Tofd 技術(shù)在承壓設(shè)備無損檢測(cè)中的運(yùn)用

馮馳

西安三環(huán)科技開發(fā)總公司 陜西西安 710077

1 TOFD 原理及技術(shù)特點(diǎn)

TOFD 檢測(cè)采用一對(duì)一發(fā)一收探頭，原理如圖1 所示。發(fā)射探頭發(fā)射超聲波在工件內(nèi)傳播，有一部分沿表面?zhèn)鞑?，直接被接收探頭接收，該信號(hào)為最早到達(dá)接收探頭，該信號(hào)稱為直通波，一部分信號(hào)在工件中傳播遇到焊縫中等的缺陷后在尖端產(chǎn)生衍射波，稱為缺陷上端衍射波，該信號(hào)為副相位。同樣，超聲波在缺陷下端也會(huì)產(chǎn)生衍射波，稱為缺陷下端波，該信號(hào)與上端衍射波相位相反。另外一部分超聲經(jīng)工件底面反射，稱為底面波。由TOFD 原理可知，缺陷信號(hào)必然會(huì)出現(xiàn)在直通波之后而在底面波之前，所以，直通波和底面波就成為檢測(cè)時(shí)識(shí)別缺陷回波的重要依據(jù)[1]。

作為一種應(yīng)用廣泛的無損檢測(cè)技術(shù)，TOFD 有很多優(yōu)點(diǎn)：

（1）TOFD 技術(shù)精度高。TOFD 技術(shù)定量精度遠(yuǎn)高于常規(guī)超聲技術(shù)。對(duì)面積型缺陷或線性缺陷，TOFD 測(cè)量高度誤差小于1mm，而對(duì)于長(zhǎng)裂紋和未熔合缺陷高度測(cè)量誤差更小。

（2）TOFD 技術(shù)可靠性好。衍射信號(hào)能發(fā)現(xiàn)任何方向的缺陷，TOFD 技術(shù)缺陷檢測(cè)率高，高于常規(guī)超聲技術(shù)。

（3）TOFD 技術(shù)易于保存。跟常規(guī)超聲等技術(shù)相比，TOFD信號(hào)能全過程、大批量記錄，易于保存及分析，為智能檢測(cè)和識(shí)別提供大數(shù)據(jù)支持。

當(dāng)然，TOFD 也存在一些缺點(diǎn)：

（1）TOFD 技術(shù)存在檢測(cè)盲區(qū)。上表面缺陷因可能埋藏在直通波下而漏檢。下表面存在底面盲區(qū)，位于熔合線缺陷信號(hào)可能因底面反射波漏檢。

（2）TOFD 技術(shù)缺陷定性困難。TOFD 技術(shù)難以準(zhǔn)確判斷缺陷性質(zhì)，目前缺陷的定性主要依靠檢測(cè)人員的人工判斷。

（3）TOFD 技術(shù)圖像難以判斷。數(shù)據(jù)分析依賴技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，檢測(cè)人員需要經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)。

2 TOFD 技術(shù)在承壓設(shè)備無損檢測(cè)中的具體應(yīng)用

2.1 檢測(cè)準(zhǔn)備工作

在對(duì)壓力設(shè)備進(jìn)行無損檢測(cè)前，有必要根據(jù)檢測(cè)對(duì)象配制檢測(cè)儀器。當(dāng)TOFD 技術(shù)應(yīng)用于壓力設(shè)備無損檢測(cè)的具體應(yīng)用時(shí)，首先要調(diào)整數(shù)字式超聲波探傷儀的參數(shù)、探頭和儀器的靈活性。例如，探針設(shè)置包括探針中心距離、晶圓尺寸和探針頻率等設(shè)置。對(duì)于薄壁承壓設(shè)備，可采用較大的頻率探頭，通波信號(hào)與底波信號(hào)存在20 個(gè)周期以上的時(shí)差。對(duì)于厚壁承壓色設(shè)備的檢測(cè)，應(yīng)采用低頻探頭靠近設(shè)備的下表面，較大頻率探頭靠近設(shè)備的上表面。將兩個(gè)TOFD 探頭的中心頻率差控制在20%以內(nèi)，保證信號(hào)覆蓋的全面性。同時(shí)，由于檢測(cè)靈敏度會(huì)直接影響檢測(cè)增益值，所以在進(jìn)行檢測(cè)前，檢測(cè)器還應(yīng)適當(dāng)調(diào)整TOFD 檢測(cè)器的靈敏度。通常，靈敏度的設(shè)置是基于探測(cè)對(duì)象，如直波振幅設(shè)置為全屏40%。此外，掃描增量、脈沖重復(fù)頻率、觸發(fā)電壓、信號(hào)平均等參數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確設(shè)定和調(diào)整，以保證儀器接收到最全面、可靠的信號(hào)，得到理想的TOFD 圖[2]。

2.2 缺陷定位、分類

承壓設(shè)備在長(zhǎng)期使用后，會(huì)受到多種因素的影響，產(chǎn)生不同程度的缺陷。以埋壓管道為例。長(zhǎng)期使用后，會(huì)出現(xiàn)外力損傷和內(nèi)部腐蝕裂紋。在無損檢測(cè)中，TOFD 技術(shù)可用于檢測(cè)缺陷的長(zhǎng)度和位置，識(shí)別不同類型缺陷的衍射信號(hào)。例如，在檢測(cè)過程中，如果底波被碰撞損失修正打斷或向較長(zhǎng)傳播時(shí)間的方向移動(dòng)，則可判斷設(shè)備存在地開型缺陷；或者在器件低端的繞射波中出現(xiàn)少量的減弱信號(hào)。通過對(duì)意外損失的修正，可以判斷設(shè)備故障為開路缺陷。在檢測(cè)過程中，可以利用TOFD 技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行多次掃描和標(biāo)記，獲得全面的設(shè)備故障信息。

2.3 盲區(qū)補(bǔ)充檢測(cè)

在檢測(cè)過程中，盲點(diǎn)的補(bǔ)充檢測(cè)一直是關(guān)鍵問題之一。以表面盲區(qū)為例，主要分為以下盲區(qū)和上表面盲區(qū)。其中，通過波信號(hào)可以直接檢測(cè)出上表面的盲區(qū)。在檢測(cè)過程中，如果缺陷信號(hào)隱藏在貫穿波信號(hào)中，計(jì)算機(jī)無法接收到該信號(hào)，將影響信號(hào)的分析能力。在正常檢查中，工件焊縫（主要是指長(zhǎng)度小于或等于50mm 的焊縫）的檢查中，上表面的盲區(qū)約為檢查厚度的20%-23%。因此，在盲點(diǎn)補(bǔ)充檢測(cè)中，必須對(duì)檢測(cè)位置進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)，以提高檢測(cè)精度。在檢測(cè)過程中，將衍射波信號(hào)送入探頭，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中形成TOFD 圖像，結(jié)合圖像分析，確定設(shè)備缺陷。

3 TOFD 在承壓設(shè)備檢測(cè)中的前景

目前壓力設(shè)備的環(huán)縫焊接主要采用自動(dòng)焊接和手工焊接兩種方式。X 射線的拒收標(biāo)準(zhǔn)是基于工藝的。它是非常保守的評(píng)估嚴(yán)重的任何不完整的焊縫。然而，由于射線檢查不能確定缺陷的垂直延伸，保守治療是必要的。X 射線不易檢測(cè)出角度差的平面缺陷（如未融合、裂紋等）。在大多數(shù)缺陷中，手工焊接和自動(dòng)焊接沒有太大的區(qū)別。自動(dòng)焊接的主要缺陷是側(cè)壁未熔合。手工焊接也會(huì)出現(xiàn)未熔合現(xiàn)象，但體積缺陷較為常見，如夾渣、空心焊道和氣孔等。中心線裂紋與自動(dòng)焊接有一定的關(guān)系，手工焊接更容易出現(xiàn)焊道下裂紋和根部裂紋。無論哪種方式，區(qū)分真正的缺陷和幾何性能的反映都是至關(guān)重要的[3]。

4 結(jié)語

在壓力設(shè)備的無損檢測(cè)中，TOFD 技術(shù)是一種新型的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的檢測(cè)，是設(shè)備無損檢測(cè)的主要方法。TOFD 技術(shù)利用衍射波接收、信號(hào)傳輸和圖像分析來確定設(shè)備缺陷的位置、類型和長(zhǎng)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題。在具體檢查中，檢查人員合理運(yùn)用TOFD 技術(shù)，科學(xué)設(shè)置檢查參數(shù)，全面掃描盲區(qū)，提高檢查準(zhǔn)確性，降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。