TOFD技术在承压设备无损检测中的应用

黄国兴

摘 要：承压设备是工业生产过程中的一种常用设备，对于保证生产安全，提高生产质量具有重要作用，要想充分发挥承压设备功能，就需要保证承压设备使用性能的良好性，所以就需要对其完整性进行检验，避免出现缺陷现象。TOFD技术作为一种新型的缺陷检测、定量以及定位技术，对承压设备无损检测具有重要意义，文章阐述了TOFD技术的概况及其应用原理，分析了TOFD技术的优势以及应用的局限性，对其在承压设备无损检测中的具体应用进行了探讨，希望能够提供一定的参考和借鉴。

关键词：TOFD技术；承压设备；无损检测；应用

中图分类号：TG115.28 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0042-02

在工业生产中经常遇到不同形式的压力，为了保证生产活动的顺利进行，就需要用到承压设备，而承压设备所处理的介质大多是易燃易爆、高温物质，如果失去有效的控制，很容易造成安全事故，严重威胁了生产人员的生命安全，不利于工业生产顺利、安全进行，所以必须保证承压设备具备较高的质量。承压设备在投入使用之前，应该先对其外观完整性以及内部结构稳定性进行检测，确保设备不存在质量缺陷，能够发挥其正常功能，为生产活动的安全、平稳进行提供有力保障。

1 TOFD技术的概况及其应用原理

1.1 TOFD技术的概况

TOFD技术的中文名字叫做衍射时差法超声波检测，待检测试件内部结构的端角和端点会在超声波的作用下发生衍射现象，进而产生衍射能量，反映出内部结构的实际情况，利用该项技术可以迅速找出试件内部结构出现的缺陷情况，了解缺陷程度以及具体位置，进而提供可靠的参考依据。

该技术的是由英国的Silk博士首次提出的，上世纪70年代Silk博士以裂纹尖端衍射信号的研究成果为基础，发展形成TOFD技术。TOFD技术作为一种检测方法，最开始的时候缺少相对应的仪器，一直到上世纪90年代计算机技术的迅速发展，为其提供仪器支持，才使得该技术的实际应用成为现实。但是TOFD技术并不成熟，相关仪器仍存在很多不足之处，与普通A超仪器之间存在较大差距，技术提升空间较大，需要加大研究力度。

1.2 TOFD技术的应用原理

TOFD技术的基本物理原理是衍射现象，该现象的产生是基于超声波的特性，在障碍物或者空隙的作用下，超声波会发生扩散形成多个发射子波的波源，这些子波会继续扩散进而产生新的波阵面，出现衍生现象、产生衍射能量。在实际应用中，在焊缝两边的对称位置安装两个宽带窄脉冲探头，分别承担着信号的发射作用以及接受作用。超声波会以一定的角度从发射探头位置进入到试件内部，然后波束会以直接传输以及反射传输两种形式进入到接受探头处，接受探头会根据衍射信号的反馈情况来对试件缺陷进行判断，得出其位置以及缺陷程度。TOFD技术原理，如图1所示，其中数字1、2、3分别表示横向波、绕射波以及底波。

2 TOFD技术的优势以及局限性

2.1 TOFD技术的优势

TOFD技术与A型脉冲检测技术相比有很多应用优势。首先该技术的具有较高的可靠性，不会受到声波的干扰，也不会受到超声波入射角度的影响，可以找出试件内不同方向的缺陷，能够对特殊形状的试件进行检测；精确度较高，可以根据衍射点迅速对缺陷进行准确定位，得出的缺陷高度误差较小；操作方便、快捷，采用非平行扫描方法即可完成相关作业，所用成本较少，扫描速度较快，提高了检测效率；TOFD技术与计算机技术相融合，可以生成检测日志，对相关数据进行记录，同时还能将检测结果转化成图像，更加直观的将试件缺陷情况表现出来。

2.2 TOFD技术的局限性

TOFD技术虽然有很多应用优势，但是其本身也存在一定的局限性，在应用时要根据实际情况科学选择。利用TOFD技术对试件进行检测时，必须要借助发射探头和接受探头才能实现；被检测试件有部分区域无法被扫描到，检测面存在一定的检测盲区；该项技术专业性较强，需要由工作经验丰富的专业技术人员来完成，表面耦合要求较高。

3 TOFD技术在承压设备无损检测中的应用

3.1 检测前的准备

在对承压设备进行无损检测之前，要做好一系列的准备工作，首先要根据承压设备的外形以及特性，选择合适的检测仪器。在准备好检测仪器之后需要进行调试，包括设置各项参数、安装探头、灵敏度调整等多项工作，使仪器处于最佳工作状态。TOFD检测仪器所涉及到的参数包括扫描增量、触发电压、信号平均处理等，这些参数都会对TOFD技术的信号处理以及成像效果造成影响。安装探头分为中心距设置、探头频率设置等不同工作环节，探头频率的设置需要根据承压设备壁厚的不同来确定，高频率探头用于薄壁承压设备，小频率探头用于厚壁承压设备，并且不同频率探头的安装位置也存在差别，两者分别靠近设备的上表面以及下表面进行安装。

为了保证信号能够对待检测的承压设备进行全面覆盖，要控制好两个探头的中心频率，两者之间的差值不能超过20%。对仪器灵敏度进行调整，可以提高检测的精准性，不同检测对象所设置的灵敏度是有所不同的，比如直通波幅应该设为满屏的40%。

3.2 缺陷的定位及分类

影响承压设备使用性能的因素多种多样，所以承压设备便会出现不同类型的缺陷，常见的有外力破坏造成的缺陷、内部腐蚀造成的缺陷、应力作用造成的缺陷等，在利用TOFD技术对承压设备进行检验的时候，首先应该对缺陷进行准确定位，了解缺陷特性，并根据衍射信号反馈的情况，判断造成缺陷的具体原因，进而得出缺陷类型。比如在对底面开口型缺陷和表面开口型缺陷进行判断时，可以根据衍射信号的不同确定缺陷类型，底面开口型缺陷的底波会出现中断现象，并通过耦合损失进行校正；而表面开口型缺陷中出现耦合损失校正的衍射信号仅仅是下端部衍射波中一些减弱信号。

在实际应用中，为了避免出现检测漏洞，需要进行多次扫描，存在疑问时可以结合其他检测方法，进而得出更加准确的检测结果。

3.3 盲区补充检测以及数据处理

检测盲区一直是影响TOFD技术检测效果的最主要因素，通过对盲区进行补充检测，可以保证检测结果的精准性。根据盲区位置的不同，可以将表面盲区分为上、下两个区域，其中引起上表面盲区的信号类型为直通波信号，检测盲区的大小是由检测厚度决定的，如果检测厚度小于50 mm，两者之间的比例关系大约为1：5。

在对盲区进行补充检测的时候，经常用到的方法主要有磁粉检测、脉冲反射法超声检测等，在进行检测时，所用探头类型为宽频带窄脉冲探头，并对探头参数进行相应的调整。在利用检测仪器得出具体数据之后，需要对其进行处理，将数据转化成图像，通过图像可以清楚的了解到承压设备的缺陷情况，采取相应的应对措施，同时要做好数据备份，为其他检测工作提供数据参考。

4 结 语

TOFD技术相比于传统的检测技术具有很多应用优势，能够提高缺陷检测的精准度以及检测效率，对工业生产具有重要意义。在利用TOFD技术对承压设备进行无损检测的时候，通过检测前的准备，缺陷定位及分类，盲区补充检测以及数据处理，能够实现良好检测效果，为工业生产的正常进行提供了有利保障。

参考文献：

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