TOFD技术在承压设备无损检测中的应用

摘要：在工业生产中，承压设备为重要设施，占据重要地位，需要加强管理。在承压设备管理中，需要根据具体工业生产要求评定设备安全等级，检测设备的完整性、质量等。近几年，随着工业技术的快速发展，TOFD技术逐渐应用于承压设备无损检测中，提高了检测水平。文章主要对TOFD技术进行概述，分析该技术的基本原理、优点等，并在此基础上探究TOFD技术在承压设备无损检测中的具体应用。

关键词：TOFD技术；无损检测；承压设备；工业生产；设备安全等级 文献标识码：A

中图分类号：TG115 文章编号：1009-2374（2015）04-0068-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0316

作为一种超声检测新技术，TOFD衍射时差法超声检测越来越多地应用在特种设备、船舶、承压设备的无损检测中，具有检测准确、缺陷检出率高等优点，对设备的安全运行具有重要意义。对于承压设备而言，由于其所处理的介质多为易燃易爆、高温物质，在受压工作状态下，如果发生事故，将对人们造成严重的财产、生命损失，影响工业、社会的稳定发展。因此，在工业生产中，相关企业部门应加强对承压设备的管理、检测，确保质量合格、结构完整，使其高效地投入工业生产中。

1 TOFD技术概述

1.1 TOFD技术的定义

1977年，英国实验室研究员Silk等人根据超声波衍射现象提出TOFD技术，即为衍射时差法超声检测技术。该技术物理检测原理为：当检测物的孔或障碍物尺寸与波长接近或比其小时，衍射现象产生。在此基础上，当超声波作用于裂纹缺陷时，衍射波在纹缝隙、端角处发生叠加，产生衍射波，然后探头接收检测衍射波，以此判定缺陷的深度、大小。

相比于传统超声检测技术，TOFD检测技术采用反射探头、接收探头双探头模式。在具体检测中，利用数字式超声波检测仪，在检测缝两侧对称位置放置探头，确保检测区域被声束覆盖，在脉冲发射控制下，发射探头发射超声脉冲，且脉冲入射到被检测缝断面，在遇到缺陷的情况下产生衍射波、反射波，此时，探头便同时接收两波，利用计算机技术处理波信号，定性、定量分析信号，并显示缺相形状、高度、位置等信息，使检测

准确。

1.2 TOFD技术的优点

在目前工业生产中，TOFD技术主要用于工件内部检测和裂纹扩展监控两方面，精准定量缺陷，可确保面积型、线型缺陷测量误差小于1mm，有效测出裂纹的增长。TOFD技术优点包括：（1）缺陷定位精度高、检出能力强，且通过计算机，以数字形式永久保存检测数据，检测安全；（2）在线得到检测结果，保存数据为以后检测的对比分析提供方便；（3）使用成本低，且相比于射线检测后，对人体无伤害，并可进行交叉作业，工作效率高；（4）可靠性强，声束角度不对衍射信号波幅产生影响，因此，利用TOFD技术可有效发现设备各方向的缺陷，具有较高的缺陷检出率；（5）穿透性高，可检测球罐、管道环焊缝等，检测范围广、效果好，且作业强度小，对环境无污染；（6）检测简单快捷，多采用非平行扫描方式，无需做锯齿扫描，一人操作即可。

2 TOFD技术在承压设备无损检测中的具体应用

2.1 检测准备工作

在承压设备无损检测前，需要根据检测对象，准备检测仪器。当TOFD技术在承压设备无损检测中的具体应用中，应首先设置数字式超声波检测仪参数、设置探头，调整仪器的灵密度等。例如，探头设置包括探头中心距、晶片尺寸、探头频率等设置。对于壁较薄的承压设备，可使用较大频率探头，直通波和底波信号之间具有20个周期以上的时间差。而对于厚壁承压色设备检测而言，较低频率探头应用在靠近设备下表面处，较大频率探头应用在靠近设备上表面处。TOFD两个探头之间保持20%以内的中心频率差，确保信号覆盖的全面性。同时，由于检测灵敏度将直接影响检测的增益值，因此，在检测前，检测人员还应适度调整TOFD检测仪的灵敏度，通常情况下，依据检测对象进行灵敏度设置，如直筒波波幅设为满屏的40%。此外，还应对扫描增量、脉冲重复频率、触发电压、信号平均化处理等参数进行准确设置、调整，确保仪器接收到最全面、可靠的信号，获得理想的TOFD图形。

2.2 缺陷定位、分类

在长期使用过程中，因各种因素影响，承压设备存在不同缺陷。如对于埋地压力管道而言，其存在应力腐蚀、内腐蚀裂缝危险、外力破坏危险等，裂缝状况各不相同。因此，在承压设备无损检测过程中，应通过TOFD技术检测出缺陷的长度、类型、位置、埋藏深度等。而对于不同缺陷类型可通过衍射波信号进行辨认。例如，如果底波中断通过耦合损失校正或向传播时间较长的方向移动，则可判断设备存在地面开口型缺陷。如果缺陷下端部衍射波中一些减弱信号利用耦合损失校正，则可判断为表面开口型缺陷。如果检测过程中上端部、下端部衍射均产生信号，则缺陷为埋藏型缺陷。同时，在TOFD无损检测技术具体应用中，由于底波、侧向波信号微弱，会存在一些缺陷漏检问题，因此，在具体检测中，应用TOFD多次扫描设备，反复检测，并做好检测记录，全面分析检测结果，对有所疑问的检测数据进行脉冲回波法、平行扫描等方式验证，获得全面信息，确保检测的准确性。此外，在缺陷定位、测长过程中，可利用双探头同步移动方式，将缺陷置于两探头之间，扫描衍射点，根据扫查的探头移动量测量缺陷长度。

2.3 盲区补充检测、数据分析

在TOFD无损检测中，应注意表面盲区补充检测，以提高检测准确性。表面盲区主要包括下表面盲区、上表面盲区两部分。其中，直通波信号可引起上表面盲区，如在检测中，如果缺陷信号隐藏在直通波信号中，那么，计算机系统便接受不到缺陷信号，不能对缺陷信号进行分析，从而影响缺陷的准确查找。同时，在正常检测中，检测50mm以下工件焊缝，上表面盲区占检测厚度的20%左右。因此，在实际工作中，应反复检测，偏置非平行扫查盲区，提高检测准确率。例如，可选择宽频带窄脉冲探头、改变探头参数、减小PCS，减少扫查盲区，并利用渗透检测、冲反射法超声检测等方法补充检测。在TOFD检测仪扫描、检测过程中，衍射波信号发送到探头上，结合计算机技术，在计算机中形成TOFD图像，结合图像分析确定设备缺陷。在此过程中，数据分析极为重要，需要检测人员全面、准确分析、判读TOFD图像、扫描信号，根据信号特点进行判断。例如，根据尖端衍射信号相位定量、定性分析缺陷信号，然后信号以数字化的形式存在于光盘、计算机系统中，为盲区检测、其他辅助检测提供数据，并为设备以后检测提供对比依据。

3 结语

在承压设备无损检测中，TOFD技术是一种新型技术，广泛应用于工业生产设备检测中，是主要的设备无损检测方式。TOFD技术通过衍射波接收、信号传送、图像分析，判断设备缺陷位置、类型、长度等，及时发现设备问题。在具体检测中，检测人员合理利用TOFD技术，科学设置检测参数、全面扫描各盲区，提高检测准确度，降低设备危险性，确保工业生产的正常进行。

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作者简介：吴俊（1987-），男，江苏南京人，南京扬子检修安装有限责任公司助工，研究方向：质量检验。

（责任编辑：黄银芳）