摘要：承压设备在工业生产中占据重要地位，是各工业行业都能涉及到的通用型产品，故其国际地位在一定程度上可以反映国家的综合实力。设备的可靠性检验很重要。目前多为常规射线检测，在经济成本及技术条件有一定局限性，现引进TOFD技术。文章主要介绍了TOFD技术的由来、原理、优缺点，相对常规射线检测超声检测的技术优势及在承压设备无损检测中的应用前景。

关键词：承压设备；无损检测；可靠性检验；TOFD；焊接缺陷

中图分类号：TG115

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)17－0055－02

承压设备在工业生产中占据着重要地位，是各工业行业都能涉及到的通用性产品。承压设备在受压状态工作，所处理的介质也多为高温或易燃易爆，一旦发生事故，会对人们的生命和财产造成不可估量的损失，所以世界各国都把承压设备作为特种设备予以强制性管理。因类型各有不同，功能也随应用场合而变化，其整个建造过程涉及冶金、结构设计、机械加工、焊接、热处理、无损检测等多种专业技术门类。因此，承压设备行业的国际地位在一定程度上反映了国家的综合实力。

承压设备检验规程中，对一般和有特殊要求的承压设备进行安全等级评定时，需要考虑缺陷性质、形状、取向、尺寸，对缺陷自身高度的测定提出了明确要求。针对焊接内部质量，从常规检测方法主要为射线检测和超声检测。超声脉冲反射检测法适用于厚度8mm以上的承压设备壳体或大口径接管与壳体的对接焊缝内部缺陷的检测。通常采用A型脉冲反射式超声波探伤仪和2.5或5MHz频率的探头检测。射线检测方法适用于承压设备壳体或接管对接焊缝内部缺陷的检测，使用的射线探伤设备包括x射线机、γ射线源和电子直线加速器。一般<450kV的x射线机适于理论检测的钢最大厚度为90mm，γ源最大检测钢厚度为200mm；4～9MeV直线加速器适于检测的最大钢厚度为200～400mm。另外，射线检测也常用于在用压力容器检验中对超声检测发现缺陷的复验，以进一步确定这些缺陷的性质，为缺陷返修提供依据。但超声脉冲反射法和射线检测对焊缝内部缺陷高度均无法确定。

目前，重要承压设备通常要求采用射线检测焊缝内部缺陷。射线方法需要拍片，不仅提高了经济成本，延长了检测周期，而且增加了环境污染物排放，更重要的是，射线方法具有电离辐射危险，可造成对人体和环境危害。射线检测的检测厚度受设备能力限制，对缺陷检出率有方向性限制。就焊缝缺陷测高方法而言，TOFD是当前超声波检测领域的前沿技术之一，较传统的方法测试精确得多。TOFD方法具有无污染、速度快、灵敏度高、定位精确高、重复性好等优点。

一、TOFD的由来

TOFD全称Time ofFlightDiffraction，即超声衍射时差技术：它是在1977年，由Silk根据超声波衍射现象提出来，由于它在探伤过程中具有相当高的一次扫查检出率，且具有小于1mm的定位精度，成为国际间所公认的超声新技术。此技术首先是应用于核工业设备在役检验，现在在核电、建筑、冶金、化工、石化、长输管道等工业的承压设备方面多有应用。

二、TOFD的技术特点及原理

TOFD技术作为一种较新的超声波检测技术，不同于以往的超声脉冲反射法和声波穿透法等技术，它利用的是在固体中声速最快的纵波在缺陷端角和端点产生的衍射来进行检测。在焊缝两侧，将一对频率、尺寸和角度相同的纵波斜探头相向对称放置，一个作为发射探头，另一个为接受探头。发射探头发射的纵波从侧面入射被检焊缝断面。部分波束沿近表面传播被接受探头接受，部分波束经底面反射后被接受探头接受，通过各个声波信号之间到达的时间差并形成特殊的TOFD图象，显示缺陷位置、高度、形状等信息。特点是成像直观，检测速度快，能全程记录检测过程并可实现数据回放。在无缺陷部位，接收探头会接收到沿试件表面传播的侧向波和底面反射波。而有缺陷存在时，在上述两波之间，接收探头会接收到缺陷上端部和下端部的衍射波。

FOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声脉冲反射检测技术。相比常规的脉冲反射技术，当时的TOFD技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差<±1mm，而裂纹监测的误差<±0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。

三、TOFD的优缺点

(一)TOFD的优点

TOFD技术缺陷检出能力强，缺陷定位精度高，节省设备的制造时间，安全，检测数据可以用数字形式永久保存。

1TOFD在缺陷检测方面，与缺陷的方向无关。

2TOFD可以检测出与检测表面不相垂直的缺陷和裂纹。

3可以精确的确定缺陷的高度。

4在安全上，TOFD不需要—个安全的独立的操作空间，因此可以在不中断工艺生产的情况下进行检测，节约设备制造时间。

5可以在线得到检测结果，并且可以将结果用数字信号型式永久保存在光盘中，以便于以后在役检验进行对比分析。

6可以在线应用相关的工程评定标准对缺陷进行评定，仅将按标准评定的缺陷进行挖补修复，避免了无用的破坏焊缝整体性的修补现象。

7因为检测速度快，对于板厚超过25mm的材料，经济成本比射线检测少得多。

8可以在200℃以上的表面进行检测。

9TOFD检测系统易于搬运，可以在方便的任何地方进行检测。

10检测率高于常规的超声脉冲反射检测。

(二)TOFD的缺点

1焊缝的两边必须有能够安放用于TOFD检测的发射和接收探头的位置。

2在检测表面下，存在一个检测不到的死区；根据技术条件不同，此死区在2～10mm不等。

3检测人员必须经过专门的训练，并积累相应的经验。

4标准问题尚未正式解决。

(三)TOFD的优势

与传统的常规检测相比，TOFD具有以下的优势：

1检测速度快，检测周期短，现场检测时只需对环焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成全焊缝的检测。

2能正确的缺陷定性，精确任何朝向的缺陷定量。

3缺陷定位准确，检测灵敏度高。

4检测结果直观，在扫查的同时可对焊缝进行分析、评判；可实现实时显示，实现检测结果的永久性保存。

5可检测射线无法穿透的壁厚。对管道环焊缝、球罐、储罐等对接焊缝的检测，效率高、效果好。

6作业强度小，环保，对环境无污染。

四、TOFD在承压设备检测中的前景

目前，自动焊和手工焊均被应用于承压设备的环焊缝焊接中。射线的判废标准是建立在工艺上的。它对焊缝中任何不完

备性的严重性进行的评估都十分保守。然而，因为射线检测无法判断缺陷的垂直延伸量，所以保守的处理是十分必要的。X射线对与射线角度不佳的平面缺陷不易检出(如未熔合、裂纹等)。

在大多数缺陷中，手工焊与自动焊没有太大的差异。自动焊中最主要的缺陷是侧壁的未熔合。在手工焊中也可能出现未熔合，但体积性缺陷更为常见，如夹渣、空心焊道和气孔等。中心线裂纹与自动焊有一点关系，然而，焊道下裂纹和根部裂纹在手工焊中更可能发生。无论哪种方法，分辨真实缺陷和几何能力的反射都是至关重要的。

目前，在TOFD标准方面，可供借鉴的方法标准除英BS7706、欧ENV 583-6、CEN／TSl4751、美ASTM E2373、日NDIS2423外，还有2007年7月发布的ASME第V卷第四章《焊缝超声检测》强制性附录Ⅲ(TOFD操作要领)和非强制性附录N(TOFD图像识别)。但涉及TOFD检测验收标准的仅两个：欧NENl822和美ASME规范案例2235-9。美国ASME标准规定可用TOFD法取代射线方法检测钢焊缝缺陷。TOFD目前国内没有相应的标准，出口产品是按ASME标准的要求来做的。国内只能是请专家作技术鉴定后报相关机构备案的一事一议的做法。TOFD检测技术灵敏度高，可靠性好，检测速度快，无污染，结果可记录保存。但是该技术有检测盲区，对横向裂纹不敏感，检出率较低，且成本相对较高。现还不能完全代替射线检测。国质检特函[2007]402号《关于进一步完善锅炉压力容器压力管道安全监察工作的通知》第六条明确规定：对现场制造壁厚度60ram以上的压力容器，可以采用TOFD检测方法替代射线法进行无损检测。

TOFD是焊缝超声检测和缺陷定量很有发展前景的一种新技术，有争议的常规射线检测技术虽然一度在承压设备无损检测中占主导地位，但展望未来，TOFD和超声脉冲反射法相结合必将在承压设备无损检测中最终取代常规射线检测，而成为一种新型可靠的检测技术。

参考文献

[1]承压设备无损检测之第10部分：衍射时差法超声检测草案(JB／T4730，10)[s]

[2]李衍，超声TOFD法与射线照相法对缺陷检出能力的比较

作者简介：刘宏宇(1973-)，男，河北唐山人，中冶京唐建设有限公司管铁分公司工程师，研究方向：工程管理。