TOFD 超声成像检测技术在压力容器检验中的应用

叶义平

（黔南布依族苗族自治州检验检测院，贵州 都匀 558000）

工业经济在发展过程中，众多的新工艺、新材料、新技术、检验检测方法也应运而生，与此同时，国家在安全生产方面也提出了更高的要求，企业为了强化安全、稳定生产、提高企业经济效益而对设备提高管理，采取更先进的检验检测技术来加强压力容器的使用管理便成为保障压力容器安全稳定运行的重要方法和手段。随着企业管理水平的提升，以及市场竞争激烈和安全生产的需要，传统的检测技术已经不能满足企业高质量发展的需要，而一些新检验检测方法便受到了企业的关注和重视。例如，TOFD 超声成像检测技术由于对设备缺陷检出率及可靠性高，使用方便。基于此，本文对TOFD 超声成像检测技术在压力容器检验中的运用进行了探讨。

1 压力容器使用管理要求

1.1 年度检查

压力容器作为特种设备，按照特种设备使用管理要求，使用单位作为安全生产的责任主体单位，要做好压力容年度检查，年度检查也可以委托具有相应资质的单位进行。在正常运行情况下，使用单位需对所使用的压力容器，每年至少进行一次检查，年度检查应结合容器工作压力、温度、介质、振动、载货以及环境影响等因素来制定年度检查方案，年度检查内容包括压力容器压容器本体、附属设备、仪器仪表、安全附件是否完好等方面的检查。检查工作结束后，根据检查结果分析压力容器安全状况，确定安全等级，对检查出的问题提出整改措施，消除设备安全隐患，保证压力容器的安全稳定运行。

1.2 定期检验

压力容器定期检验是根据特种设备使用管理规定，由具有资质的检验检测单位根据压力容器检验周期定期对压力容器进行检验。压力容器定期检验内容和要求严格按照固定式压力容器安全技术规程的要求进行，定期检验工作包括资料审检、宏观检验、厚壁后测定、表面缺陷检测，对一些材质要求较高以及特殊介质工况下使用的设备，还需要增加埋藏缺陷、材质分析等方面的检测。为了提高设备隐患及缺陷检出率，检验中常采用射线、超声、磁粉、渗透等主要检测方法。随着技术的发展，其他无损检测方法，如涡流检测、声发射检测、漏磁检测、超声波衍射时差法(TOFD)等也被广泛使用，方法和技术的应用，在提高设备检验质量、提升检验效率、降低检验成本方面都有了大大的提高。

2 压力容器检验现状分析

近年来，随着工业经济的发展，中小企业数量不断增加，压力容器数量也在不断增加，由于一些中小企业在安全管理方面经验不足、安全意识淡薄，导致安全事故隐患也在加大。就其原因，一方面，是一些企业由于追求经济效益、不重视安全生产，对压容力的年度检检及安全管理方面重视不够，特别是对压力容器的危害性认识不够，使得压力容器安全隐患不断增加，事故增多；另一方面，是一些企业在检验检测的技术和方法上重视不够，在管理上不创新、在技术上落后，还停留在用老式的管理方法上，用肉眼来判断和分析设备的安全状况，对一些埋藏缺陷不能识别和判断，进而出现事故隐患，造成安全事故；其次，是一些有资质的检验检测单位在定期检验过程中，在检验检测质量上重视不够，在检验检测技术方面与先进的检验技术还存在一定的差距，在设备事故隐患及缺陷分析判断上经验欠缺，没有根据设备使用工况、工作压力、工作温度、工作介质、工作环境来分析设备可能产生的缺陷来制定检验方法及方案，特别是一些先进的检验检测技术，如涡流检测、声发射检测、漏磁检测、超声波衍射时差法(TOFD)等的检测方法及运用方面还不够深入，使得设备隐患检出率不高，也给设备安全生产带来一定的隐患。

3 TOFD 超声成像检测技术简介

TOFD 超声检测技术是一种新的无损检测技术，是一种依靠从试件或设备内部结构缺陷的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，检测时，采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对焊缝中心线对称布置，发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收，接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度，通过成像技术来达到缺陷检测的目的。图1 是TOFD 超声成像检测技术实施示意图。

图1 TOFD 超声成像检测技术实施示意图

4 TOFD 超声成像检测技术的特点与优势分析

TOFD 超声成像检测技术是在超声波检测技术基础上发展起来的新技术，利用衍射波进行检测时，衍射信号不受声束影响的原理，检测时任何方向的缺陷都能有效地发现，从而使该技术具有很高的缺陷检出率。相对射线检测，其成本低，使用方便、对环境要求不高，对人的身体无伤害。与其他无损检测技术相比也有较多的优势，在速度检测方面，除上下表面盲区外，一次扫查几乎能够覆盖整个焊缝区域，检测速度比较高；在可靠性方面，对于焊缝中部缺陷检出率很高，能够发现各种类型的缺陷，可以识别向表面延伸的缺陷；在准确度方面，对缺陷垂直方向的定量和定位非常准确，和脉冲反射法相结合时检测效果更好。当然，该技术在使用过程中也有其不足的地方，如近表面存在盲区，对该区域检测可靠性不够，对缺陷定性比较困难，对图像判读需要丰富经验，横向缺陷检出比较困难，对复杂几何形状的工件比较难测量，不适合于T 型焊缝检测等。

5 TOFD 超声成像检测技术在压力容器检验中的运用

TOFD 超声成像检测是通过探头来扫查被检工件或设备表面来发现设备的缺陷，因此，检测时，检验人员要根据设备使用特点、结合使用工况、工作环境、检测位置等具体情况来确定操作方法。压力容器在制造及使用过程中，由于受环境及介质的影响，难免会产生各种缺陷。比如，裂纹方面缺陷有器壁母材上裂纹、热影响区裂纹、焊缝区裂纹，焊接缺陷有未熔合、未焊透、夹渣、气孔、咬边、焊瘤、烧穿、弧坑等，因此在检验过程中，检验人员不仅仅工作经验要丰富、熟悉设备操作技术，还应具有分析和判断设备可能产生何种的缺陷能力，以及应用什么技术来检测设备内部产生的缺陷，使检验检测工作更具有可靠性、准确性。

5.1 检验检测基本要求

在检验检测工作中，为了能够检测准确性高、提高检验检测工作质量，就需要做好相关的准备工作。在仪器使用管理方面，检测仪作为一种精密仪器，必须注意设备的维护保养，要按照设备维护保养的要求做好仪器设备的管理，在检验前对设备进行调试和校对，检验完成做好保管，以免影响仪器的灵敏度和精确度；在检验准备方面，必须对被检设备表面进预处理，如设备表面打磨除锈、周边杂物的清理、检测表面的处理等；检测过程中，应根据材料及工件厚度、被检工件表面温度来选择合适的探头、耦合剂类型、根据焊缝来确定探头扫查位置、扫查技术和方法等；其次，TOFD 超声成像检测技术在使用过程中，还需要完全按照相关的步骤及流程进行，不可以出现违规操作，因为只有通过规范的操作，检验结果才更准确，检验效率才能提高；检测时，通过探头沿着压力容器焊接处进行扫描，如果发现存在两个完整的超声波信号，说明压力容器的焊接处并没有问题的存在，如果出现了衍射波信号，那么，则需要由探头进行再次扫查，以便获得更加准确的参数。所以，设备的检测要做到准备充分，正确操作，只有充分准备、正确使用、操作规范才能提高检测的准确性，降低和减少误差的出现。

5.2 通过培训提高检验工作质量

在压力使用管理过程中，由于压力容器存在高温、高压及易燃、易爆、有毒介质等特点，使得对压力容器的使用管理要求较高，因此，如何提高企业安全生产管理，保障设备安全稳定运行便成为企业安全生产管理的一个重要工作。

（1）要加强技术人员的培训管理。要结合容器的使用情况、工作原理、操作要求、失效机理来有针对性地对技术人员以及维护管理人员进行培训，使技术人员熟悉掌握设备介质、温度对设备的影响，设备结构对设备使用的影响，通过各种因素分析设备可能失效的原因，进而有预防性的、有针对性地去检查和做好设备的维护保养。

（2）做好设备的档案管理。设备基础档案是设备的重要技术资料，对设备操作管理、维护保养、事故隐患分析都具有极其重要作用。压力容器资料管理包括出厂资料、使用登记证、安全竣工资料、检验报告、维修记录、事故记录等。

（3）加强无损检测技术能力的培训。无损检测技术作为设备隐患检查的重要技术和先进工具，企业要高度重视。在当前的很多企业管理中，对压力容器安全管理不够重视，对压力容器的危害性还认识不够，为了追求经济效益存在侥幸心理，对先进的检验检测技术方面缺乏投入，使得企业设备管理方面能力、对设备隐患的排查能力、设备的预防处理能力不能得到提升。因此，要提升设备管理水平，要加强技术人员业务能力的培训，熟悉设备检验检测的先进技术，将检测技术用于设备的检查维护、维护保养、隐患排查等设备管理过程中。

6 TOFD 超声成像检测技术注意事项

目前，无损检测的方法较多，不可否认的是，任※※何检测方法都不是万能的，各个检测方法有自身优势，也有一定的缺陷，检测时需要优势互补、相互结合，可能使用一种检测方法，也可能使用两种或两种以上方法的组合，检验过程更要结合企业生产情况、设备使用情况、经济效益及性价比等来确定合适的检验技术，只有这样，检验结查才更可靠，检验方法才更科学，检验能力才能得到提升，企业安全生产才能更有保障。

7 结语

总之，TOFD 超声成像检测技术是一种全新的技术，将其与传统内部检测方法进行比较，有着非常多的优势与特点，突破传统缺陷检测方法中的缺点，具有检测速度快，缺陷检出率高，能够发现各种类型的缺陷，对缺陷垂直方向的定量和定位准确、检测时间短，没有辐射等优点，从而得到人们的重视以及广泛的应用。而技术和方法的使用对检验检测人员的工作经验、专业技术等都要求较高，需要不断地学习和积累经验，需要企业管理人员重视新技术的应用、注重培训学习、持术提升等培训管理工作，才能使技术人员的技术能力得到提升，更好地分析和判断设备的各种隐患，为设备的安全稳定运行提供技术保障。