张海营 薛永盛 秦 峰

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450000）

压力容器定期检验中TOFD的应用

张海营 薛永盛 秦 峰

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450000）

为了更好地监测锅炉压力容器定期检验中焊缝质量，在现场无损检测过程中针对壁厚大于12mm的锅炉压力容器，采用超声波衍射时差法（TOFD）与射线（RT）检测焊缝，并分析对比各类缺陷的特征，总结用TOFD检测技术在锅炉压力容器定期检验中对缺陷定性定量的方法。

超声波衍射时差法；缺陷；定性；定量

特种设备压力容器定期检验中，无损检测往往采用超声波检测（UT）和射线检测法（RT）来确定焊缝中埋藏缺陷的长度和位置。在压力容器定期检验规则评级要求里缺陷自身高度是评级关键项目之一。实际检测中若采用常规无损检测方法来确定缺陷的自身高度一直存在较大的争议。为了能够准确的检测出埋藏缺陷的自身高度和长度，检测过程中针对壁厚大于12mm的压力容器，我们进行了超声波衍射时差法（TOFD）。并于常规超声波（UT）、射线（RT）检测对比检测，分析各类缺陷的特征。

1 技术原理

TOFD技术原理如下图：

TOFD技术，是在不连续缺陷的尖端产生波型的转换，并产生衍射波。这个衍射波覆盖了较大的角度范围，从而衍射波就可以检测出该范围内所存在的缺陷。侧向波的相位与底面回波的相位是相反的，缺陷上尖端以及下尖端的相位是相反的。最先到达接收探头的声波叫侧向波（LW），侧向波是在被检试件内表面传播的波，在没有缺陷的试件中，第二个到达接收探头的声波叫底波（BWE），底波是从试件另一面反射的声波。从上图中可以看到，侧向波和底波具有相反的相位，缺陷的上下端点的衍射波也同样具有相反相位。侧向波与缺陷上端点产生的衍射波的传播时间差与缺陷的位置有关，缺陷上下端点产生的衍射波的传播时间差与缺陷的高度有关，这些特性是缺陷判定的主要依据。因此，关于缺陷高度和缺陷位置的测量，都由接收到的声波信号的传播时间决定，与信号的波幅无关。

2 定期检验规则的要求

见TSG R7001《压力容器定期检验规则》第四十五条。

3 检测方案

使用设备为以色列ISONIC2006型，焊缝类别：手工焊和自动焊均有，坡口类型为对称X型，单V型。

3.1 探头角度的选择

针对不同厚度的工件，应该据板厚来合理选择探头。探头角度的选择要尽量使探头声束中心对准被检区域，使盲区尽量减少。如果所选择的探头角度过大，频率太低时，会引起直通波强度增大，使近表面缺陷难以识别。实际检测中TOFD并不要求精测声束角度。声速偏离标准值±5°不会明显影响检测结果。现据实际情况笔者准备了以下探头：

备注角度°根据实际情况来进行探头的选择探头频率（MHz）7.5晶片尺寸（mm）φ3 45、60、70探头类型RUSSELL NDE CX-17S RUSSELL CX-386 RUSSELL CX-386 5 5 φ6 45、60、70 φ3 45、60、70

3.2 探头间距设定

理论上，TOFD最大衍射效率所包含的角度大约是120°。实际设定时，应使声束对准试件厚度2/3的部位，同时采用-12dB声束半扩散角计算，来精确的计算出每种探头对所形成的声束扩散角。主要是计算出声束的覆盖范围，来保证所检测的焊缝覆盖。实际检测中，必须将其他因素作适当修正，以适应检测要求。假如单次扫查不能完全覆盖被检区域，可以适当改变探头间距或改变探头角度来进行多次扫查。

4 图谱对比

针对压力容器定期检验，我们对以下常见缺陷进行了对比分析：裂纹，未焊透，未熔合，气孔，夹渣等。现对现场所采集的图谱，进行如下分析：

备注：L缺陷长度 H上端点至检测面高度 h自身高度

图1 裂纹（某一般容器，实测壁厚30mm）

图2 未熔合（某一般容器环缝实测壁厚25mm）

图3 密集气孔 壁厚18mm 15点

图4 某水晶釜（实测壁厚90mm）底面开口型

图5 某容器（复合板内腐蚀坑）

5 安全状况等级评定

序号 缺陷性质缺陷尺寸备注裂纹图1 L43mm H14mm h3.2mm（TOFD） L49mm（RT）需要维修改造缩短检验周期，加强缺陷监测未熔合图2 L32mm H11mm h4.0mm（TOFD） L30mm（RT）4 10个（TOFD） 12点（RT）NB/4730.10-2005对密集气孔判定较为严格，若按条状缺陷处理时，安全状况定为5级，笔者认为不合适气孔图3 2图4依据为TSG R0002-2005（TOFD）1#缺陷L 24mm h1.9mm 2#缺陷L 25mm h1.9mm 3#缺陷L 21mm h1.9mm 5底面开口缺陷 判废图5内部腐蚀L46mm h2.2mm（TOFD）安全状况等级5需要维修改造

6 结语

特种设备定期检验中TOFD的成功应用，集合TOFD检测检测效率高、精度高、图像便于分析储存，可以更加准确的应用压力容器定期检验规则对埋藏性缺陷精确定级。随着我国特种设备行业的发展，对安全环保的强调、对检测质量及成本的重视，TOFD技术将越来越广泛的应用。

[1]李衍.ASME法规对超声TOFD法的新规定[J].无损检测，2007（5）：294-300.

[2]迟大钊，等.面状缺陷超声TOFD法信号和图像的特征与识别[J].焊接学报，2005（11）：1-5.

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1671-0037（2014）11-70-2

张海营（1967.12-），男，工程师，大专，研究方向：无损检测。