摘要：承壓設備在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，是各工業(yè)行業(yè)都能涉及到的通用型產(chǎn)品，故其國際地位在一定程度上可以反映國家的綜合實力。設備的可靠性檢驗很重要。目前多為常規(guī)射線檢測，在經(jīng)濟成本及技術(shù)條件有一定局限性，現(xiàn)引進TOFD技術(shù)。文章主要介紹了TOFD技術(shù)的由來、原理、優(yōu)缺點，相對常規(guī)射線檢測超聲檢測的技術(shù)優(yōu)勢及在承壓設備無損檢測中的應用前景。

關(guān)鍵詞：承壓設備；無損檢測；可靠性檢驗；TOFD；焊接缺陷

中圖分類號：TG115

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)17－0055－02

承壓設備在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位，是各工業(yè)行業(yè)都能涉及到的通用性產(chǎn)品。承壓設備在受壓狀態(tài)工作，所處理的介質(zhì)也多為高溫或易燃易爆，一旦發(fā)生事故，會對人們的生命和財產(chǎn)造成不可估量的損失，所以世界各國都把承壓設備作為特種設備予以強制性管理。因類型各有不同，功能也隨應用場合而變化，其整個建造過程涉及冶金、結(jié)構(gòu)設計、機械加工、焊接、熱處理、無損檢測等多種專業(yè)技術(shù)門類。因此，承壓設備行業(yè)的國際地位在一定程度上反映了國家的綜合實力。

承壓設備檢驗規(guī)程中，對一般和有特殊要求的承壓設備進行安全等級評定時，需要考慮缺陷性質(zhì)、形狀、取向、尺寸，對缺陷自身高度的測定提出了明確要求。針對焊接內(nèi)部質(zhì)量，從常規(guī)檢測方法主要為射線檢測和超聲檢測。超聲脈沖反射檢測法適用于厚度8mm以上的承壓設備殼體或大口徑接管與殼體的對接焊縫內(nèi)部缺陷的檢測。通常采用A型脈沖反射式超聲波探傷儀和2.5或5MHz頻率的探頭檢測。射線檢測方法適用于承壓設備殼體或接管對接焊縫內(nèi)部缺陷的檢測，使用的射線探傷設備包括x射線機、γ射線源和電子直線加速器。一般<450kV的x射線機適于理論檢測的鋼最大厚度為90mm，γ源最大檢測鋼厚度為200mm；4～9MeV直線加速器適于檢測的最大鋼厚度為200～400mm。另外，射線檢測也常用于在用壓力容器檢驗中對超聲檢測發(fā)現(xiàn)缺陷的復驗，以進一步確定這些缺陷的性質(zhì)，為缺陷返修提供依據(jù)。但超聲脈沖反射法和射線檢測對焊縫內(nèi)部缺陷高度均無法確定。

目前，重要承壓設備通常要求采用射線檢測焊縫內(nèi)部缺陷。射線方法需要拍片，不僅提高了經(jīng)濟成本，延長了檢測周期，而且增加了環(huán)境污染物排放，更重要的是，射線方法具有電離輻射危險，可造成對人體和環(huán)境危害。射線檢測的檢測厚度受設備能力限制，對缺陷檢出率有方向性限制。就焊縫缺陷測高方法而言，TOFD是當前超聲波檢測領(lǐng)域的前沿技術(shù)之一，較傳統(tǒng)的方法測試精確得多。TOFD方法具有無污染、速度快、靈敏度高、定位精確高、重復性好等優(yōu)點。

一、TOFD的由來

TOFD全稱Time ofFlightDiffraction，即超聲衍射時差技術(shù)：它是在1977年，由Silk根據(jù)超聲波衍射現(xiàn)象提出來，由于它在探傷過程中具有相當高的一次掃查檢出率，且具有小于1mm的定位精度，成為國際間所公認的超聲新技術(shù)。此技術(shù)首先是應用于核工業(yè)設備在役檢驗，現(xiàn)在在核電、建筑、冶金、化工、石化、長輸管道等工業(yè)的承壓設備方面多有應用。

二、TOFD的技術(shù)特點及原理

TOFD技術(shù)作為一種較新的超聲波檢測技術(shù)，不同于以往的超聲脈沖反射法和聲波穿透法等技術(shù)，它利用的是在固體中聲速最快的縱波在缺陷端角和端點產(chǎn)生的衍射來進行檢測。在焊縫兩側(cè)，將一對頻率、尺寸和角度相同的縱波斜探頭相向?qū)ΨQ放置，一個作為發(fā)射探頭，另一個為接受探頭。發(fā)射探頭發(fā)射的縱波從側(cè)面入射被檢焊縫斷面。部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮芴筋^接受，部分波束經(jīng)底面反射后被接受探頭接受，通過各個聲波信號之間到達的時間差并形成特殊的TOFD圖象，顯示缺陷位置、高度、形狀等信息。特點是成像直觀，檢測速度快，能全程記錄檢測過程并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。在無缺陷部位，接收探頭會接收到沿試件表面?zhèn)鞑サ膫?cè)向波和底面反射波。而有缺陷存在時，在上述兩波之間，接收探頭會接收到缺陷上端部和下端部的衍射波。

FOFD技術(shù)作為超聲檢測是可行的，其可靠性和精度要高于常規(guī)超聲脈沖反射檢測技術(shù)。相比常規(guī)的脈沖反射技術(shù)，當時的TOFD技術(shù)有幾個最明顯的不同，一是很高的定量精度，絕對誤差<±1mm，而裂紋監(jiān)測的誤差<±0.3mm；二是對缺陷的方向和角度不敏感；三是對缺陷的定量不是基于信號的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信號的聲程和時間。

三、TOFD的優(yōu)缺點

(一)TOFD的優(yōu)點

TOFD技術(shù)缺陷檢出能力強，缺陷定位精度高，節(jié)省設備的制造時間，安全，檢測數(shù)據(jù)可以用數(shù)字形式永久保存。

1TOFD在缺陷檢測方面，與缺陷的方向無關(guān)。

2TOFD可以檢測出與檢測表面不相垂直的缺陷和裂紋。

3可以精確的確定缺陷的高度。

4在安全上，TOFD不需要—個安全的獨立的操作空間，因此可以在不中斷工藝生產(chǎn)的情況下進行檢測，節(jié)約設備制造時間。

5可以在線得到檢測結(jié)果，并且可以將結(jié)果用數(shù)字信號型式永久保存在光盤中，以便于以后在役檢驗進行對比分析。

6可以在線應用相關(guān)的工程評定標準對缺陷進行評定，僅將按標準評定的缺陷進行挖補修復，避免了無用的破壞焊縫整體性的修補現(xiàn)象。

7因為檢測速度快，對于板厚超過25mm的材料，經(jīng)濟成本比射線檢測少得多。

8可以在200℃以上的表面進行檢測。

9TOFD檢測系統(tǒng)易于搬運，可以在方便的任何地方進行檢測。

10檢測率高于常規(guī)的超聲脈沖反射檢測。

(二)TOFD的缺點

1焊縫的兩邊必須有能夠安放用于TOFD檢測的發(fā)射和接收探頭的位置。

2在檢測表面下，存在一個檢測不到的死區(qū)；根據(jù)技術(shù)條件不同，此死區(qū)在2～10mm不等。

3檢測人員必須經(jīng)過專門的訓練，并積累相應的經(jīng)驗。

4標準問題尚未正式解決。

(三)TOFD的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的常規(guī)檢測相比，TOFD具有以下的優(yōu)勢：

1檢測速度快，檢測周期短，現(xiàn)場檢測時只需對環(huán)焊縫進行一次簡單的線性掃查而無需來回移動即可完成全焊縫的檢測。

2能正確的缺陷定性，精確任何朝向的缺陷定量。

3缺陷定位準確，檢測靈敏度高。

4檢測結(jié)果直觀，在掃查的同時可對焊縫進行分析、評判；可實現(xiàn)實時顯示，實現(xiàn)檢測結(jié)果的永久性保存。

5可檢測射線無法穿透的壁厚。對管道環(huán)焊縫、球罐、儲罐等對接焊縫的檢測，效率高、效果好。

6作業(yè)強度小，環(huán)保，對環(huán)境無污染。

四、TOFD在承壓設備檢測中的前景

目前，自動焊和手工焊均被應用于承壓設備的環(huán)焊縫焊接中。射線的判廢標準是建立在工藝上的。它對焊縫中任何不完

備性的嚴重性進行的評估都十分保守。然而，因為射線檢測無法判斷缺陷的垂直延伸量，所以保守的處理是十分必要的。X射線對與射線角度不佳的平面缺陷不易檢出(如未熔合、裂紋等)。

在大多數(shù)缺陷中，手工焊與自動焊沒有太大的差異。自動焊中最主要的缺陷是側(cè)壁的未熔合。在手工焊中也可能出現(xiàn)未熔合，但體積性缺陷更為常見，如夾渣、空心焊道和氣孔等。中心線裂紋與自動焊有一點關(guān)系，然而，焊道下裂紋和根部裂紋在手工焊中更可能發(fā)生。無論哪種方法，分辨真實缺陷和幾何能力的反射都是至關(guān)重要的。

目前，在TOFD標準方面，可供借鑒的方法標準除英BS7706、歐ENV 583-6、CEN／TSl4751、美ASTM E2373、日NDIS2423外，還有2007年7月發(fā)布的ASME第V卷第四章《焊縫超聲檢測》強制性附錄Ⅲ(TOFD操作要領(lǐng))和非強制性附錄N(TOFD圖像識別)。但涉及TOFD檢測驗收標準的僅兩個：歐NENl822和美ASME規(guī)范案例2235-9。美國ASME標準規(guī)定可用TOFD法取代射線方法檢測鋼焊縫缺陷。TOFD目前國內(nèi)沒有相應的標準，出口產(chǎn)品是按ASME標準的要求來做的。國內(nèi)只能是請專家作技術(shù)鑒定后報相關(guān)機構(gòu)備案的一事一議的做法。TOFD檢測技術(shù)靈敏度高，可靠性好，檢測速度快，無污染，結(jié)果可記錄保存。但是該技術(shù)有檢測盲區(qū)，對橫向裂紋不敏感，檢出率較低，且成本相對較高?，F(xiàn)還不能完全代替射線檢測。國質(zhì)檢特函[2007]402號《關(guān)于進一步完善鍋爐壓力容器壓力管道安全監(jiān)察工作的通知》第六條明確規(guī)定：對現(xiàn)場制造壁厚度60ram以上的壓力容器，可以采用TOFD檢測方法替代射線法進行無損檢測。

TOFD是焊縫超聲檢測和缺陷定量很有發(fā)展前景的一種新技術(shù)，有爭議的常規(guī)射線檢測技術(shù)雖然一度在承壓設備無損檢測中占主導地位，但展望未來，TOFD和超聲脈沖反射法相結(jié)合必將在承壓設備無損檢測中最終取代常規(guī)射線檢測，而成為一種新型可靠的檢測技術(shù)。

參考文獻

[1]承壓設備無損檢測之第10部分：衍射時差法超聲檢測草案(JB／T4730，10)[s]

[2]李衍，超聲TOFD法與射線照相法對缺陷檢出能力的比較

作者簡介：劉宏宇(1973-)，男，河北唐山人，中冶京唐建設有限公司管鐵分公司工程師，研究方向：工程管理。