TOFD 技术在海底管道环焊缝检测中的应用

王雪臣 武丁 张钊 张洪飞

海洋石油工程股份有限公司 山东青岛 266500

1 TOFD 技术的特点

TOFD 是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。该技术利用缺陷端点的衍射波信号探测和测量缺陷处的焊缝质量[1]，具有检测能力强、定量精度高的优点，且有直角坐标、焊缝纵断面和横断面显示三种记录方式，TOFD 检测原理如图1 所示。

图1 TOFD 技术检测原理示意图

2 TOFD 技术存在问题及分析

在调研国内外TOFD 技术应用的基础上，结合前期海底管线TOFD 技术检测开展情况，分析海底管线应用中存在的影响检测效率和质量的问题，研究设计新型扫查器解决手动推扫带来图像数据易丢失，检测效率低等问题。通过自然试件的制定分析TOFD 技术与射线检测技术的区别，开发新型TOFD 技术结合脉冲回波法（PE）的检测方案，在实际应用中消除盲区影响。最后针对于不同类型管径制定技术解决方案并推广实施。

2.1 TOFD 技术具体应用中存在的问题

在桩西平台之间铺设的几条海底管线焊缝检测中应用了TOFD技术，手动扫查，手动喷涂耦合剂，至少需要三人操作。应用TOFD 技术检测发现存在上下表面盲区时，辅助采取常规超声和磁粉检测，防止上表面缺陷漏检。该检测方案效率非常低，往往需要重复检测3-5 次，时间为20-30min。该技术在应用中主要存在以下问题：

①TOFD 检测结合超声波和磁粉，需要多次扫查焊缝，时间长、效率低。②推动扫查器时用力不均衡、常抖动，影响扫查精度，数据扭曲失真，甚至扫查失败。③手动添加耦合剂，探头和管壁之间的耦合层不均匀，影响检测数据的准确、可靠性。④手动扫查时需要更多的检测人员，对于大管径，长时间操作易产生疲劳，用力更加不均匀，费时费力[2]。

2.2 TOFD 技术消除盲区影响的解决方案

为了解决TOFD 技术在检测过程中上下表面存在盲区的技术问题，以及解决附加常规超声和磁粉带来的反复扫查焊缝，以致费时费力，严重影响检测效率的问题，研究分析了国内外TOFD 技术解决盲区的多种检测方案特性见表1 所列。根据以上分析研究，结合海底管线具体应用环境，采用TOFD 技术结合PE 检测技术的检测方案，对表面盲区采用PE 技术进行补充检测，采用TOFD 技术检测焊缝，各采用2 只普通横波斜探头分别扫查上下表面，探头按照非平行扫查记录全过程信号，对盲区内的缺陷检出比较有效，一次扫查可以实现焊缝100%全覆盖，解决了上下表面盲区和反复扫查费时费力等问题，适合海底管线焊缝检测。

表1 TOFD 技术检测方案对比

2.3 消除手动扫查及耦合影响系统结构的解决方案

为了解决手动数据扫查用力不均、易疲劳，手动耦合水层不均匀等带来数据不稳定等问题，设计开发了自动链式扫查系统和自动供水耦合系统。自动链式扫查系统采用高性能锂电池供电，手持遥控自动稳定、高精度爬行，链结式结构使扫查机构轻松适用于管径为15．9-101．6cm 的管道。自动供水耦合系统采用通过增加供水线路、楔块开孔，自动添加耦合剂，且压力及水层厚度均匀，有效保证了检测数据的精确、可靠、有效性[3]。

3 结语

该项目在充分研究国内外TOFD 技术应用的基础上，采用TOFD 结合PE 的技术，解决了TOFD 检测时上下表面盲区漏检问题，同时为了提高数据扫查的稳定性、可靠性和高效性，开发了一套自动链式扫查系统和耦合供水系统，减轻了操作人员的劳动强度，提高了检测效率。