TOFD技術(shù)在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

黃國(guó)興

摘 要：承壓設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一種常用設(shè)備，對(duì)于保證生產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)質(zhì)量具有重要作用，要想充分發(fā)揮承壓設(shè)備功能，就需要保證承壓設(shè)備使用性能的良好性，所以就需要對(duì)其完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，避免出現(xiàn)缺陷現(xiàn)象。TOFD技術(shù)作為一種新型的缺陷檢測(cè)、定量以及定位技術(shù)，對(duì)承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)具有重要意義，文章闡述了TOFD技術(shù)的概況及其應(yīng)用原理，分析了TOFD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用的局限性，對(duì)其在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望能夠提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：TOFD技術(shù)；承壓設(shè)備；無(wú)損檢測(cè)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG115.28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）30-0042-02

在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到不同形式的壓力，為了保證生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行，就需要用到承壓設(shè)備，而承壓設(shè)備所處理的介質(zhì)大多是易燃易爆、高溫物質(zhì)，如果失去有效的控制，很容易造成安全事故，嚴(yán)重威脅了生產(chǎn)人員的生命安全，不利于工業(yè)生產(chǎn)順利、安全進(jìn)行，所以必須保證承壓設(shè)備具備較高的質(zhì)量。承壓設(shè)備在投入使用之前，應(yīng)該先對(duì)其外觀完整性以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，確保設(shè)備不存在質(zhì)量缺陷，能夠發(fā)揮其正常功能，為生產(chǎn)活動(dòng)的安全、平穩(wěn)進(jìn)行提供有力保障。

1 TOFD技術(shù)的概況及其應(yīng)用原理

1.1 TOFD技術(shù)的概況

TOFD技術(shù)的中文名字叫做衍射時(shí)差法超聲波檢測(cè)，待檢測(cè)試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的端角和端點(diǎn)會(huì)在超聲波的作用下發(fā)生衍射現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生衍射能量，反映出內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，利用該項(xiàng)技術(shù)可以迅速找出試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的缺陷情況，了解缺陷程度以及具體位置，進(jìn)而提供可靠的參考依據(jù)。

該技術(shù)的是由英國(guó)的Silk博士首次提出的，上世紀(jì)70年代Silk博士以裂紋尖端衍射信號(hào)的研究成果為基礎(chǔ)，發(fā)展形成TOFD技術(shù)。TOFD技術(shù)作為一種檢測(cè)方法，最開始的時(shí)候缺少相對(duì)應(yīng)的儀器，一直到上世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為其提供儀器支持，才使得該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。但是TOFD技術(shù)并不成熟，相關(guān)儀器仍存在很多不足之處，與普通A超儀器之間存在較大差距，技術(shù)提升空間較大，需要加大研究力度。

1.2 TOFD技術(shù)的應(yīng)用原理

TOFD技術(shù)的基本物理原理是衍射現(xiàn)象，該現(xiàn)象的產(chǎn)生是基于超聲波的特性，在障礙物或者空隙的作用下，超聲波會(huì)發(fā)生擴(kuò)散形成多個(gè)發(fā)射子波的波源，這些子波會(huì)繼續(xù)擴(kuò)散進(jìn)而產(chǎn)生新的波陣面，出現(xiàn)衍生現(xiàn)象、產(chǎn)生衍射能量。在實(shí)際應(yīng)用中，在焊縫兩邊的對(duì)稱位置安裝兩個(gè)寬帶窄脈沖探頭，分別承擔(dān)著信號(hào)的發(fā)射作用以及接受作用。超聲波會(huì)以一定的角度從發(fā)射探頭位置進(jìn)入到試件內(nèi)部，然后波束會(huì)以直接傳輸以及反射傳輸兩種形式進(jìn)入到接受探頭處，接受探頭會(huì)根據(jù)衍射信號(hào)的反饋情況來(lái)對(duì)試件缺陷進(jìn)行判斷，得出其位置以及缺陷程度。TOFD技術(shù)原理，如圖1所示，其中數(shù)字1、2、3分別表示橫向波、繞射波以及底波。

2 TOFD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及局限性

2.1 TOFD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

TOFD技術(shù)與A型脈沖檢測(cè)技術(shù)相比有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。首先該技術(shù)的具有較高的可靠性，不會(huì)受到聲波的干擾，也不會(huì)受到超聲波入射角度的影響，可以找出試件內(nèi)不同方向的缺陷，能夠?qū)μ厥庑螤畹脑嚰M(jìn)行檢測(cè)；精確度較高，可以根據(jù)衍射點(diǎn)迅速對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，得出的缺陷高度誤差較小；操作方便、快捷，采用非平行掃描方法即可完成相關(guān)作業(yè)，所用成本較少，掃描速度較快，提高了檢測(cè)效率；TOFD技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相融合，可以生成檢測(cè)日志，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，同時(shí)還能將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化成圖像，更加直觀的將試件缺陷情況表現(xiàn)出來(lái)。

2.2 TOFD技術(shù)的局限性

TOFD技術(shù)雖然有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是其本身也存在一定的局限性，在應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)選擇。利用TOFD技術(shù)對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，必須要借助發(fā)射探頭和接受探頭才能實(shí)現(xiàn)；被檢測(cè)試件有部分區(qū)域無(wú)法被掃描到，檢測(cè)面存在一定的檢測(cè)盲區(qū)；該項(xiàng)技術(shù)專業(yè)性較強(qiáng)，需要由工作經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)完成，表面耦合要求較高。

3 TOFD技術(shù)在承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 檢測(cè)前的準(zhǔn)備

在對(duì)承壓設(shè)備進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)之前，要做好一系列的準(zhǔn)備工作，首先要根據(jù)承壓設(shè)備的外形以及特性，選擇合適的檢測(cè)儀器。在準(zhǔn)備好檢測(cè)儀器之后需要進(jìn)行調(diào)試，包括設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)、安裝探頭、靈敏度調(diào)整等多項(xiàng)工作，使儀器處于最佳工作狀態(tài)。TOFD檢測(cè)儀器所涉及到的參數(shù)包括掃描增量、觸發(fā)電壓、信號(hào)平均處理等，這些參數(shù)都會(huì)對(duì)TOFD技術(shù)的信號(hào)處理以及成像效果造成影響。安裝探頭分為中心距設(shè)置、探頭頻率設(shè)置等不同工作環(huán)節(jié)，探頭頻率的設(shè)置需要根據(jù)承壓設(shè)備壁厚的不同來(lái)確定，高頻率探頭用于薄壁承壓設(shè)備，小頻率探頭用于厚壁承壓設(shè)備，并且不同頻率探頭的安裝位置也存在差別，兩者分別靠近設(shè)備的上表面以及下表面進(jìn)行安裝。

為了保證信號(hào)能夠?qū)Υ龣z測(cè)的承壓設(shè)備進(jìn)行全面覆蓋，要控制好兩個(gè)探頭的中心頻率，兩者之間的差值不能超過(guò)20%。對(duì)儀器靈敏度進(jìn)行調(diào)整，可以提高檢測(cè)的精準(zhǔn)性，不同檢測(cè)對(duì)象所設(shè)置的靈敏度是有所不同的，比如直通波幅應(yīng)該設(shè)為滿屏的40%。

3.2 缺陷的定位及分類

影響承壓設(shè)備使用性能的因素多種多樣，所以承壓設(shè)備便會(huì)出現(xiàn)不同類型的缺陷，常見的有外力破壞造成的缺陷、內(nèi)部腐蝕造成的缺陷、應(yīng)力作用造成的缺陷等，在利用TOFD技術(shù)對(duì)承壓設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)的時(shí)候，首先應(yīng)該對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，了解缺陷特性，并根據(jù)衍射信號(hào)反饋的情況，判斷造成缺陷的具體原因，進(jìn)而得出缺陷類型。比如在對(duì)底面開口型缺陷和表面開口型缺陷進(jìn)行判斷時(shí)，可以根據(jù)衍射信號(hào)的不同確定缺陷類型，底面開口型缺陷的底波會(huì)出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，并通過(guò)耦合損失進(jìn)行校正；而表面開口型缺陷中出現(xiàn)耦合損失校正的衍射信號(hào)僅僅是下端部衍射波中一些減弱信號(hào)。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免出現(xiàn)檢測(cè)漏洞，需要進(jìn)行多次掃描，存在疑問(wèn)時(shí)可以結(jié)合其他檢測(cè)方法，進(jìn)而得出更加準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

3.3 盲區(qū)補(bǔ)充檢測(cè)以及數(shù)據(jù)處理

檢測(cè)盲區(qū)一直是影響TOFD技術(shù)檢測(cè)效果的最主要因素，通過(guò)對(duì)盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)，可以保證檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。根據(jù)盲區(qū)位置的不同，可以將表面盲區(qū)分為上、下兩個(gè)區(qū)域，其中引起上表面盲區(qū)的信號(hào)類型為直通波信號(hào)，檢測(cè)盲區(qū)的大小是由檢測(cè)厚度決定的，如果檢測(cè)厚度小于50 mm，兩者之間的比例關(guān)系大約為1：5。

在對(duì)盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)的時(shí)候，經(jīng)常用到的方法主要有磁粉檢測(cè)、脈沖反射法超聲檢測(cè)等，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所用探頭類型為寬頻帶窄脈沖探頭，并對(duì)探頭參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在利用檢測(cè)儀器得出具體數(shù)據(jù)之后，需要對(duì)其進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像，通過(guò)圖像可以清楚的了解到承壓設(shè)備的缺陷情況，采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)要做好數(shù)據(jù)備份，為其他檢測(cè)工作提供數(shù)據(jù)參考。

4 結(jié) 語(yǔ)

TOFD技術(shù)相比于傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)具有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠提高缺陷檢測(cè)的精準(zhǔn)度以及檢測(cè)效率，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。在利用TOFD技術(shù)對(duì)承壓設(shè)備進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的時(shí)候，通過(guò)檢測(cè)前的準(zhǔn)備，缺陷定位及分類，盲區(qū)補(bǔ)充檢測(cè)以及數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)良好檢測(cè)效果，為工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行提供了有利保障。

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