TOFD与RT的对比检测研究及分析

林光辉，关 磊，黄 伟，陈 敏

（1.水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州 310012；2.华能澜沧江水电有限公司糯扎渡水电工程建设管理局，云南 普洱 665005）

1 工程概况

糯扎渡水电站安装9台65万kW水轮发电机组，总装机容量585万kW，引水压力钢管采用ADB610D高强钢板，管壁厚度为40、44、48、52 mm和56 mm 5种，总质量约4 613 t。蜗壳共9套，材料采用B610CF高强钢板，板厚从鼻端到进口段由27～72 mm （3台）、36～75 mm （6台）逐渐加厚，总质量约3 909 t。

压力钢管和蜗壳作为电站的埋设部分，其安装工作不仅是一个漫长的过程，还需要配合其他工种施工。水电站现场施工较复杂，需多个工作面交叉展开，这就要求各种施工在互不影响的情况下紧密配合。长期以来，作为检验压力钢管和蜗壳焊接内部质量的技术手段，射线检测 （RT，Radiographic Testing）被认为是最有效的方法，然而射线检测存在以下的局限性：①RT检测速度慢，从透照开始到评定出结果需数小时；②射线对人体组织会造成多种伤害，因此对职业放射性工作人员剂量当量规定了限值，现场检测会因交叉工作给防护工作带来一定难度；③就糯扎渡工程而言，压力钢管和蜗壳的最大壁厚达75 mm，而一般的便携式X射线机的最大透照厚度在60 mm以下，若采用γ射线，对放射同位素的严格管理规定将大大影响工作效率和成本。

针对RT的局限性， 衍射时差法超声检测（TOFD， Time of Flight Diffraction technique） 检测技术应运而生，它克服了RT存在的局限性，同时具备良好的检测效果，是一种真正高效环保的检测手段。TOFD可以实现对焊缝的连续检测，最大扫查速度可达3 000 mm/min，而且检测结果能够实时显示，检测效率有了质的飞跃。TOFD检测技术利用超声波衍射原理，对人体没有伤害，对现场防护没有特殊的要求，是一种高效环保的检测手段。

2010年2月，鉴于糯扎渡电站施工的迫切需要，建设单位决定将TOFD检测技术在该工程进行实施应用。但由于这项检测技术在我国的运用还处于推广时期，并且，TOFD技术标准尚处在审核报批阶段。2010年2月～5月，建设单位组织施工单位和第三方检测单位在大量试验的基础上制定了TOFD检测技术的企业标准，并通过了专家的审定。TOFD检测技术作为一种新兴的检测手段，对检验人员的技术水平提出了较高的要求。我国的专业技术检测人员数量有限，而且检测经验不足，这势必会给工程的应用带来一定的难度，因此，与会专家提出，在糯扎渡水电站压力钢管和蜗壳安装焊缝检测过程中，实行一定阶段的TOFD与RT的对比检测研究，通过对焊接缺陷的解剖验证，进一步了解TOFD与RT对焊缝焊接缺陷的检出吻合程度，根据对比检测研究的成果再确定TOFD检测技术在该工程中的应用范围。

2 研究工作的开展情况

2.1 检测对象

选取糯扎渡水电站8、9号机压力钢管安装焊缝和1、6、7、9号机蜗壳安装焊缝作为对比检测的对象，在满足原设计中RT、UT（超声波检测，Ultrasonic Testing）、 MT （磁粉检测， Magnetic Particle Testing）要求的基础上增加TOFD与RT的对比研究工作。对比检测内容如表1所示。

2.2 技术措施

（1）对比部位。RT检测图谱的有效长度300 mm/张，TOFD检测图谱的有效长度也为300 mm/张，对比检测规定，TOFD检测部位和RT检测部位完全重合。

（2）不同板厚部位的技术处理。采取双面扫查的方式，并采用不同板厚计算的PCS值分别进行对中扫查。

（3）板厚T大于50 mm时，采用不同探头进行分层扫查。

（4）对T字头焊缝，增加横向非平行扫查。

（5）表面盲区的处理。在双面采用MT检测加以弥补。

2.3 缺欠评定与验收规定

2.3.1 MT缺欠评定与验收规定

（1）压力钢管。磁粉探伤标准执行JB/T 4730—2005《承压设备无损检测》第4部分，压力钢管管壁纵缝及压力钢管管壁环缝Ⅰ级合格。

（2）蜗壳。磁粉探伤标准执行ASME第Ⅷ-1卷2007版强制附录6。所有受检表面不允许有如下缺欠显示：①相关的线形显示；②尺寸大于4.8 mm的计作缺欠的圆形的磁痕显示；③在一条直线上，有4个或4个以上的计作缺欠的圆形磁痕，其边缘之间相隔距离不大于1.6 mm；④缺欠显示可能大于缺欠本身，但是以显示尺寸作为合格评价的基础。

2.3.2 RT缺欠评定与验收规定

（1）压力钢管。射线探伤按GB/T 3323—2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》标准评定，压力钢管管壁纵缝BⅡ级合格，压力钢管管壁环缝BⅢ级合格。

（2）蜗壳。射线探伤执行ASME第Ⅷ-2卷2007版射线验收相关条款，需要注意的是：①任何显示特征为裂纹或未熔合或未焊透区域为不合格；②任何其他条形显示缺欠长度L大于：6 mm（T＜19 mm）、 1/3 T （19 mm≤T≤57 mm）、 19 mm （T＞57 mm）；③任何一群成一直线分布的显示，在12 T的长度内累计长度大于T值，但相邻缺欠间的间距超出6 L者除外，这里L为该群显示内最长缺欠的长度；④圆形显示超过ASMEⅧ附录4中合格标准所规定者。

2.3.3 TOFD缺欠评定与验收规定

TOFD检测执行糯扎渡水电工程技术标准Q/HNNZD1—JD16—2010《超声衍射时差法检测》规定，缺欠评定与验收规定如下：

（1）不允许存在的缺欠。①检测人员判定为裂纹、未熔合、全熔透焊的未焊透等危害性的缺欠；②表面开口缺欠。

（2）单个缺欠信号，每150 mm焊缝长度内个数应小于等于N，N=1.2 T。

表1 对比检测内容

（3）在满足两个缺欠沿焊缝方向的距离小于最长缺欠的长度和两个缺欠在厚度方向的距离小于最高缺欠的自身高度h时，视为单个缺欠，以两缺欠长度之和作为其单个缺欠长度，高度之和作为其单个缺欠的高度 （间距不计入缺欠尺寸）。单个条状缺欠和多个条状缺欠总长的评定按照表2进行。

表2 单个缺欠评定表

2.4 工作程序

（1）对焊缝进行100%UT，由于本次检测对比工作针对TOFD和RT，因此对UT检出的焊接缺陷进行返修处理，并复查合格。

（2）按既定比例对焊缝进行RT，对RT评定出的焊接缺陷进行保留，在RT部位进行100%TOFD检测，并对TOFD部位进行100%MT补充检测。

（3）根据RT和TOFD评定结果，对两种方法检出的所有焊接缺陷进行逐个解剖验证。

（4）对焊接缺陷进行返修处理，并分别用RT和TOFD进行复查。

2.5 检测成果

2.5.1 RT检测成果

通过对1 430张RT底片进行评定，发现有43个焊接缺陷，其中14个密集气孔，13个未熔合，13个条形缺欠，2个裂纹，1个气孔。

2.5.2 TOFD检测成果

通过对1 430套TOFD检测图谱进行评定，发现有75个焊接缺陷，其中14个密集气孔，26个未熔合，32个条形缺欠，2个裂纹，1个气孔。

2.5.3 MT检测成果

通过对TOFD检测部位焊缝进行MT，未发现有表面或近表面缺欠。

2.6 检测成果的对比

（1）以RT检出的 43个焊接缺陷为基准，TOFD与RT的检出和定性吻合率均为100%。

（2）以TOFD检出的75个焊接缺陷为基准，RT仅检出43个焊接缺陷，RT与TOFD的检出和定性吻合率均为57%。

2.7 解剖验证结果及分析

（1）对TOFD和RT均检出的43个焊接缺陷进行解剖，解剖缺欠的性质与评定的结果完全吻合。

（2）对RT底片显示不超标但TOFD图谱评定为超标的32个缺欠进行解剖，解剖缺欠的性质与TOFD评定的结果完全吻合。

（3）通过对RT漏检的32个缺欠进行解剖分析发现，漏检的主要原因体现在RT显示的缺欠是在焊缝表面方向的投影，而TOFD可以显示多个方向的投影，尤其是TOFD检出的与焊缝长度方向成较大角度的焊接缺陷，投影在底片上，其长度并不超标。另外，RT漏检与透照的角度等参数也有很大的关系。

（4）现场解剖采用气刨的方法进行，受该方法限制，对高度较大的焊接缺陷，解剖时解剖操作人员容易看见，但对高度较小的焊接缺陷，一般仅能看到缺欠的一小部分，缺欠的实际尺寸很难获得，因此本次解剖仅定性而不注重焊接缺陷的具体尺寸。

3 结 论

TOFD检测出的75个焊接缺陷中，RT仅能检出43个，其余32个焊接缺陷均漏检，TOFD与RT的对比检测结果表明：TOFD在中厚板的检测中，对焊接缺陷的检出率优于RT。