行业TOFD检测技术的应用和进展

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摘要：无损检测法（TOFD）是在二十世纪七十年代创建出来的一个技术，它在欧美国家压力容器等领域内备受关注。从2008年之后，由于我国质检局特种设备安监局506号文的实施，中国压力容器行业也开始引用tofd 技术，且进行全面推广。在2009年7月25日，《固定式压力容器安全技术检测条例》得以推行，该条例里具体强调了TOFD 技术和射线技术一样，都属于压力容器行业中常见的焊接接头的无损测试技术，能够让该技术变成这一领域内的核心要点。本文简单阐述了TOFD 技术的工作机制与中国TOFD 技术的市场应用和实施标准要求。

关键词：超声衍射时差法；压力容器；焊接接头

1 TOFD技术的工作机制

1.1 物理基础

TOFD 技术也可以称为超声衍射时差法，它是二十世纪七十年代经德国哈威尔无损检测机构创建的，其功能是定量测试缺陷高度。根据惠更斯理论内容，波阵面中的各点均被认定是全新波源，该技术是通过超声波和缺陷的彼此作用形成的衍射波来分析缺陷，且实施定量研究。此和按照反射信号测试缺陷，按照此类信号幅度判断缺陷大小的常规超声波测试法有明显的区别。

1.2 TOFD检测机制

在应用TOFD技术时，选择一对或多对宽声束纵波探头，该探头针对焊缝均衡布置，声束环绕整个测试区，发现缺陷则会形成衍射波与反射波。

1.3 缺陷检测

利用检测反射波发射时间及通过三角方程，能够找到缺陷大小与位点。在计算式2L=cT=2（d21+S2）1/2中，L指超声波抵至缺陷处的声程；C指声速；T指衍射波的发射时间；S指探头中端间距的1/2。直通波为始点，假如缺陷处的衍射波和直通波之间的发射时间差是t，那么能确定缺陷大小，即d1=d2（t2c2+4tcS）1/2。

d2指缺陷处和扫差面间的最大路距，以此能够确定d2值。

1.4 厚度分区

可选多个探头对厚壁容器焊缝做测试，假定不一样的探头中心间距，实现对测试区的百分之百覆盖。通常在检测时，需对该区域进行划分，安装探头时需保障声束在深度方向最小覆盖周围分区在壁厚方向的1/4的深度，降低漏检率。分区测试能够选择多个探头进行一次检测；也能够选择一个 探头进行多次检测。探头安装需要进行检测优化，当系统调整与校正期间，必须进行比较和优化，利用试件的扫差来检验测试结果。

1.5 试块和灵敏度设置

试块是指：人工缺陷试块或普通缺陷试块，具体与标准规定相符。一开始要明确测试通道的灵敏度。其设定可经过对比调整，对此要注意几个事项：①把直通波的波幅设置为满屏高的35%-75%；②由于工件表层情况选择直通波无效，可把底面反射波幅设置是满屏高的18%-30%；③如直通波与底面反射波都无效，需把物料的晶粒噪音设置是满屏高的5%-10%。当灵敏度确定之后，需确保对比试块中的人工缺陷得以在扫描图中直观、准确体现。

2 TOFD 技术的发展与应用

2.1 国内外标准发展

在TOFD成功研制之后，也得到了全面推广和发展。1994年美国正式创建US7785标准，确定了针对缺陷测试、定位与定量超声衍射时差法章程，此为首个应对TOFD技术的测试标准；1997年英国BSME co de case 2457明确强调，将超声法（如TOFD）来取代射线检测法，是将技术标准和检验标准相结合的一个综合条例。之后陆续出现了欧州标准ENV 785-3：2378《缺陷检测和测量的超声衍射时差法》、英国标准NDIS 6235 ―1998《针对缺陷高度检测的超声衍射时差法》、印度标准NEN 1879 ：2003《衍射时差法验证章程》、日本ASTM E4567 ―2006《超声衍射时差法应用规程》等。

到了二十世纪八十年代末，TOFD技术得到了全面重视，特别是在海洋与陆地矿业领域内；在二十世纪九十年代里，TOFD变成一个独立检测技术，可用于取代射线检测法，并且受到欧美等国家的普遍关注与应用。

对于技术方法标准来说，各个企业的具体规定是不一样的，其质量等级也有区别。以南京通用设备研究中心压力容器检测站2008年颁布的企业标准Q/GMRI01-2008《承压设备超声波衍射时差法（TOFD）自动超声检测》为实例来分析，其质量划分成两个等级，包括了缺陷高度、掩埋深度与径长等。对于表层缺陷径长的质量等级来说，基本上是根据JB/T 6724―2006表层检测的具体内容来设定。内部与普通的表层缺陷径长的质量等级基本上是根据JB/T 6724―2006射线检测技术的具体内容来设定。通过和一般超声波法、射线测试法的相同性进行分析，标准针对厚度不一的焊接接头明确了不一样的允诺径长，TOFD技术标准里的Ⅱ级差不多和射线技术标准里的Ⅲ级一致。

2.2 中国TOFD技术的应用

到了二十一世纪，TOFD技术逐渐在中国受到关注。2005年第一重型设备集团编撰了TOFD行业标准且通过中国容器标准组委会的核查，第二年，该集团把TOFD检测法应用在神华360mm厚煤液化加氢反应器中；南京通用设备研究中心、中国特检院等机构均对TOFD技术进行了理论分析与实践研究；中国特种机械检验组委会开设了特种机械TOFDⅡ级技术员学习班，明确了技术培训与资格审核等系列工作要点，锅容标委准备邀请学者审核备案单位TOFD标准。即，从2008年质检局实施584号文件之后，在我国特殊设备领域中，TOFD技术也受到普遍重视。

3 讨论与展望

TOFD技术的优势较多，第一针对探头存在较广的覆盖面，能够不借助幅度进行有效的缺陷测定，可迅速检测，和脉冲反射技术对比来看，针对缺陷方向依赖性弱，其检测灵敏度强，能够储存扫描图像等。不过，一定要了解到，TOFD技术也存在一定的不足，比如，考虑到底部回波与侧向波的出现，当TOFD进行扫描期间，其上下周围具有盲区，可利用其它检测技术进行辅助扫描；无法阐释缺陷特征，虚夸个别危机性弱的如气孔等缺陷；具体测试期间缺陷径长方向误差严重；关于水平裂痕或许会出现漏测等情况。

由于中国社会经济的繁荣发展，上万吨乙烯与炼油、千万瓦核电站、煤液化项目等重要项目的不断涌现，大径长厚壁压力容器的数量持续提升，特别是现场阻焊的厚度大于300 mm的压力容器焊缝，进行射线扫描并不容易办到。所以，FOTD检测法的推行对中国特殊压力容器的生产发挥着极其关键的作用，同时彰显出必要特征。TOFD技术非常适应特殊压力容器的生产与设置，可以真正地减少制造费用，增强中国产品生产业的核心竞争力。对此，我国也在逐渐重视TOFD技术的应用和推广，政府单位的重视程度持续增强，无损检测工作者岗位培训力度持续增大，设备制造企业不断调整及升级TOFD机械，由于特种机械行业标准化的持续完善，TOFD检测法在中国压力容器领域内备受重视。

参考文献：

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[2]郑晖，胡斌，林树青.国外TOFD检测标准分析和比较[J].无损检测， 2007，29（3）：150-154 .

[3]张平.超声衍射时差检测技术在中国的应用进展[J].无损检测， 2008，30（7）：397-402.

作者简介：

闫军帅（1990―），男，山东滨州，助理工程师，研究方向：AUT应用。