張海營(yíng) 薛永盛 秦 峰

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

壓力容器定期檢驗(yàn)中TOFD的應(yīng)用

張海營(yíng) 薛永盛 秦 峰

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

為了更好地監(jiān)測(cè)鍋爐壓力容器定期檢驗(yàn)中焊縫質(zhì)量，在現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)過程中針對(duì)壁厚大于12mm的鍋爐壓力容器，采用超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）與射線（RT）檢測(cè)焊縫，并分析對(duì)比各類缺陷的特征，總結(jié)用TOFD檢測(cè)技術(shù)在鍋爐壓力容器定期檢驗(yàn)中對(duì)缺陷定性定量的方法。

超聲波衍射時(shí)差法；缺陷；定性；定量

特種設(shè)備壓力容器定期檢驗(yàn)中，無損檢測(cè)往往采用超聲波檢測(cè)（UT）和射線檢測(cè)法（RT）來確定焊縫中埋藏缺陷的長(zhǎng)度和位置。在壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則評(píng)級(jí)要求里缺陷自身高度是評(píng)級(jí)關(guān)鍵項(xiàng)目之一。實(shí)際檢測(cè)中若采用常規(guī)無損檢測(cè)方法來確定缺陷的自身高度一直存在較大的爭(zhēng)議。為了能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出埋藏缺陷的自身高度和長(zhǎng)度，檢測(cè)過程中針對(duì)壁厚大于12mm的壓力容器，我們進(jìn)行了超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）。并于常規(guī)超聲波（UT）、射線（RT）檢測(cè)對(duì)比檢測(cè)，分析各類缺陷的特征。

1 技術(shù)原理

TOFD技術(shù)原理如下圖：

TOFD技術(shù)，是在不連續(xù)缺陷的尖端產(chǎn)生波型的轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生衍射波。這個(gè)衍射波覆蓋了較大的角度范圍，從而衍射波就可以檢測(cè)出該范圍內(nèi)所存在的缺陷。側(cè)向波的相位與底面回波的相位是相反的，缺陷上尖端以及下尖端的相位是相反的。最先到達(dá)接收探頭的聲波叫側(cè)向波（LW），側(cè)向波是在被檢試件內(nèi)表面?zhèn)鞑サ牟?，在沒有缺陷的試件中，第二個(gè)到達(dá)接收探頭的聲波叫底波（BWE），底波是從試件另一面反射的聲波。從上圖中可以看到，側(cè)向波和底波具有相反的相位，缺陷的上下端點(diǎn)的衍射波也同樣具有相反相位。側(cè)向波與缺陷上端點(diǎn)產(chǎn)生的衍射波的傳播時(shí)間差與缺陷的位置有關(guān)，缺陷上下端點(diǎn)產(chǎn)生的衍射波的傳播時(shí)間差與缺陷的高度有關(guān)，這些特性是缺陷判定的主要依據(jù)。因此，關(guān)于缺陷高度和缺陷位置的測(cè)量，都由接收到的聲波信號(hào)的傳播時(shí)間決定，與信號(hào)的波幅無關(guān)。

2 定期檢驗(yàn)規(guī)則的要求

見TSG R7001《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》第四十五條。

3 檢測(cè)方案

使用設(shè)備為以色列ISONIC2006型，焊縫類別：手工焊和自動(dòng)焊均有，坡口類型為對(duì)稱X型，單V型。

3.1 探頭角度的選擇

針對(duì)不同厚度的工件，應(yīng)該據(jù)板厚來合理選擇探頭。探頭角度的選擇要盡量使探頭聲束中心對(duì)準(zhǔn)被檢區(qū)域，使盲區(qū)盡量減少。如果所選擇的探頭角度過大，頻率太低時(shí)，會(huì)引起直通波強(qiáng)度增大，使近表面缺陷難以識(shí)別。實(shí)際檢測(cè)中TOFD并不要求精測(cè)聲束角度。聲速偏離標(biāo)準(zhǔn)值±5°不會(huì)明顯影響檢測(cè)結(jié)果?，F(xiàn)據(jù)實(shí)際情況筆者準(zhǔn)備了以下探頭：

備注角度°根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行探頭的選擇探頭頻率（MHz）7.5晶片尺寸（mm）φ3 45、60、70探頭類型RUSSELL NDE CX-17S RUSSELL CX-386 RUSSELL CX-386 5 5 φ6 45、60、70 φ3 45、60、70

3.2 探頭間距設(shè)定

理論上，TOFD最大衍射效率所包含的角度大約是120°。實(shí)際設(shè)定時(shí)，應(yīng)使聲束對(duì)準(zhǔn)試件厚度2/3的部位，同時(shí)采用-12dB聲束半擴(kuò)散角計(jì)算，來精確的計(jì)算出每種探頭對(duì)所形成的聲束擴(kuò)散角。主要是計(jì)算出聲束的覆蓋范圍，來保證所檢測(cè)的焊縫覆蓋。實(shí)際檢測(cè)中，必須將其他因素作適當(dāng)修正，以適應(yīng)檢測(cè)要求。假如單次掃查不能完全覆蓋被檢區(qū)域，可以適當(dāng)改變探頭間距或改變探頭角度來進(jìn)行多次掃查。

4 圖譜對(duì)比

針對(duì)壓力容器定期檢驗(yàn)，我們對(duì)以下常見缺陷進(jìn)行了對(duì)比分析：裂紋，未焊透，未熔合，氣孔，夾渣等。現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所采集的圖譜，進(jìn)行如下分析：

備注：L缺陷長(zhǎng)度 H上端點(diǎn)至檢測(cè)面高度 h自身高度

圖1 裂紋（某一般容器，實(shí)測(cè)壁厚30mm）

圖2 未熔合（某一般容器環(huán)縫實(shí)測(cè)壁厚25mm）

圖3 密集氣孔 壁厚18mm 15點(diǎn)

圖4 某水晶釜（實(shí)測(cè)壁厚90mm）底面開口型

圖5 某容器（復(fù)合板內(nèi)腐蝕坑）

5 安全狀況等級(jí)評(píng)定

序號(hào) 缺陷性質(zhì)缺陷尺寸備注裂紋圖1 L43mm H14mm h3.2mm（TOFD） L49mm（RT）需要維修改造縮短檢驗(yàn)周期，加強(qiáng)缺陷監(jiān)測(cè)未熔合圖2 L32mm H11mm h4.0mm（TOFD） L30mm（RT）4 10個(gè)（TOFD） 12點(diǎn)（RT）NB/4730.10-2005對(duì)密集氣孔判定較為嚴(yán)格，若按條狀缺陷處理時(shí)，安全狀況定為5級(jí)，筆者認(rèn)為不合適氣孔圖3 2圖4依據(jù)為TSG R0002-2005（TOFD）1#缺陷L 24mm h1.9mm 2#缺陷L 25mm h1.9mm 3#缺陷L 21mm h1.9mm 5底面開口缺陷 判廢圖5內(nèi)部腐蝕L46mm h2.2mm（TOFD）安全狀況等級(jí)5需要維修改造

6 結(jié)語

特種設(shè)備定期檢驗(yàn)中TOFD的成功應(yīng)用，集合TOFD檢測(cè)檢測(cè)效率高、精度高、圖像便于分析儲(chǔ)存，可以更加準(zhǔn)確的應(yīng)用壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則對(duì)埋藏性缺陷精確定級(jí)。隨著我國(guó)特種設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，對(duì)安全環(huán)保的強(qiáng)調(diào)、對(duì)檢測(cè)質(zhì)量及成本的重視，TOFD技術(shù)將越來越廣泛的應(yīng)用。

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TH49

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1671-0037（2014）11-70-2

張海營(yíng)（1967.12-），男，工程師，大專，研究方向：無損檢測(cè)。