TOFD超声成像检测技术在压力容器检验中的应用

苏红哲2

【摘要】当前我国科学技术在不断的发展和进步，同时我国的成像检测技术也有了非常好的转变，在这样的情况下，我国业开始使用了更加科学的检测技术，其中，TOFD超声成像检测技术有了非常广泛的应用，其在多个领域都发挥了自身的价值。本文主要分析了TOFD超声成像检测技术在压力容器检验中的应用，以供参考和借鉴。

【关键词】TOFD超声成像检测技术；压力容器检验；应用

当前我国科学技术在不断的发展，同时在设备上也要能够充分的满足各种生产的需要，在这样的情况下很多新的技术也逐渐应用到了各个检测工作当中，而TOFD超声成像检测技术就是其中非常重要的一种，因为其自身的特性，所以在厚壁压力容器检测的过程中能够发挥出非常大的优势。

1、TOFD超声成像检测技术的原理

该技术是在上个世纪70年代提出的，当超声波入射到现行缺陷的时候，缺陷位置的两侧除了会发射出正常的反射波之外，还会产生一定数量的言射波，衍射出来的能量也能够在非常广泛的范围内得到传播，所以在其运行的过程中，该技术主要使用到了收发探头，两个探头分别要发射出横波和纵波，在这样的情况下就会形成一些固定的信号，焊缝当中的横向信号在遇到了一些故障缺陷之后就会出现一些衍生的干扰信号，如果缺陷的强度比较严重，缺陷两个端点所产生的异常信号是可以通过一定的方式对其进行判断的，按照其自身所记录的信号传输时差就可以对缺陷的高度進行有效的判断。

2、检测

2.1被检设备的要求

清除被检设备当中存在的一些杂物或者是其他的一些附着物，这样才能更好的保证其探头移动的效果，同时还要采用一些比较好的材料以及耦合剂，在实际的工作中，通常采用的是水、耦合凝胶和软膏对其进行处理，微裂纹使得超声耦合和保护被检的元件水平，通常使用的是环保润湿剂或者是防腐剂，在使用的过程中一定要对水的用量进行严格的控制，如果被检的元件温度没有超过0℃，那么就可以使用甲醇或者是和甲醇非常相似的物质对其进行处理。当被检工件的温度土壤升高的时候，一定要使用以偶写专业的耦合剂对其进行及时的冷却的，同时其在一定的温度范围之内是可以保证检测的质量和水平的。

2.2检测仪器

TOFD检测系统主要是由计算机硬件系统、软件和探头支架这几个重要的部分组成，在其运行的过程中，为了可以体现出更好的效果，通常情况下会采用若干个通道，这样就可以对探头的类型采取多种组合形式，在该检测技术应用的过程中通常会根据其检测出来的工件材料和厚度对探头的型号和类型进行有效的组合。

首先是探头的选择，般在75毫米以下的工件会使用但探头扫描的方式，检测铁素体刚的时候就可以根据其实际的需要选择合适的探头，而对于那些奥氏体或者是与其非常类似的一些材料，可以选择降低探头公称频率的方式进行处理，也可以选择适当的增加一些晶片尺寸的方式对其进行科学的扫描，在厚度选择上和型号的选择上可以根据实际的需求对其进行合理的组合。

其次是头中心距（PCS）的调整检测前，必须对TOFD检测探头间距（PCS）进行调整，以获得对特定深度缺陷的最佳检测结果。

2.3设备调校

首先是增益调整。该技术在应用的过程中虽然不是采用波幅法对其进行有效整理的，但是在增益检测中的灵敏度会受到非常显著的影响，所以在其运行的过程中必须要保证可以顺利的发现其中的缺陷，很多时候，单个TOFD探头在运行的过程中都是健康歌表面的波高调整到整个屏幕高度的40%到90%之间。

其次是声速探头角度调节。声音在不同介质内传播的速度也是截然不同的，因此在检测之前一定要对声速进行适当的调整，此外在探头楔块长期应用的过程中也会产生一定的磨损现象，从而也会使得整个探头会出现一定的变化，在对其进行检测之前，一定要对探头的位置进行校正，对声速和探头角度的调整通常可以选择横通孔试块来完成。

2.4软硬件设置

首先是采样率。如果工件的壁厚没有超过50毫米，一般在扫描信号的时候，最大的采样间隔会设置在1毫米左右，而工件自身厚度比较大的话，通常在A-扫描信号之间采样的间隔会设置成2毫米。

其次是扫描距离的设置。在系统运行的过程中通常要按照检测设备的大小和检测设备当中内存的要求来设定合理的扫描距离。

最后是扫描速度。在实际的工作中，设置合理的扫描速度主要是为了能够在检测的效率比较高的情况下数据不会出现非常严重的丢失，此外数据的完整性也就在这一过程中得到了保证。一般情况下，扫描的速度和耦合介质的耦合能力有着非常密切的关联，所以在实际的工作中B扫描数据丢失的数量不能超过数据总量的5%，此外数据在这一过程中也不能出现连续丢失的情况。

3、数据分析

这种方法主要是按照所形成的数据的图形和尺寸对数据进行详细的分析，在分析的过程中通常分成两个步骤，一个是定性分析，这一过程中是对缺陷的类型和性质进行确认。第二就是要对数据进行定量分析，从而能够更好的明确缺陷的尺寸或者是其具体的位置，缺陷的高度通常可以通过一些数据的计算得到，在对数据分析之后，就可以根据相关的规定对其进行缺陷危害等级分析和评价，从而也使得数据的分析质量和准确性得到了显著的提升。

4、应用实例

某厂的一台重整反应器达到检验周期需进行检验，其材质为2.25Cr-1Mo，厚度38mm，由于壁厚较大，传统检验手段效率不高，于是使用TOFD检测技术对其主要焊缝进行了检测，根据厚度选用单通道扫描，参考表1选用探头晶片尺寸为10mm，公称频率5MHz，探头角度为60°，将设备调校正常后进行检测，经检测，发现了大量的密集气孔、夹渣等缺陷，按照制造标准要求，这些缺陷很多属于超标缺陷，而制造过程中的射线探伤却未能检出，TOFD与射线探伤相比，缺陷检出率明显提高。

5、结语

TOFD法与现今主要使用的传统内部缺陷检测方法相比有着较大的优势：TOFD法克服了常规超声探伤的一些固有缺点，缺陷的检出和定量不受声束角度、探测方向、缺陷表面粗糙度、试件表面状态及探头压力等因素的影响，能够准确地确定缺陷的性质、尺寸、深度、位置，检测精度、准确度远远高于常规超声探伤，其对体积性缺陷的检测准确率可达100%；与射线检测相比，TOFD法具有检测效率高、检测周期短、无辐射等优点。

参考文献

[1]李衍.超声TOFD原理和方法精要[J].无损探伤，2007（01）

[2]陈建玉，袁榕.热壁加氢反应器深厚焊缝的TOFD检测技术[J].压力容器，2004（08）