孫挺虹 項(xiàng)智（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 浙江 杭州 310020）

超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）屬于一種新型的無損檢測(cè)技術(shù)，目前的發(fā)展越來越成熟。該技術(shù)在檢測(cè)時(shí)需要參考衍射能量，而這些衍射能量是從被檢試件內(nèi)部缺陷的端點(diǎn)和端角處獲得的，這樣就可以完成對(duì)缺陷的定量、檢測(cè)以及定位。在進(jìn)入到新的世紀(jì)后，該技術(shù)的使用越來越體系化、規(guī)范化。許多國家已經(jīng)制定了有關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。筆者對(duì)TOFD工藝流程、技術(shù)原理、優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)等進(jìn)行分析，之后對(duì)其在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

一、TOFD技術(shù)介紹以及優(yōu)勢(shì)

1.檢測(cè)原理

固體聲速中最快的縱波會(huì)在缺陷端部產(chǎn)生一定的衍射，而TOFD技術(shù)就是根據(jù)衍射來開展檢測(cè)的。在焊縫的兩側(cè)，把縱波斜探頭相向?qū)ΨQ放置，這對(duì)探頭的頻率是一樣的，而入射角的范圍一般是45o-70o。一個(gè)是發(fā)射探頭，一個(gè)是接受探頭。發(fā)射探頭發(fā)射的縱波會(huì)入射到被檢焊縫端面，入射的角度是側(cè)面，這時(shí)在沒有缺陷的部位，沿工件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úㄒ约暗酌娴姆瓷洳ū惶绞仗筋^接收到。當(dāng)有缺陷存在時(shí)，在上面提到的兩波之間，無論是缺陷上端部，還是下端部的衍射波都會(huì)被接收探頭收到。

2.缺陷深度計(jì)算

如果超聲波束從一個(gè)高阻抗介質(zhì)傳播到另外一個(gè)低阻抗介質(zhì)中的時(shí)候，通過界面的反射，波束相位就會(huì)有變化產(chǎn)生。在碰到界面之前，如果波束是負(fù)向周期，那么在經(jīng)過界面反射之后就會(huì)成為正向周期。我們從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，假如2個(gè)衍射信號(hào)的相位是相反的，那么二者之間就一定有一個(gè)連續(xù)不間斷的缺陷存在。可見，在對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定時(shí)，對(duì)相位變化的識(shí)別非常的重要。

如果焊接某點(diǎn)是缺陷的端點(diǎn)，此外兩個(gè)探頭的信號(hào)是對(duì)稱的，那么這兩個(gè)探頭之間的信號(hào)時(shí)間是：

通過式（2）我們可以將缺陷的上端點(diǎn)深度h1計(jì)算出來，此外下端點(diǎn)h2也可以計(jì)算出來。而缺陷自身的高度就是h1和h2的差。

3.TOFD掃描成像

TOFDDE成像是通過掃查得到的，在這個(gè)過程中探頭就會(huì)對(duì)接收到的A掃圖形進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就可以得到黑白兩色的灰度圖。因此，成像并不是缺陷實(shí)際的圖像顯示。

此外，還需要對(duì)焊接檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，比如：記錄、儲(chǔ)存以及記錄等。在這個(gè)過程中，我們需要數(shù)字化技術(shù)的幫助。

4.TOFD檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

和傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)相比較，TOFD檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有：（1）可以針對(duì)缺陷的深度以及高度實(shí)施精確的測(cè)量。（2）可探測(cè)的厚度大，尤其是在遇到厚板探傷這一狀況時(shí)。（3）檢測(cè)缺陷時(shí)，檢測(cè)率非常的高。（4）可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位的分析，也可以復(fù)原缺陷。（5）對(duì)檢測(cè)工作環(huán)境沒有特殊要求，也不需要安全保護(hù)措施。

二、TOFD檢測(cè)工藝

1.流程和設(shè)備

我們可以在圖1中看到TOFD檢測(cè)流程。

檢測(cè)設(shè)備上，比較常用的有：武漢中科公司生產(chǎn)的漢威HTS800系列以及汕頭超聲公司生產(chǎn)的CTS-1008plus。

2.檢測(cè)之前的準(zhǔn)備工作

對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行確定。對(duì)焊接實(shí)際熱影響區(qū)進(jìn)行測(cè)量和記錄，而超聲探頭的位置得到控制，這時(shí)檢測(cè)的區(qū)域是：在實(shí)際熱影響區(qū)的加上兩側(cè)各為6毫米的范圍。對(duì)于未知的焊縫熱影響區(qū)域。假如工作厚度沒有超過200毫米，那么檢測(cè)的區(qū)域就是：焊縫本身加上焊縫熔合線兩側(cè)的各25毫米的范圍。

檢測(cè)設(shè)置和校準(zhǔn)。對(duì)探頭前沿和超聲波在探頭楔塊中傳播的時(shí)間需要首先進(jìn)行檢測(cè)，此外需要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)置：掃查增量、靈敏度以及掃描時(shí)間。

對(duì)檢測(cè)區(qū)域表面進(jìn)行處理。針對(duì)焊縫表面，我們一般要進(jìn)行打磨處理，這樣探頭表面與工件耦合就會(huì)良好，此外得到的數(shù)據(jù)也會(huì)準(zhǔn)確有效。

在一般情況下，不需要對(duì)焊縫余高進(jìn)行磨平，然而針對(duì)T字口焊縫，則需要打磨，打磨的范圍是：焊縫3個(gè)方向各200毫米的范圍內(nèi)。

其他方面的要求。探頭移動(dòng)區(qū)域，應(yīng)該將阻擋探頭移動(dòng)的障礙物祛除掉。此外，為了方便檢測(cè)的操作，離掃查面需要有3米的空間。

3.檢測(cè)

初始掃查使用的方法是：非平行掃查。在焊縫中心線的兩側(cè)，需要將探頭對(duì)稱布置在其中，此外沿著焊縫長度方向行進(jìn)運(yùn)動(dòng)。如果焊縫寬，那么需要增加非平行掃查的次數(shù)，一般在焊縫兩側(cè)各增加一次就可以了。當(dāng)橫向缺陷存在于焊縫中時(shí)，需要使用超聲波聲束，讓其和焊縫橫截面產(chǎn)生一定的傾角。

需要對(duì)波幅狀況進(jìn)行密切的觀察，假如有以下波幅降低至少12dB，就需要進(jìn)行重新掃查：底面反射波、波型轉(zhuǎn)換波、直通波。

4.檢測(cè)結(jié)果分析

需要對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行缺陷評(píng)定和綜合分析。針對(duì)超標(biāo)缺陷實(shí)施返修,之后進(jìn)行復(fù)檢時(shí)需要使用和初檢一樣的檢測(cè)方法。

5.檢測(cè)記錄及簽發(fā)報(bào)告

當(dāng)檢測(cè)結(jié)束后，工作人員需要將資料上交給上級(jí)的檢測(cè)單位之后進(jìn)行存檔，這些資料內(nèi)容包括：全部檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)和缺陷情況，注意使用電子文檔的方式。

三、TOFD檢測(cè)技術(shù)在工程中的應(yīng)用

西氣東輸建設(shè)項(xiàng)目使用了該檢測(cè)技術(shù)，在此過程中對(duì)14臺(tái)壓力容器的80多條焊縫實(shí)施了檢驗(yàn)。在乍得恩賈梅納煉油廠項(xiàng)目中，將TOFD與手動(dòng)超聲檢測(cè)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)以下項(xiàng)目和設(shè)備的檢測(cè)：反應(yīng)沉降器、再生器等可以說，使用該技術(shù)后實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。

結(jié)束語

TOFD檢測(cè)技術(shù)以其1技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其是在石油化工行業(yè)。筆者對(duì)其優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用等進(jìn)行了介紹，希望對(duì)同行有借鑒意義。

[1]孫艾.銅鋼焊接接頭超聲自動(dòng)C掃檢測(cè)與干擾消除技術(shù)研究[J].南京理工大學(xué).2010(12).

[2]駱東,王銳夫,毛文忠.一種通用的壓力容器封頭斜孔劃線工具[J].一重技術(shù).2011(23).

[3]苗浩然.淺談超聲波在壓力容器鋼板和對(duì)接縫檢測(cè)中的應(yīng)用[J].科技傳播.2011(15).