压力容器检验中TOFD 超声成像检测技术应用分析

2019-01-03涂飞鹏乐洪甜

中国金属通报 2019年5期

涂飞鹏，乐洪甜

（江西省锅炉压力容器检验检测研究院，江西南昌 330029）

在化工行业中，压力容器能否合理安全地被应用于实际操作中，依旧是亟待解决的一个大问题。在化工厂地施工环境之中，到处都是极易引起安全事故的化学物质，极难控制，一但某些具有强腐蚀性的为化学物质不合时宜地参与到了压力容器的运行工作之中，那么，就会导致压力容器出现问题。一旦发生爆炸，很容易对工厂内周边地工作人员的生命健康造成威胁，甚至会对企业造成不可挽救的损失，因此对压力容器的运行环节进行合理的监管和检测，是避免发生一系列安全问题的有效举措。

1 什么是TOFD？

TOFD是一种新型的，被运用于超声检测的领域中的一种利用超声波成像来对物体对象进行检测的高科技技术。虽然这种技术不是我国目前所运用的最广泛的利用超声波成像进行检测的技术，但TOFD相对于其它同类技术而言，其所具有的能够对压力容器进行有效的检验的特点，能更大程度的保证压力容器在化工领域生产中的安全。那么TOFD到底是如何工作的呢？其实是在其工作过程中，更加有效地利用了目标物体内部的纵波（最快的声部），对压力容器中存在着安全隐患的部位所反映出来的一种能量，在通过其本身自带的处理系统对该种能量进行分析，从而实现对压力容器的成功检测。TOFD这种新型的超声波成像检测的技术以其更加便捷，高效的特点在同类产品中立足[1]。

2 TOFD怎样在对压力容器进行检测的过程中的应用

2.1 合理地选择零件

已经在检测压力容器方面获得业界一致的肯定声的TOFD，要想能够在这方面的工作中更加高效，更加精准地完成检测，则需要通过对不同种类的目标进行检测时，更换与其相匹配的检测探头。例如，更换单探头时，便是对大概七十五毫米之下的目标对象，同时，探头内晶片的大小以及工程频率在针对不同形态，不同材质的目标对象时都应针对“具体问题具体分析”的理念有所调整，尤其是目标对象的构成是某些具有非常规属性的材质时[2]。

2.2 创新测试方式

TOFD对于压力容器的检验并不是一成不变的，这是由于不同的检验方式是针对不同的企业应用压力容器的不同方法来有所调整的，此外，压力容器的制造材料也是关系到检测方式的一项重要因素，同时，压力容器内部还能够自主的进行更新调节，这些种种因素都是能够对最终的检测结果起到影响的，如果按照一成不变的检测方式对其进行检测，不仅仅TOFD的优势无法得到合理地应用，而且，不合格的检测方式还会使得质量问题严重的压力容器对企业生产造成严重的经济效益损失，甚至还会发生严重的生产事故[3]。

2.3 对压力容器缺陷数据的图像处理和分析

利用图像处理的方式对压力容器中被检测出来的缺陷问题进行处理和分析，能够有效地对缺陷的种类进行分类分析，在拉直图像之后，可以使得测量的误差更小，如果存在点状缺陷和线状缺陷之类存在着从上下尖端所发出的信号不明显的情况，可以通过曲线拟合指针的方式测量目标弧线。

3 三类能够影响检测结果的固有因素

3.1 三十八度角

根据一个已经证实的公式来看，当TOFD的波入射式以三十八度的角度进入时，其衍射出来的波幅下降到了一个极为低的区间，因此，在对压力容器进行检测的过程当中，技术人员一般会采用四十五度至七十度之间的探头，从而有效地确保信号可以达到一定的强度，从而保证检测结果。经过研究证明，在四十五度之八十度这个入射的角度之间，信号的波幅并没有什么变化，因此，为了最大程度地避免检测过的压力容器中存在不合格的情况，我们应当更加地重视探头角度和中心部位的距离问题，确保压力容器的质量过关[4]。

3.2 检测的盲区

在对TOFD的检测结果影响并不严重的前提之下，可以针对探头的频率，带宽以及所持续的时间来尽可能地减少测量压力容器的上表面时的盲区面积，同时，下地面的盲区面积一般不会超过1mm，因此，无论是由于底面的反射波所形成的下底面盲区，还是因为轴的偏离因素而形成的下底面盲区，都可以通过平行扫查抑或是两次的偏置的扫查方式来趋避。故而，下表面盲区的影响程度较为轻，也比较容易通过减小其面积的方式来进行避免，而上表面盲区就比较难以避免，因此，只有在通过上述等方式减小其面积的时候，才能够尽可能的规避由于上表面盲区带来的对于检测结果的不良影响。

3.3 测量环节出现的误差

在任何领域的工作环节中，即便已经将所有的环节中的可能发生的情况都在规划方案中计算到了，然而在测量环节由于测量设施的精密程度或者人为的失误所引起的预料之外的状况，通过精密且复杂的检测之后，以蝴蝶效应的方式，使得最终的数值与正确的数值相差甚远，但不得不说，虽然这类问题不是通过简简单单的计划与检查就能够避免的，但是，我们可以通过不断地加大对科技研发的投入或者从国外引进更加先进的测量设备对某些数值进行测量及演算，至少能够得出一个最为贴近实际情况的数值，最小化的规避失误，最大程度地提高检测效率。

4 TOFD在对压力容器进行检测过程中的先进性与局限性

4.1 使用TOFD的优势

在针对目标压力容器的不同状态，材质等因素，来对探头内部的晶片的大小，探头的入射角度进行调整，合理地规避检测的盲区，如果无法规避，则可以通过不同的途径对上下表面的盲区采取措施，来最大化地缩小上下表面盲区的面积，再对压力容器中所存在的缺陷进行检测。按照TOFD的检测原理来讲，检测的过程必须要首先获得压力容器表面的缺陷在超声波的通过时对其反向发出的一种衍射的信号源，这就是TOFD超声波成像检测相对于传统的超声波检测更加先进的地方，也是优势的地方，它使用峰值的测量方法，6db法等对于压力容器的缺陷发出的反向波长的长度和高度进行进行测量，通过对压力容器上下表面的两端所产生的波长传输回来的时间差来对其高度进行判断，用同样的方式则可以对其长度进行判断。这种运用计算波长的时差的方法，具备相当的准确性。当超声波检测的路径成锯齿状时，其检测的效率就会比平行检测的效率低上一大截，其准确度也有待考量。而TOFD超声波沿着焊接的缝隙采取两次的平行扫查时，这种方式对检测出的数据储存之后，可以随时的对该数据进行比对，更进一步地增强了数据的可靠度和准确度，使得检测出数据同压力容器的真实数据更加地吻合，降低不合格率。

4.2 使用TOFD的劣势

首先，上文中所提到的三十八度角，盲区以及预料外的测量误差这三大类影响TOFD超声波检测技术的准确度和效率的因素，无一不增加了检测的难度。当检测以粗晶体材料为例的某一类别特殊材料构成的目标物体时，需要借助其它多种仪器设备来使特殊材料对检测环节造成的干扰，这无疑使得检测过程中的成本增加。对目标压力容器的横向检验的准确度显著地低于纵向扫查的准确度，这一缺点同样也会导致检测结果出现问题，使得漏检率提高。同时，当遇到某些需要对目标压力容器的各种缺陷类型进行定性的时候，就需要使用多种验证手段对TOFD的检测结果进行重新验证，同样增加了检测活动的成本。