TOFD在管道檢測中的應(yīng)用分析

1、TOFD在管道檢測中的應(yīng)用趙潔（昆明理工大學(xué)城市學(xué)院材料成型及控制工程，云南昆明650051）摘要：自2001年來，TOFD檢測技術(shù)因其高可靠性、高精度、廉價(jià)以及高效的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)的鍋爐、壓力容器和壓力管道的檢測中。李衍15同超聲檢測技術(shù)相比較，TOFD檢測技術(shù)更適用于對(duì)壓力容器、鍋爐的檢測。最后列舉了國內(nèi)TOFD檢測技術(shù)在用標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其發(fā)展趨勢作了預(yù)測。相信，自主研發(fā)的設(shè)備及相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)將是國內(nèi)今后發(fā)展的重要方向。近幾年,由于TOFD技術(shù)可以精確測量平面缺陷在壁厚方向的高度,為設(shè)備的可用性評(píng)估提供試驗(yàn)數(shù)據(jù), 韓相勇，姜自安，韓曙光2在管道檢測方面得到越來越多的應(yīng)用。實(shí)際工程應(yīng)用中

2、TOFD存在近表面盲區(qū)、橫向裂紋的檢測、管內(nèi)介質(zhì)的影響等技術(shù)難點(diǎn),總結(jié)了各種技術(shù)難點(diǎn)產(chǎn)生的原因及解決方案。指出滿足大量現(xiàn)場工況要求的檢測設(shè)備和數(shù)字化超聲信號(hào)的采集在管道檢測中將有良好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：TOFD；超聲波；管道；無損檢測；特點(diǎn)；應(yīng)用Application of TOFD detection in the spherical tank in EngineeringZhaojieMaterial Forming and control Engineering , Kunming University of Science and Technology City , Kunming 6

3、50051, Yunnan, China)ABSTRACT: Since 2001, TOFD inspection technology because of its high reliability, high precision, low cost and the advantages of high efficiency, was widely used in domestic boilers, pressure vessels and pressure piping inspection. Compared with the ultrasonic testing technology

4、, and TOFD inspection technology is more suitable for the detection of pressure vessels, boilers. Finally listed the domestic standard for TOFD inspection in and forecasting its development trend. Believe that the independent research and development of equipment and its key technology is the import

5、ant direction for future development. In recent years, because of TOFD technique can provide an accurate measurement of Planar defects in the thickness direction of height, for usability evaluation of the equipment to provide test data, gets more and more applications in the pipeline inspection. TOF

6、D exist near the surface in the practical application of blind spots, a transverse crack detection, pipe medium effects and other technical difficulties, and summarizes each of the causes of technical problems and solutions. That meet requirements of testing equipment and digital ultrasonic signal a

7、cquisition in the pipeline will have good development prospects.KEYWORDS;TOFD,Ultrasound,Thepipe,Nondestructivetesting,Characteristic,application0 引言伊新14TOFD檢驗(yàn)技術(shù)可以對(duì)較長管道進(jìn)行遠(yuǎn)距離快速檢測（如果從一個(gè)檢測點(diǎn)可掃描到30M管道，該檢驗(yàn)技術(shù)具有成本低和信息量大的特征。李衍5TOFD無損檢測技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到特種設(shè)備無損檢驗(yàn)行業(yè)，該技術(shù)降低了檢測成本，提高了檢測效率和腐蝕等缺陷的檢出率，通過在特種檢測行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)海上平臺(tái)壓力管道和

8、壓力容器等的腐蝕監(jiān)測和對(duì)接焊縫檢測的缺陷檢測效率低和檢出率低的問題得到解決。關(guān)鍵詞：TOFD；超聲波；管道；無損檢測；特點(diǎn)；應(yīng)用1. TOFD定義及檢測原理1.1 TOFD的定義 TOFD”即Time off light diffraction,譯成中文是“超聲波衍射時(shí)差法檢測”， 劉全利，白世武，李佳6TOFD檢測技術(shù)原理是利用超聲波遇到諸如裂紋等的缺陷時(shí)，將在缺陷尖端發(fā)生迭加到正常反射波上的衍射波，探頭探測到衍射波，從而判定缺陷的大小和深度。極大地提高了缺陷檢出率。TOFD檢驗(yàn)技術(shù)具有缺陷檢出能力強(qiáng)、缺陷定位精度高、節(jié)省設(shè)備的制造時(shí)間等特點(diǎn)，在檢測資料上保證安全，并且可以用數(shù)字型式永久保存

9、，恰好彌補(bǔ)了常規(guī)超聲波檢測技術(shù)的不足。此技術(shù)首先是應(yīng)用于核工業(yè)設(shè)備檢驗(yàn)，如今在電力、石化、管道、壓力容器、鋼結(jié)構(gòu)等方面多有應(yīng)用。 王秀，程建政，劉俊3常規(guī)的超聲波探傷技術(shù)是脈沖反射式的，利用超聲波在缺陷表面的反射波對(duì)缺陷進(jìn)行測量；TOFD技術(shù)以缺陷尖端對(duì)超聲波的作用為基礎(chǔ)，利用超聲波的反射及繞射原理對(duì)金屬部件進(jìn)行檢驗(yàn)。與常規(guī)UT檢測相比，用TOFD技術(shù)進(jìn)行檢測，除可顯示射頻(RF) 型波形圖外，還可以得到D掃描圖像，檢測結(jié)果更直觀。當(dāng)超聲波遇到一個(gè)平面缺陷時(shí)，在產(chǎn)生正常的反射波的同時(shí)。在缺陷的邊緣和尖端產(chǎn)生繞射波。這種繞射波在很寬的角度內(nèi)發(fā)散，并且強(qiáng)度非常弱。TOFD利用2個(gè)探頭(發(fā)射探頭、接

10、收探頭)進(jìn)行探傷，探頭間的距離稱作探頭間距。TOFD通常使用頻率為210 MHz的縱波探頭，這是因?yàn)榭v波最先到達(dá)接收探頭，且縱波易發(fā)生繞射，同時(shí)縱波的應(yīng)用可以簡化接收的波形和結(jié)果圖形的解釋。通常應(yīng)用的縱波探頭(角度為45。、60。和70。)也產(chǎn)生傳播速度較慢的橫波。橫波也產(chǎn)生附加的繞射波，但比縱波產(chǎn)生的繞射波晚到達(dá)接收探頭。1.2 TOFD的技術(shù)原理白艷, 邢濤14超聲衍射時(shí)差技術(shù)（TOFD）是一種依靠從檢件工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要是指缺陷的“端角”和“端點(diǎn)”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法。衍射現(xiàn)象是TOFD技術(shù)采用的基本物理原理。衍射現(xiàn)象的解釋：波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，根據(jù)惠

11、更斯原理，媒質(zhì)上波陣面上的各點(diǎn)，都可以看成是發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻這些子波的包跡，就是該時(shí)刻新的波陣面。TOFD技術(shù)原理采用一發(fā)一收兩個(gè)寬帶窄脈沖探頭進(jìn)行檢測，探頭相對(duì)于焊縫中心線對(duì)稱布置。發(fā)射探頭產(chǎn)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?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)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(hào)及其時(shí)差來確定缺陷的位置和自身高度。記錄信號(hào)的飛躍時(shí)間就可以測量出缺陷的高度，就可以對(duì)缺陷進(jìn)行定量。缺陷尺寸通常是被定義為衍射信號(hào)的飛躍時(shí)間。1.3 TOFD主要檢測的缺陷圖像信息及特征在實(shí)際焊縫對(duì)接中，常見的缺陷主要有：氣孔，夾渣，未焊透，未

12、熔合，裂紋。2.TOFD的應(yīng)用2.1 TOFD技術(shù)在工程中的應(yīng)用壓力管道按其用途分為長輸管道、公用管道和工業(yè)管道。長輸管道主要用于輸送石油、天然氣和成品油，城市公用管道主要用于輸送天然氣、煤氣和蒸汽，由于長輸管道和城市公用管道輸送距離長、經(jīng)過人口稠密的地區(qū)、穿越道路與河流等，因此基本上采用埋地的方式，埋深一般在地下052 m，這些管道的直徑一般為891 219 mm，壁厚一般為630 mm埋地壓力管道潛在危險(xiǎn)主要分為以下幾種：與時(shí)間有關(guān)的危險(xiǎn)，如內(nèi)腐蝕、外腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂；固有的危險(xiǎn)，如制造、施工過程中產(chǎn)生的缺陷；與時(shí)間無關(guān)的危險(xiǎn)，如第三方破環(huán)、外力破壞；其他危害管道安全的潛在危險(xiǎn)。胡先龍7

13、對(duì)埋地壓力管道焊縫檢測，首先采用快速TOFD功能垂直焊縫平行掃查進(jìn)行預(yù)檢，然后采用快速TOFD功能傾斜焊縫平行掃查復(fù)查缺陷 。2.2 TOFD檢測技術(shù)在電站管道上的應(yīng)用特點(diǎn)(1)效率高。單組探頭檢測對(duì)焊縫覆蓋范圍大，只須做線性掃查，無須做鋸齒形移動(dòng)即可完成檢測區(qū)域內(nèi)的掃查，是常規(guī)超聲探傷方法的35倍；(2)靈敏度高。衍射波信號(hào)具有很高的靈敏度，因此也保證了很高的檢出率；(3)精度高。通過衍射時(shí)差計(jì)算方法，缺陷的高度可被精確的計(jì)算出來：(4)漏檢少。衍射波具有高靈敏度，通過圖象記錄完整檢測數(shù)據(jù)重復(fù)性好；(5)數(shù)據(jù)全。檢測的結(jié)果立刻就能知道，焊縫的縱斷面或橫斷面的檢測圖像可以存盤或打印出來，也可隨

14、時(shí)在電腦上進(jìn)行分析處理作為永久的紀(jì)錄；(6)更安全。對(duì)檢測人員無任何身體傷害；(7)成本低。無需其它耗材，探頭不與工件直接接觸(通過契塊)，減少了磨損，可在線應(yīng)用相關(guān)的工程評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定，在對(duì)缺陷部位修復(fù)時(shí)可最大限度的減少不必要的刨開。不影響其它現(xiàn)場工作，減少了檢測生產(chǎn)的間隔時(shí)間，和其它的一些問題；(8)局限性。靈敏度過高有時(shí)會(huì)夸大焊縫中的良性缺陷；由于是在管道外表面實(shí)施檢測，在近表面有檢測不到缺陷的盲區(qū)：檢測人員需要經(jīng)過專門的培訓(xùn)并積累相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。2.3.技術(shù)在海洋平臺(tái)壓力管道的檢測應(yīng)用海洋石油平臺(tái)的壓力管道和壓力容器在長時(shí)間服役后，海水中的氧化劑對(duì)海上石油平臺(tái)的壓力管道有很強(qiáng)的腐蝕

15、作用，腐蝕現(xiàn)象普遍存在，一旦發(fā)生腐蝕失效，會(huì)給生產(chǎn)和人員帶來巨大損害，需要監(jiān)控海上設(shè)施結(jié)構(gòu)的狀況，若采用常規(guī)的無損檢測技術(shù)檢驗(yàn)壓力管道和壓力管線，則要海上平臺(tái)處于停工狀態(tài)才可以實(shí)施檢測工作，這樣造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，延長了工期，因而提倡對(duì)壓力管道進(jìn)行在役檢驗(yàn)。 在使用設(shè)備對(duì)海上平臺(tái)壓力管道進(jìn)行檢測時(shí)，檢測范圍受到塑料或?yàn)r青涂料的影響，如果管道在海底，還會(huì)受到河床底部沙子的影響；幾何結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，曲率的存在會(huì)只是衍射信號(hào)反饋斷層，以致難檢測到后面的區(qū)域。3.TOFD檢測管道工藝及在現(xiàn)場應(yīng)用陶紅燕、張茂桐, 郭強(qiáng)9在壓力管道檢測中利用TOFD檢測技術(shù)對(duì)管道進(jìn)行了檢測，采用與被測管道同規(guī)

16、格的管子制做內(nèi)壁人工刻槽及盲孔的對(duì)比試塊；在對(duì)管道進(jìn)行檢測時(shí)，一般管道壁厚均小于50 mm，可選用一對(duì)縱波斜探頭進(jìn)行一次掃查，探頭頻率根據(jù)厚度不同在315 MHz范圍內(nèi)選擇；探頭角度為60。70。；晶片尺寸為26mm：主聲束聚焦深度為23壁厚。經(jīng)對(duì)管道焊縫檢測后發(fā)現(xiàn)常規(guī)超聲波檢測時(shí)未能發(fā)現(xiàn)的小缺陷在TOFD掃描圖中能夠清晰地顯示出來。此外，通過對(duì)帶有內(nèi)壁裂紋的壓力管道做TOFD檢測和宏觀實(shí)物對(duì)比?？煽闯鲋惫軆?nèi)壁為細(xì)小的龜裂紋。將中間局部內(nèi)壁裂紋打磨干凈后檢測(裂紋打磨深度不超過lmm，實(shí)物照片如圖5所示)，掃描圖中能清晰顯示有裂紋處的圖像。4 與傳統(tǒng)檢測技術(shù)的比較孔立峰，李樹學(xué)，羅光華，楊景標(biāo)

17、13化工行業(yè)常用的各種反應(yīng)、輸送、存儲(chǔ)設(shè)備大都為承壓設(shè)備，包括鍋爐、反應(yīng)釜、儲(chǔ)液槽、催化器、壓力管道、夾套設(shè)備等，其多采用電弧焊接組裝而成。焊接接頭的質(zhì)量好壞直接決定了承壓設(shè)備的安全程度和壽命長短。目前，對(duì)焊縫接頭的典型檢測手段是射線檢測，利用人眼看不到的x射線或y射線對(duì)被檢焊縫進(jìn)行照相，焊縫內(nèi)部缺陷的影像就會(huì)呈現(xiàn)在底片上。其工作方式類似于我們?nèi)粘Ｓ玫恼障鄼C(jī)，由于沒有深度信息，所以只能對(duì)缺陷的長度和寬度做出測量，無法測量深度。焊縫內(nèi)部缺陷的另一種檢測手段是傳統(tǒng)超聲檢測，多以脈沖波反射法，比如橫波斜探頭法，對(duì)缺陷反射回波的強(qiáng)度進(jìn)行比較。由于橫波只能在固體和液體中傳播，而缺陷內(nèi)部多有空穴或氣體薄膜

18、，會(huì)阻擋橫波傳播，所以超聲檢測只能對(duì)缺陷的長度和深度做出測量，無法測量寬度。5TOFD 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)5.1 優(yōu)點(diǎn)(1) 操作者可實(shí)時(shí)分析焊縫圖像。也可打印和存盤,實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果永久保存。(2) TOFD可以檢出取向偏移及方向性不好的缺陷,如不沿熔合線的裂紋等。TOFD 還能檢出向表面延伸的缺陷。如為外表面缺陷,則橫向波將被切斷,如為內(nèi)表面缺陷,則內(nèi)壁反射波將被切斷。大大提高缺陷的檢出率。(3) 通過對(duì)TOFD 圖形的特點(diǎn)、回波位置、相位和波形變化的分析,對(duì)于判定缺陷的真實(shí)性和準(zhǔn)確定量上十分有效。孟亞惠8TOFD檢測技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：(1)TOFD利用固體中聲速最快的縱波來檢測，它

19、不受變形波的影響，信噪比高，且與接受回波的強(qiáng)度無關(guān)，測量的是時(shí)問差，因此對(duì)缺陷測深定高的能力較傳統(tǒng)超聲檢測強(qiáng)很多。(2)TOFD檢測速度快且對(duì)環(huán)境無污染。用TOFD法檢測焊縫，將兩探頭固定在焊縫兩側(cè)，就可以對(duì)整個(gè)焊縫進(jìn)行檢測；兩探頭沿焊縫長度方向同步移動(dòng)，就可以對(duì)整個(gè)焊縫體積進(jìn)行檢測，檢測用時(shí)較射線檢測、超聲檢測要少。TOFD法使用對(duì)人體無害的超聲波，極大降低了勞動(dòng)防護(hù)要求。(3)TOFD使用計(jì)算機(jī)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行二維圖形化處理并記錄，便于觀看和保存5. 2 缺點(diǎn) TOFD 技術(shù)的缺點(diǎn)(1) 儀器調(diào)節(jié)過程復(fù)雜,檢測結(jié)果受調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性及工件表面粗糙度等客觀因素影響大。(2) 在近表面處有檢測盲區(qū)。(

20、3) TOFD 波幅很低,可能會(huì)被漏掉。沿缺陷方向掃查時(shí)無法判定缺陷在焊縫軸向的位置,而A掃描可以解決這個(gè)問題。因此TOFD 圖像分析必須結(jié)合A 掃描和B 掃描才能達(dá)到最佳效果。TOFD檢測技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)檢測技術(shù)的缺點(diǎn)：在近表面有盲區(qū)，對(duì)于鐵磁性材料， 可以輔以磁粉檢；對(duì)于非鐵磁性材料，可以輔以滲透檢測，檢查近表面或表面區(qū)域。6.結(jié)論1TOFD檢驗(yàn)技術(shù)具有缺陷檢出能力強(qiáng)、缺陷定位精度高、節(jié)省設(shè)備的制造時(shí)間等特點(diǎn)，在檢測資料上保證安全，并且可以用數(shù)字型式永久保存，彌補(bǔ)了常規(guī)超聲波檢測技術(shù)的不足。在壓力管道檢測中，TOFD檢測有著明顯的優(yōu)勢，可以及早發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測小缺陷，在檢測中發(fā)揮了重要作用。目前，全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)TOFD標(biāo)準(zhǔn)已正式出臺(tái)。隨著國內(nèi)各行業(yè)對(duì)TOFD技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范化，其前景將非常廣闊。參考文獻(xiàn)1 A PI 1104 1999 管道和相關(guān)設(shè)備的焊接S .2 韓相勇，姜自安，韓曙光，等超聲TOFD技術(shù)在管