TOFD技术在球罐焊缝裂纹检测中的应用

彭国平 李洪刚

（ 广州特种承压设备检测研究院 广州 510663 ）

TOFD技术在球罐焊缝裂纹检测中的应用

彭国平 李洪刚

（ 广州特种承压设备检测研究院 广州 510663 ）

本文简单介绍了15MnNbR球罐历次检验情况，本次全面检验中应用TOFD检测技术对环焊缝进行检测，从检测面的选择、检测工艺参数的设置、检测发现缺陷，采用射线方法复验、缺陷性质返修确认为裂纹，说明TOFD技术应用于球罐焊缝裂纹缺陷的检测是一种行之有效的方法，不仅能检测内部裂纹，而且能发现扫描面盲区内的近表面裂纹。

TOFD检测 裂纹 球罐

广州某公司3000m3丙烷球罐于2003年制造安装，2004年投入使用，设计压力1.77MPa，设计温度50℃，规格φ1800mm×50mm，介质丙烷，材质15MnNbR，球罐采用混合结构形式（如图1所示）。2008年首次进行全面检验，球罐内表面21处裂纹，外表面28处裂纹，长度10~200mm，打磨最深9.2mm去除，射线和超声检测发现14处超标缺陷；缺陷均分布在FA、GE方环、BC、CD大环缝上。硬度测定，球壳板母材硬度值140~160HB、焊缝部位140~155HB、熔合区195~215HB。鉴于首检情况，2014年全面检验采用TOFD方法对球罐FA、GE方环、BC、CD大环缝进行100%检测，经射线检测复验存在2处裂纹（见图1所示①、②位置）。

图1 球罐结构形式

1 TOFD检测程序

1.1 检测面的选择

对于球罐对接焊缝的TOFD检测，扫查面通常选择从球罐内表面进行扫查，其一，若从外表面进行扫查，球罐外表面防腐油漆必须清除干净，否则耦合效果比较差，难以保证TOFD检测结果的可靠性；其二，根据直通波传播的原理可知从球罐内表面（凹面）扫查可以减少直通波盲区的影响[1]。因该球罐公称厚度为50mm，根据检验方案要求进行100%常规超声波检测，而《承压设备无损检测》标准规定进行常规超声波检测时，应采用单探头双面双侧进行扫查，因而球罐外表面检测前应进行油漆层的去除；另外3000m3球罐直径很大，从内表面（凹面）或外表面（凸面）扫查时直通波盲区的影响很小；根据球罐X型坡口结构形式，外表面是大坡口，内表面是小坡口，现场实测外表面焊缝宽度为30~40mm，内表面焊缝宽度为20~25mm，若从内表面进行扫查，一次扫查难以覆盖整个底面焊缝。因而本次TOFD检测时选择从外表面进行扫查，覆盖整个检测区域（如图2所示）。

图2 TOFD检测焊缝覆盖示意图

1.2 检测工艺参数的设置

根据球罐及仪器设备特征参数，选择检测工艺参数见表1。

表1 TOFD检测工艺参数设置

2 检测结果

TOFD检测球罐FA、GE方环、BC、CD大环缝，发现BC1+450mm、CD12+30mm位置存在2处裂纹缺陷，如图3~图5所示（注：横坐标为距离，单位mm；纵坐标为传播时间，单位μs），裂纹缺陷参数见表2，采用射线检测复验，底片图像如图6~图7所示，返修后裂纹示意图如图8~9所示。

表2 缺陷参数一览表

图3 BC1+450位置裂纹TOFD图谱

图4 CD12+30位置外表面扫查裂纹TOFD图谱

图5 CD12+30位置内表面扫查裂纹TOFD图谱

图6 BC1+450位置裂纹底片示意图

图7 CD12+30位置裂纹底片示意图

图8 BC1+450位置返修后裂纹示意图

图9 CD12+30位置返修后裂纹示意图

3 结论

1）TOFD技术检测内部缺陷率很高，受直通波的限制，检测面盲区较大，当选择合适的检测参数时，发现近表面缺陷还是可行的[2]。

2）对中厚板对接焊缝的检测，TOFD技术检出缺陷率比射线检测方法要高，同时对缺陷具有放大功能，因而合理的测定缺陷长度对缺陷数据分析显得尤为重要。

3）从缺陷定性方面来说，TOFD图谱没有射线底片图像直观，但是根据TOFD图谱特征，裂纹缺陷清晰，深度随长度发生变化，两端信号较弱，中部信号较强，上下端点脉冲尖窄，分辨明显[3-4]。

因而，TOFD技术在球罐对接焊缝检测中的应用越来越广泛，大量检测数据表明TOFD检测技术是一项行之有效的检测方法。

[1] 强天鹏.衍射时差法（TOFD）超声检测技术[M]. 2011，93-97.

[2] 张在东，彭国平，李洪刚，等．TOFD技术对球罐近表面裂纹的检测[J]．中国特种设备安全，2013, 29（09）：50-52.

[3]粱宏林，滕永平，吕香慧．用超声衍射时差法对焊缝缺陷定性表征[J]．无损检测，2006，28(1)：14-16．

[4] ENV 583-6(1997)，Non destructive Testing-Ultrasonic Examination- Part 6：Time of Flight Diffraction Technique as a Method for Defect Detection and Sizing[S]．

Application of TOFD Technology in Weld Crack Detection of the Sphere

Peng Guoping Li Honggang
(Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute Guangzhou 510663)

This article introduces the 15MnNbR spherical tank all previous inspection. TOFD technology is used in the test of circular welding seam. From the choosing of inspection surface, the setting of technological parameter, the defects founded, by using X-ray method for reinspection and repair of defects, crack defects are identified. The result shows that TOFD technique application in spherical tank for welding crack defect detection is a kind of effective method, not only can detect internal cracks, but also can find the near surface cracks within scanning blind area.

TOFD detection Crack Spherical tank

X924

B

1673-257X(2016)11-0045-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.11.011

彭国平(1977～ )，男，本科，主任，副高，从事锅炉、压力容器、压力管道的检验检测工作及无损检测报告的审核工作。

2016-06-14）