特種設備TOFD-II級資格證書，熟悉所使用的TOFD超聲檢測設備器材，且具有實際檢測經驗并掌握一定的承壓設備結構及制造基礎知識。

3.5 工藝文件

TOFD超聲檢測工藝文件包括工藝規程和操作指導書兩部分內容，且滿足NB/47013.1-2015《承壓設備無損檢測-通用要求》和NB/47013.10-2015 《承壓設備無損檢測-衍射時差法超聲檢測》相關規定。操作指導書應根據工藝規程的內容及被檢工件的檢驗要求編制，并在首次應用前進行工藝驗證。嚴禁無工藝規范或檢測作業指導書就開展TOFD超聲檢測工作。

3.6 盲區處理

采用TOFD超聲檢測在檢測對象的上、下表面存在檢測的盲區。在使用TOFD超聲檢測時，應對鐵磁性材料補充表面百分之百MT檢測；對復合板材料不銹鋼側補充表面百分之百PT檢測，對TOFD超聲檢測焊縫補充百分之百UT檢測。

3.7 檢測儀器

TOFD超聲檢測用到的儀器和探頭應符合相應的產品標準規定，且有產品質量合格證明文件。儀器和探頭的組合性能應達到：水平線性≤1%，垂直線性≤5%，靈敏度余量≥42dB，組合頻率與探頭標稱頻率之間的偏差≤±10%。

3.8 耦合劑

實際檢測使用的耦合劑應與檢測系統設置和校準時的耦合劑相同。

4 法規依據

TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》的3.2.10.2.1條規定：壓力容器的對接接頭應當采用射線檢測（包括膠片感光或者數字成像）、超聲檢測（包括衍射時差超聲檢測TOFD、可記錄的脈沖反射法超聲檢測和不可記錄的脈沖反射法超聲檢測）。GB150.4-2011《壓力容器-制造、檢驗和驗收》的10.1.1條規定：容器的對接接頭應采用射線或超聲檢測，超聲檢測包括衍射時差法超聲檢測（TOFD）、可記錄的脈沖發射法超聲檢測和不可記錄的脈沖反射法超聲檢測。選用TOFD超聲檢測對超限設備的A/B類焊縫進行無損檢測，是符合國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的安全技術檢測規程。

5 結語

現場制造的超限設備選用復合板材質時，A/B類焊縫采用TOFD超聲檢測，即100%TOFD+100%MT（外側）+100%PT（內側復合層）+100%UT后，局部再進行RT射線檢測復驗，檢測結果已能夠達到滿意的效果；選用碳鋼或低合金剛材質時，A/B類焊縫采用TOFD超聲檢測，即100%TOFD+100%MT（內側、外側）后，局部再進行RT射線檢測復驗，檢測結果已能夠達到滿意的效果。

綜上所述，在現場制造的超限設備選用復合板、碳鋼或低合金剛材質時，可將TOFD超聲檢測方法大量推廣并應用于現場超限設備A/B類焊縫的檢測中，實現現場制造過程中多個工種高度交叉且連續作業，將現場超限設備制造工期予以縮短，減少前期制造資源籌備時的大量投入，達到合理控制整個項目投資的目的。