TOFD 超聲成像檢測技術在壓力容器檢驗中的應用

葉義平

（黔南布依族苗族自治州檢驗檢測院，貴州 都勻 558000）

工業經濟在發展過程中，眾多的新工藝、新材料、新技術、檢驗檢測方法也應運而生，與此同時，國家在安全生產方面也提出了更高的要求，企業為了強化安全、穩定生產、提高企業經濟效益而對設備提高管理，采取更先進的檢驗檢測技術來加強壓力容器的使用管理便成為保障壓力容器安全穩定運行的重要方法和手段。隨著企業管理水平的提升，以及市場競爭激烈和安全生產的需要，傳統的檢測技術已經不能滿足企業高質量發展的需要，而一些新檢驗檢測方法便受到了企業的關注和重視。例如，TOFD 超聲成像檢測技術由于對設備缺陷檢出率及可靠性高，使用方便。基于此，本文對TOFD 超聲成像檢測技術在壓力容器檢驗中的運用進行了探討。

1 壓力容器使用管理要求

1.1 年度檢查

壓力容器作為特種設備，按照特種設備使用管理要求，使用單位作為安全生產的責任主體單位，要做好壓力容年度檢查，年度檢查也可以委托具有相應資質的單位進行。在正常運行情況下，使用單位需對所使用的壓力容器，每年至少進行一次檢查，年度檢查應結合容器工作壓力、溫度、介質、振動、載貨以及環境影響等因素來制定年度檢查方案，年度檢查內容包括壓力容器壓容器本體、附屬設備、儀器儀表、安全附件是否完好等方面的檢查。檢查工作結束后，根據檢查結果分析壓力容器安全狀況，確定安全等級，對檢查出的問題提出整改措施，消除設備安全隱患，保證壓力容器的安全穩定運行。

1.2 定期檢驗

壓力容器定期檢驗是根據特種設備使用管理規定，由具有資質的檢驗檢測單位根據壓力容器檢驗周期定期對壓力容器進行檢驗。壓力容器定期檢驗內容和要求嚴格按照固定式壓力容器安全技術規程的要求進行，定期檢驗工作包括資料審檢、宏觀檢驗、厚壁后測定、表面缺陷檢測，對一些材質要求較高以及特殊介質工況下使用的設備，還需要增加埋藏缺陷、材質分析等方面的檢測。為了提高設備隱患及缺陷檢出率，檢驗中常采用射線、超聲、磁粉、滲透等主要檢測方法。隨著技術的發展，其他無損檢測方法，如渦流檢測、聲發射檢測、漏磁檢測、超聲波衍射時差法(TOFD)等也被廣泛使用，方法和技術的應用，在提高設備檢驗質量、提升檢驗效率、降低檢驗成本方面都有了大大的提高。

2 壓力容器檢驗現狀分析

近年來，隨著工業經濟的發展，中小企業數量不斷增加，壓力容器數量也在不斷增加，由于一些中小企業在安全管理方面經驗不足、安全意識淡薄，導致安全事故隱患也在加大。就其原因，一方面，是一些企業由于追求經濟效益、不重視安全生產，對壓容力的年度檢檢及安全管理方面重視不夠，特別是對壓力容器的危害性認識不夠，使得壓力容器安全隱患不斷增加，事故增多；另一方面，是一些企業在檢驗檢測的技術和方法上重視不夠，在管理上不創新、在技術上落后，還停留在用老式的管理方法上，用肉眼來判斷和分析設備的安全狀況，對一些埋藏缺陷不能識別和判斷，進而出現事故隱患，造成安全事故；其次，是一些有資質的檢驗檢測單位在定期檢驗過程中，在檢驗檢測質量上重視不夠，在檢驗檢測技術方面與先進的檢驗技術還存在一定的差距，在設備事故隱患及缺陷分析判斷上經驗欠缺，沒有根據設備使用工況、工作壓力、工作溫度、工作介質、工作環境來分析設備可能產生的缺陷來制定檢驗方法及方案，特別是一些先進的檢驗檢測技術，如渦流檢測、聲發射檢測、漏磁檢測、超聲波衍射時差法(TOFD)等的檢測方法及運用方面還不夠深入，使得設備隱患檢出率不高，也給設備安全生產帶來一定的隱患。

3 TOFD 超聲成像檢測技術簡介

TOFD 超聲檢測技術是一種新的無損檢測技術，是一種依靠從試件或設備內部結構缺陷的“端角”和“端點”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法，檢測時，采用一發一收兩個寬帶窄脈沖探頭進行檢測，探頭相對焊縫中心線對稱布置，發射探頭產生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面傳播被接收探頭接收，部分波束經底面反射后被探頭接收，接收探頭通過接收缺陷尖端的衍射信號及其時差來確定缺陷的位置和自身高度，通過成像技術來達到缺陷檢測的目的。圖1 是TOFD 超聲成像檢測技術實施示意圖。

圖1 TOFD 超聲成像檢測技術實施示意圖

4 TOFD 超聲成像檢測技術的特點與優勢分析

TOFD 超聲成像檢測技術是在超聲波檢測技術基礎上發展起來的新技術，利用衍射波進行檢測時，衍射信號不受聲束影響的原理，檢測時任何方向的缺陷都能有效地發現，從而使該技術具有很高的缺陷檢出率。相對射線檢測，其成本低，使用方便、對環境要求不高，對人的身體無傷害。與其他無損檢測技術相比也有較多的優勢，在速度檢測方面，除上下表面盲區外，一次掃查幾乎能夠覆蓋整個焊縫區域，檢測速度比較高；在可靠性方面，對于焊縫中部缺陷檢出率很高，能夠發現各種類型的缺陷，可以識別向表面延伸的缺陷；在準確度方面，對缺陷垂直方向的定量和定位非常準確，和脈沖反射法相結合時檢測效果更好。當然，該技術在使用過程中也有其不足的地方，如近表面存在盲區，對該區域檢測可靠性不夠，對缺陷定性比較困難，對圖像判讀需要豐富經驗，橫向缺陷檢出比較困難，對復雜幾何形狀的工件比較難測量，不適合于T 型焊縫檢測等。

5 TOFD 超聲成像檢測技術在壓力容器檢驗中的運用

TOFD 超聲成像檢測是通過探頭來掃查被檢工件或設備表面來發現設備的缺陷，因此，檢測時，檢驗人員要根據設備使用特點、結合使用工況、工作環境、檢測位置等具體情況來確定操作方法。壓力容器在制造及使用過程中，由于受環境及介質的影響，難免會產生各種缺陷。比如，裂紋方面缺陷有器壁母材上裂紋、熱影響區裂紋、焊縫區裂紋，焊接缺陷有未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、咬邊、焊瘤、燒穿、弧坑等，因此在檢驗過程中，檢驗人員不僅僅工作經驗要豐富、熟悉設備操作技術，還應具有分析和判斷設備可能產生何種的缺陷能力，以及應用什么技術來檢測設備內部產生的缺陷，使檢驗檢測工作更具有可靠性、準確性。

5.1 檢驗檢測基本要求

在檢驗檢測工作中，為了能夠檢測準確性高、提高檢驗檢測工作質量，就需要做好相關的準備工作。在儀器使用管理方面，檢測儀作為一種精密儀器，必須注意設備的維護保養，要按照設備維護保養的要求做好儀器設備的管理，在檢驗前對設備進行調試和校對，檢驗完成做好保管，以免影響儀器的靈敏度和精確度；在檢驗準備方面，必須對被檢設備表面進預處理，如設備表面打磨除銹、周邊雜物的清理、檢測表面的處理等；檢測過程中，應根據材料及工件厚度、被檢工件表面溫度來選擇合適的探頭、耦合劑類型、根據焊縫來確定探頭掃查位置、掃查技術和方法等；其次，TOFD 超聲成像檢測技術在使用過程中，還需要完全按照相關的步驟及流程進行，不可以出現違規操作，因為只有通過規范的操作，檢驗結果才更準確，檢驗效率才能提高；檢測時，通過探頭沿著壓力容器焊接處進行掃描，如果發現存在兩個完整的超聲波信號，說明壓力容器的焊接處并沒有問題的存在，如果出現了衍射波信號，那么，則需要由探頭進行再次掃查，以便獲得更加準確的參數。所以，設備的檢測要做到準備充分，正確操作，只有充分準備、正確使用、操作規范才能提高檢測的準確性，降低和減少誤差的出現。

5.2 通過培訓提高檢驗工作質量

在壓力使用管理過程中，由于壓力容器存在高溫、高壓及易燃、易爆、有毒介質等特點，使得對壓力容器的使用管理要求較高，因此，如何提高企業安全生產管理，保障設備安全穩定運行便成為企業安全生產管理的一個重要工作。

（1）要加強技術人員的培訓管理。要結合容器的使用情況、工作原理、操作要求、失效機理來有針對性地對技術人員以及維護管理人員進行培訓，使技術人員熟悉掌握設備介質、溫度對設備的影響，設備結構對設備使用的影響，通過各種因素分析設備可能失效的原因，進而有預防性的、有針對性地去檢查和做好設備的維護保養。

（2）做好設備的檔案管理。設備基礎檔案是設備的重要技術資料，對設備操作管理、維護保養、事故隱患分析都具有極其重要作用。壓力容器資料管理包括出廠資料、使用登記證、安全竣工資料、檢驗報告、維修記錄、事故記錄等。

（3）加強無損檢測技術能力的培訓。無損檢測技術作為設備隱患檢查的重要技術和先進工具，企業要高度重視。在當前的很多企業管理中，對壓力容器安全管理不夠重視，對壓力容器的危害性還認識不夠，為了追求經濟效益存在僥幸心理，對先進的檢驗檢測技術方面缺乏投入，使得企業設備管理方面能力、對設備隱患的排查能力、設備的預防處理能力不能得到提升。因此，要提升設備管理水平，要加強技術人員業務能力的培訓，熟悉設備檢驗檢測的先進技術，將檢測技術用于設備的檢查維護、維護保養、隱患排查等設備管理過程中。

6 TOFD 超聲成像檢測技術注意事項

目前，無損檢測的方法較多，不可否認的是，任※※何檢測方法都不是萬能的，各個檢測方法有自身優勢，也有一定的缺陷，檢測時需要優勢互補、相互結合，可能使用一種檢測方法，也可能使用兩種或兩種以上方法的組合，檢驗過程更要結合企業生產情況、設備使用情況、經濟效益及性價比等來確定合適的檢驗技術，只有這樣，檢驗結查才更可靠，檢驗方法才更科學，檢驗能力才能得到提升，企業安全生產才能更有保障。

7 結語

總之，TOFD 超聲成像檢測技術是一種全新的技術，將其與傳統內部檢測方法進行比較，有著非常多的優勢與特點，突破傳統缺陷檢測方法中的缺點，具有檢測速度快，缺陷檢出率高，能夠發現各種類型的缺陷，對缺陷垂直方向的定量和定位準確、檢測時間短，沒有輻射等優點，從而得到人們的重視以及廣泛的應用。而技術和方法的使用對檢驗檢測人員的工作經驗、專業技術等都要求較高，需要不斷地學習和積累經驗，需要企業管理人員重視新技術的應用、注重培訓學習、持術提升等培訓管理工作，才能使技術人員的技術能力得到提升，更好地分析和判斷設備的各種隱患，為設備的安全穩定運行提供技術保障。