【摘要】TOFD衍射時(shí)差技術(shù)是一種重要的無損檢測方法，技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及特性可以滿足諸多特殊的應(yīng)用場所，海底管線的鋪設(shè)有其特殊的工藝要求，而將TOFD技術(shù)應(yīng)用于海底管線的鋪設(shè)檢測，可以解決傳統(tǒng)射線檢測效率低、核輻射及環(huán)境污染嚴(yán)重的困擾，本文通過對海底管線無損檢測的特殊要求，結(jié)合TOFD技術(shù)的特性開發(fā)TOFD檢測工藝以提高檢測效率和解決環(huán)境污問題。

【關(guān)鍵詞】油氣管線；缺陷；TOFD技術(shù)

1.前言

海底管道內(nèi)外工作條件惡劣，儲(chǔ)存介質(zhì)具有高壓、高腐蝕性等特征，使得海底管道環(huán)焊縫容易產(chǎn)生腐蝕穿孔、疲勞裂紋等危險(xiǎn)性致命損傷，當(dāng)達(dá)到一定程度，會(huì)造成泄漏和爆炸等大的環(huán)境污染事故，因此對管道焊縫質(zhì)量提出了非常高的要求。海底管道鋪設(shè)工期要求比較緊，要求焊縫焊接和檢測速度都要快，并且具有很高缺陷檢出率。常用的海底管線焊縫檢測有射線檢測和AUT相控陣超聲波檢測，其中射線檢測工序多，周期長，射線容易對施工人員的健康造成傷害。AUT相控陣超聲波檢測設(shè)備重，費(fèi)用昂貴，操作較復(fù)雜。因此需要新的方便高效、環(huán)境污染小的檢測方法作為替代檢測方法。

2.TOFD技術(shù)的原理及優(yōu)點(diǎn)

Time Of Flight Diffraction（TOFD）超聲波衍射時(shí)差法，是一種依靠從待檢試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)（主要是指缺陷）的“端角”和“端點(diǎn)”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法，用于缺陷的檢測、定量和定位。其原理如圖1所示。

衍射現(xiàn)象是TOFD技術(shù)采用的基本物理原理，波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，根據(jù)惠更斯原理，媒質(zhì)上波陣面上的各點(diǎn)，都可以看成是發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻這些子波的包跡，就是該時(shí)刻新的波陣面。TOFD技術(shù)采用一發(fā)一收兩個(gè)寬帶窄脈沖探頭進(jìn)行檢測，探頭相對于焊縫中心線對稱布置。發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)底面反射后被探頭接收。接收探頭通過接收缺陷尖端的衍射信號(hào)及其時(shí)差來確定缺陷的位置和自身高度。 其主要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）掃查覆蓋范圍大，檢測速度快，缺陷檢出率高，可靠性好；

（2）能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，對缺陷的走向不敏感；

（3）采用D-掃描成像，缺陷判讀更加直觀；

（4）對缺陷垂直方向的定量和定位非常準(zhǔn)確，精度誤差小于1mm；

3.TOFD技術(shù)海底管線檢測工藝應(yīng)用研究

（1）TOFD設(shè)備自動(dòng)化檢測工裝設(shè)計(jì)與研究

目前TOFD檢測掃查器和耦合劑的添加，均為手動(dòng)式，特別是大管徑檢測中，長時(shí)間推動(dòng)掃查器容易產(chǎn)生疲勞，推動(dòng)的力度不均勻，且有時(shí)抖動(dòng)，這對檢測結(jié)果產(chǎn)生不利的影響，為了提高檢測效率，保證檢測結(jié)果的可靠、有效性，需要研制自動(dòng)掃查機(jī)構(gòu)，即手持遙控自動(dòng)爬行掃查機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)行走，傳感器勻速獲得焊縫質(zhì)量信息信號(hào)，不至于抖動(dòng)產(chǎn)生扭曲失真，同時(shí)實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)時(shí)圖像結(jié)果和檢測人員命令反復(fù)微距離、靈活掃查運(yùn)動(dòng)。

（2）TOFD技術(shù)海底管線焊縫檢測應(yīng)用研究

在理解理論、標(biāo)準(zhǔn)及具體設(shè)備技術(shù)性能的基礎(chǔ)上，開展實(shí)際海底管線焊縫檢測工程方面的應(yīng)用研究。通過制訂缺陷標(biāo)準(zhǔn)試塊、現(xiàn)場實(shí)際管焊縫檢測以及其它輔助檢測方法驗(yàn)證等手段，獲得包括管徑和壁厚等多種檢測工況TOFD海底管線焊縫檢測經(jīng)驗(yàn)和大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，同時(shí)針對于TOFD自身技術(shù)弱點(diǎn)，對軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，改裝優(yōu)化檢測工裝，增加2只PE探頭，減少檢測盲區(qū)的影響。

4.TOFD技術(shù)海底管線檢測應(yīng)用技術(shù)關(guān)鍵

（1）TOFD檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺陷試塊和海底管線環(huán)焊縫自然缺陷試件制作

根據(jù)海底管線環(huán)焊縫檢測特點(diǎn)及典型缺陷類型標(biāo)準(zhǔn)試塊的制定用于儀器設(shè)備的校準(zhǔn)。自然缺陷試件的制作用于設(shè)備的進(jìn)一步驗(yàn)證，結(jié)合其它輔助檢測手段，如磁粉滲透、射線等，驗(yàn)證TOFD檢測技術(shù)的高靈敏度。

（2）自動(dòng)掃查機(jī)構(gòu)研發(fā)

掃查機(jī)構(gòu)能否平穩(wěn)、可靠運(yùn)動(dòng)，將直接影響檢測結(jié)果的穩(wěn)定性及有效性，要實(shí)現(xiàn)掃查機(jī)構(gòu)精確穩(wěn)定爬行，必須有穩(wěn)定可靠的爬行機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)載體，因此自動(dòng)掃查機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研制是實(shí)現(xiàn)TOFD技術(shù)海底管線焊縫檢測的基礎(chǔ)。

（3）對TOFD軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，使系統(tǒng)集成常規(guī)超聲檢測功能，減少盲區(qū)影響

與廠家結(jié)合，進(jìn)一步升級(jí)軟件系統(tǒng)，擴(kuò)充原有功能，增加2只常規(guī)UT探頭，并對檢測工裝進(jìn)行改裝，使其同時(shí)攜帶2只PE探頭，對上下盲區(qū)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)一次掃查就可以實(shí)現(xiàn)整條焊縫的無損檢測。

參考文獻(xiàn)

[1]孔立峰，李樹學(xué)等.TOFD檢測技術(shù)的應(yīng)用，2009，5.

[2]孔令昌，TOFD檢測技術(shù)及其工藝參數(shù)設(shè)置[J].無損檢測，2010，07.

作者簡介：紀(jì)虎（1977—），男，山東東營人，主要從事無損檢測工作及相關(guān)工藝開發(fā)研究。