厚壁压力容器近表面TOFD检测分析

徐洋 刘洋 李钢

鞍山市检验检测认证中心 辽宁鞍山 114004

TOFD对于缺陷的检测有着很高的检出率以及精准度，而且检测的过程也十分安全。因此，在厚壁压力容器的近表面检测之中，TOFD的应用可以对实现对其缺陷的精准高效检测，相比较普通的RT检测而言，其检出率超过RT的40%左右，对缺陷的定量精度误差仅仅为1毫米到2毫米。

1 TOFD检测技术的原理

TOFD检测技术也就是超声波衍射时差法检测技术，这一技术就是通过超声波和缺陷部位相互作用所发出的衍射波来实现对缺陷的检测，并对其进行定量。相比较传统的超声检测技术，TOFD检测技术是完全不同的，因为传统的超声检测是通过缺陷处反射出的能量大小来实现对缺陷的判断，但是TOFD技术却有效克服了传统超声检测之中的这一缺点，对缺陷的检测以及定量不会受到声束的角度、探测的方向、被检测表面的状态以及压力等的诸多因素影响[1]。

2 参数设计

近年来，厚壁压力容器越来越得到广泛的应用，对于这一类的厚壁容器，在进行近表面的缺陷检测之中，可以应用的检测技术是RT检测技术以及TOFD检测技术。以下就是对这两种检测技术应用的对比。

表1-RT检测技术和TOFD检测技术在厚壁压力容器检测之中的试验结果

通过上表可以看出，TOFD检测技术对于厚壁压力容器的检测能力更强，精度更高。在应用TOFD技术进行厚度压力容器的检测之中，应用一组探头扫描一次而完成的检测将会有着最高的检出效率。通常情况下，对于厚板都会采用尺寸较大的晶片以及频率较小的探头。因此，在对200毫米以上厚度的厚壁压力容器近表面的检测之中，通常选择40度到50度角度的探头，其频率在2MHz到5MHz之间，晶片的尺寸在10毫米到20毫米之间[2]。以下是其声束的半扩散角公式：

在这一公式之中，γ表示的是半扩散角，F表示的是扩散因子，λ表示的是波长，D表示的是晶片的尺寸。

如果所选探头的角度为50度，频率为2MHz，晶片的尺寸是10毫米，其半扩散角λ是4．82°，因此在模块之中，声束的有效角度是 13．24°到 22．88°

通过模块之中声束的有效角度，能够得出，在钢中折射角的公式为：

在这一公式之中，α表示的是声束的角度，β表示的是近表面焊缝的折射角，C1表示的是模块之中的声速，C2表示的是钢中的声速。通过这一公式可以得出，在钢中的折射角是32．47°到73．88°。因此，在非平行扫查过程中，PCS（2s）最佳的选择应该是：

在这一公式之中，2s表示的是探头之间的间距，D表示的是焊缝的厚度，θ表示的是探头的角度。如果D是150毫米。S的值就是119．18毫米。通过以上的折射角度和1/2PCS的值就可以得出声束的覆盖范围是34．46毫米到187．39毫米，因此，在上表面就会有4．34毫米的一个盲区存在，由于受到其他一些因素的影响作用，盲区的实际值可能比其理论值更大[3]，所以，在盲区之内就会出现漏检的情况。因此，在应用TOFD技术进行厚壁压力容器的近表面检测过程中，最好是应用分层检测的方法进行检测。

3 工程的应用

在对规格是φ6100mm×152mm的厚壁压力容器进行近表面的检测过程中，会应用到一台omniscan mx TOFD检测仪，一台笔记本电脑，两对5MHz的探头，一对12．5毫米、2．5MHz的探头，一对45度的模板、一对60度的模板和一对70度的模板，一只编码器，一个扫描架和若干根连接线。

3.1 检测之前的准备

首先应该对被检测的厚壁压力容器基本情况做到全面的了解，然后对其材质工艺之下所需要检测的缺陷类别做到全面了解，再进行检测工件的准备工作。对近表面焊缝的外观、高度以及宽度进行检查，再对其平整度进行检查。通常情况下，如果机加工表面的粗糙度不超过6．3μs，喷丸表面的粗糙度不超过12．5μs就符合要求的标准，此时可以对检测的区域进行确定，并将检测区的宽度以及焊接的中心线画出。

3.2 深度的校准

在进行检测之前，首先应该进行深度的校准。在对第一通道进行校准时，选择的试块深度是25毫米的φ2毫米侧孔加以校准。在对比试块上放置扫查架，同时找到两个侧孔缺陷的衍射波。通过扫描。找到其上端衍射波的深度是24毫米。然后将其深度校准为24毫米，误差低于1．47毫米。在对第二通道进行校准的过程中，选择的试块中深度是62．5毫米φ3毫米的侧孔来校准。在对第三通道进行校准的过程中，选择的是深度为112．4毫米φ6毫米的侧孔来校准。

4 结语

综上所述，TOFD技术在厚壁压力容器的检测之中有着强大的优势，可以对容器近表面的缺陷做到精准的检测以及定量，这对于厚壁压力容器质量的保障有着十分积极的影响作用。因此，在应用TOFD技术进行厚壁压力容器的近表面检测过程中，一定要按照标准的要求对相关参数加以设置，并严格按照相关的流程与方法进行检测。这样才能实现对厚壁压力容器近表面缺陷的有效检测，保障厚壁压力容器的质量与使用效果。