TOFD检测技术在球形储罐检验中对未熔合的检测能力实例研究
2018-07-06杨开宇
杨开宇
（成都市特种设备检验院 四川成都 610036）
球形储罐的球壳由多块球壳板所组成，球壳板在制造成型后运输到现场进行组装［1］，因其几何尺寸较大，现场条件较为苛刻，加之焊接方法常为手工焊，焊接位置不统一，极易产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等缺陷，故须采用无损检测以确定其质量。其中未熔合这类埋藏缺陷采用RT之类传统检测方法较难发现，且如未能及时发现并处理，将会对未来使用造成极大安全隐患。笔者根据两个实际检验案例，采用TOFD检验与传统检验手段进行对比，探讨针对未熔合最有效的检测方法。
1 被检对象
球罐1：400 m3液氨球罐，壁厚28mm，材质Q345R，焊接方法SAW，焊缝坡口布局图见图1。在对该球罐进行定期检验过程中，采用UT于下极板环焊缝处发现一处长55mm，反射波幅SL+18.3dB的超标缺陷，定位发现其位于坡口位置，观察波形特征疑为未熔合。但在查阅安装资料发现该部位在安装过程中RT检验报告显示为无缺陷，评级为I级，决定采用TOFD进行复核。
图1 球罐1焊缝坡口布局图
球罐2：2 000m3的液化石油气球罐，壁厚45mm，材质15MnNbR，焊接方法SAW，焊缝坡口布局图见图2。在对该球罐进行定期检验过程中，采用UT于下极板环焊缝处发现一处长65mm，反射波幅SL+16.7dB的超标缺陷，定位发现其位于坡口位置，观察波形特征疑为未熔合。但在查阅安装资料发现该部位在安装过程中RT检验报告显示为无缺陷，评级为I级，决定采用TOFD进行复核。
图2 球罐2焊缝坡口布局图
2 TOFD检测仪器
检测选用奥林巴斯OmniScan MX2检测仪，其脉冲宽度为30 ～1 000 ns范围内可调， 分辨率为2.5 ns，系统带宽为0.25 ～28 MHz（-3 dB），增益为0 ～120 dB，最大输入信号为34.5Vp-p（满屏高），数字化频率100 MHz，脉冲重复频率最高达10 kHz，信号平均为2， 4， 8， 16， 32， 64可选。
3 TOFD 工艺［2,3］
球罐1: TOFD检测工艺见表1及图3，由于本次TOFD主要目的是对UT检测出的问题进行复核，UT检测出的缺陷不在底面盲区内，故未考虑偏置扫查，而是采用MT对底面盲区进行检测。
球罐2: TOFD检测工艺见表2及图4，由于本次TOFD主要目的是对UT检测出的问题进行复核，UT检测出的缺陷不在底面盲区内，故未考虑偏置扫查，而是采用MT对底面盲区进行检测。
表1 球罐1检测主要工艺参数
表2 球罐2检测主要工艺参数
图4 球罐2检测工艺图
4 TOFD检测结果
球罐1:图谱可见图5，经分析，其深度7.1mm（图6），自身高度为6.4mm（图7），长度87mm（图8）。按NB/T 47013.10-2015评级为Ⅲ级，结合图谱特征及缺陷位置，判定其为未熔合，经返修解剖验证判定正确。
图5 球罐1缺陷图谱
图6 球罐1缺陷深度
图7 球罐1缺陷自身高度
图8 球罐1缺陷长度
球罐2：图谱可见图九，经分析，其深度20.3mm（图10），自身高度为3.1mm（图11），长度66mm（图12）。按NB/T 47013.10-2015评级为Ⅲ级，结合图谱特征及缺陷位置，判定其为未熔合，经返修解剖验证判定正确。
图9 球罐2缺陷图谱
5 分析
以前工程上常用γ源中心曝光对球罐进行检测，因其固有不清晰度和颗粒度较大，加之未熔合这类面状缺陷在底片上对比度不高，故检出率及检测精度都不甚优秀。本文中两台球罐在制造过程中均出现了RT检测漏判未熔合的情况。另外，虽然RT与TOFD检测结果都能保存下来，但相较RT来说，TOFD图谱信息更全面，测量更方便，对缺陷的检出率更高，而RT只能得到缺陷的部分信息，尤其是对缺陷自身高度的测量误差极大。
图10 球罐2缺陷深度
图11 球罐2缺陷自身高度
图12 球罐2缺陷长度
UT对未熔合较敏感，然而定量不够准确，文中球罐1缺陷采用UT测量结果为深度9.3mm，自身高度3.3mm，长55mm； TOFD测量结果为深度7.1mm，自身高度为6.4mm，长87mm；球罐2缺陷UT测量结果为深度19.6mm，自身高度2.2mm，长65mm；TOFD测量结果为深度20.3mm，自身高度为3.1mm，长66mm，而两处缺陷实际解剖结果与TOFD测量结果更为吻合。由此可见，UT对形状复杂的缺陷（如球罐1缺陷）定量误差较大，对形状较规则的缺陷（如球罐2缺陷）定量相对准确，但都在缺陷自身高度的测量上存在精确度不高的问题。且UT难以定性，易产生误判，对检验人员水平要求较高，且该检测方法耗时费力，效率较低，对于球罐这类容器来说不太适用。NB/T 47013.3-2015第6.5.1.2条要求，锅炉、压力容器本体焊接接头不允许存在裂纹、未熔合和未焊透等缺陷［3］。在实际检验工作中，仅靠UT是很难判断出来的，如果采用TOFD进行复验，会使判断准确很多。
综上所述，TOFD对文中两处未熔合100%检出，对缺陷长度、深度、自身高度测量较为精确，能很好地指导现场挖补返修工作。
6 结语
球形储罐因其受力情况好、省材、占地面积少等优点，被广泛应用于石油、化工等行业，其储存介质又大多为易燃、易爆、有毒、有害物质，因此对提高球罐制造缺陷检验的可靠性及检出率是十分有必要的。
相比其他传统检测手段，TOFD不仅在未熔合的检验上强于其他常规检验方法，对其他缺陷检出率及可靠性都十分优秀，检测速度快，灵敏度、准确率高，定量准，使用便捷，无污染，很好地解决了UT、RT所存在的弊端，从长远看来，TOFD在球罐检验中将发挥不可或缺的作用。
［1］GB 12337-2014 钢制球形储罐.
［2］强天鹏.衍射时差法（TOFD）超声检测技术［Z］.全国特种设备无损检测人员资格考核委员会，2012.
［3］NB/T 47013.10-2015 承压设备无损检测.
