TOFD检测在超限设备制造中的应用探究

任涛峰，李博

（陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西 榆林 719000）

1 概况

现阶段常用且技术成熟度高的设备对接焊缝检测方式为RT射线检测，近年来，发展迅猛的无损检测方式是TOFD超声波衍射时差法检测，现TOFD超声检测标准NB/47013.10-2015《承压设备无损检测-衍射时差法超声检测》已发布执行。考虑到RT射线检测在现场施工场地受限的情况，多台设备无法同时开展检测，多家制造商之间互相影响，现场隔离防护影响范围大，无法实现现场制造过程中多个工作交叉作业等因素。

为更好地保证产品的制造质量和进度，实现高效率、高质量按期完成超限设备制造任务，基于TOFD超声检测的技术优势，对TOFD超声检测在超限设备制造的应用进行了探究。

2 TOFD超声与RT射线检测对比

2.1 适应性

TOFD超声检测被称为“超声波衍射时差法”，是采用一发一收探头，依靠从检测试件内部（主要指缺陷）端点处得到衍射波信号来检测缺陷的方法。RT射线检测是利用放射源/射线机发射出的放射线穿透被检测部位在底片上曝光形成二维图像来检测缺陷的方法。

虽然TOFD超声检测与RT射线检测的结果均是通过二维图像来显示，但不同的是，射线检测仅能显示缺陷的长度和宽度，无法确定缺陷的深度位置和自身高度，而TOFD超声检测不仅能对缺陷的长度和宽度进行测量，还能对缺陷的自身高度和深度位置进行精确测量，便于对缺陷类别进行判别和安排返修工作。

2.2 质量控制

TOFD超声检测采集的是数据信息，能再次进行多方位的分析，可实现对缺陷的立体复原。这是因为TOFD超声检测是将扫描到的所有数据均进行保存，在离线情况下可再利用计算机对这些数据进行复原分析，得出更加精确的判断结果；而RT射线检测只能通过将底片放置在观片灯前查看，不可对缺陷进行更加全面的分析。同时，TOFD超声检测缺陷的灵敏度也是非常高的，缺陷的检出率约在90%，而相比RT射线检测的检出率仅有75%左右。并且在实际的工作中，也遇到使用RT射线检测未检出的缺陷，使用TOFD超声检测出来了。

相比RT射线检测，TOFD超声检测对焊接缺陷的检出率更高，缺陷的大小和位置精准确定，而且可通过数据复原精确分析。如仍按照传统思路采用RT射线检测工作，就存在部分焊接缺陷未检出的风险，这将给设备制造质量的控制带来极大的风险，给后期的设备运行埋下重大的隐患。

2.3 工期影响

TOFD超声检测具有操作简单、扫描速度快、检测效率高的优点；而RT射线检测从透照开始到评定出结果至少需数小时，且前期准备时间也比较长，检测效率极其低下。

TOFD超声检测是利用超声波进行探伤，是一种对检测人员无任何伤害的环保检测方式，并在实施检测时对工作环境没有特殊要求；而RT射线检测利用放射线进行探伤，检测过程中使用的放射线对人体存在危害性，受到国家环保政策的严格管控，在作业现场仅允许单工种作业。

相比RT射线检测，TOFD超声检测具有检测效率高、对人体无伤害等明显优势，可在很大程度上缩短现场超限设备制造的整体工期。

3 TOFD超声检测质量保证措施

3.1 检测前准备

（1）被检测工件的检测表面应达到无影响超声检测的划伤、铁锈、油垢、飞溅和污物等附着物。

（2）保留焊缝余高时，如焊缝的表面存在咬边、隆起或凹陷现象时，应修磨至圆滑过渡避免影响检测结果的评定。要求去除焊缝余高时，应将余高打磨到与邻近母材平齐。

（3）焊缝单侧的最小打磨宽度为1/2PCS+偏置量+探头后部区域。检测表面应打磨平整以便于探头的扫描，且表面粗精度Ra值不低于12.5un。

3.2 检测标记

（1）被检件在检测开始前，必须按检测标记制度要求做好检测的标记。

（2）一般按1m对焊接接头在长度方向上分区进行检测。对最后一个分区，当剩余焊缝长度小于等于1.5mm时，按一个分区实行：当剩余焊缝长度大于1.5m时，平均后按两个分区实行。

（3）对于判定为不合格的工件，还应在实物上标记出缺陷位置。

3.3 现场环境

应确保在规定的温度范围内进行检测：采用常规探头和精合剂时，被检工件的表面温度范围应控制在0～50℃；超出该温度范围时，应采用特殊探头或精合剂。实际检测温度与检测系统设置和校准时的温度之差应在20℃以内。

若温度过低或过高，一般应采取有效措施避免。若无法避免温度过低或过高，应评价对其检测结果的影响。

3.4 检测人员

TOFD超声检测人员必须持有国家质量技术监督总局颁发的特种设备TOFD-II级资格证书，熟悉所使用的TOFD超声检测设备器材，且具有实际检测经验并掌握一定的承压设备结构及制造基础知识。

3.5 工艺文件

TOFD超声检测工艺文件包括工艺规程和操作指导书两部分内容，且满足NB/47013.1-2015《承压设备无损检测-通用要求》和NB/47013.10-2015 《承压设备无损检测-衍射时差法超声检测》相关规定。操作指导书应根据工艺规程的内容及被检工件的检验要求编制，并在首次应用前进行工艺验证。严禁无工艺规范或检测作业指导书就开展TOFD超声检测工作。

3.6 盲区处理

采用TOFD超声检测在检测对象的上、下表面存在检测的盲区。在使用TOFD超声检测时，应对铁磁性材料补充表面百分之百MT检测；对复合板材料不锈钢侧补充表面百分之百PT检测，对TOFD超声检测焊缝补充百分之百UT检测。

3.7 检测仪器

TOFD超声检测用到的仪器和探头应符合相应的产品标准规定，且有产品质量合格证明文件。仪器和探头的组合性能应达到：水平线性≤1%，垂直线性≤5%，灵敏度余量≥42dB，组合频率与探头标称频率之间的偏差≤±10%。

3.8 耦合剂

实际检测使用的耦合剂应与检测系统设置和校准时的耦合剂相同。

4 法规依据

TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》的3.2.10.2.1条规定：压力容器的对接接头应当采用射线检测（包括胶片感光或者数字成像）、超声检测（包括衍射时差超声检测TOFD、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测）。GB150.4-2011《压力容器-制造、检验和验收》的10.1.1条规定：容器的对接接头应采用射线或超声检测，超声检测包括衍射时差法超声检测（TOFD）、可记录的脉冲发射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测。选用TOFD超声检测对超限设备的A/B类焊缝进行无损检测，是符合国家质量监督检验检疫总局颁布的安全技术检测规程。

5 结语

现场制造的超限设备选用复合板材质时，A/B类焊缝采用TOFD超声检测，即100%TOFD+100%MT（外侧）+100%PT（内侧复合层）+100%UT后，局部再进行RT射线检测复验，检测结果已能够达到满意的效果；选用碳钢或低合金刚材质时，A/B类焊缝采用TOFD超声检测，即100%TOFD+100%MT（内侧、外侧）后，局部再进行RT射线检测复验，检测结果已能够达到满意的效果。

综上所述，在现场制造的超限设备选用复合板、碳钢或低合金刚材质时，可将TOFD超声检测方法大量推广并应用于现场超限设备A/B类焊缝的检测中，实现现场制造过程中多个工种高度交叉且连续作业，将现场超限设备制造工期予以缩短，减少前期制造资源筹备时的大量投入，达到合理控制整个项目投资的目的。