TOFD檢測質(zhì)量控制

(西安航天華威化工生物工程有限公司，西安 710100)

1 TOFD在檢測中存在的問題

TOFD檢測對人員的技術(shù)水平要求較高，除了要掌握必備的超聲基礎(chǔ)理論外，還應(yīng)掌握數(shù)字化信號處理、數(shù)字電路及模擬電路、缺陷讀圖判定等知識，這就給TOFD在工程中的應(yīng)用帶來了一定困難。TOFD檢測工作流程如圖1所示。

圖1 TOFD檢測工作流程

1.1 操作指導(dǎo)書的編制

TOFD檢測與其他檢測方法一樣，在檢測前，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)程以及被檢工件的檢測要求編制操作指導(dǎo)書。內(nèi)容包括:檢測技術(shù)要求、檢測設(shè)備要求、檢測工藝參數(shù)的選擇、檢測程序和掃查次序、檢測和數(shù)據(jù)評定的具體要求等。操作指導(dǎo)書在首次應(yīng)用前應(yīng)進(jìn)行工藝驗(yàn)證。在編制操作指導(dǎo)書時(shí)，應(yīng)充分考慮被檢工件的內(nèi)外表面焊縫寬度，這將直接影響直通波盲區(qū)和底面盲區(qū)的計(jì)算。在實(shí)際檢測中，工藝編制人員往往會忽略焊縫寬度的影響，未采用偏置非平行掃查，導(dǎo)致由于軸偏離盲區(qū)引起的漏檢。盲區(qū)的補(bǔ)充檢測方法有脈沖反射法超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測等。

1.2 儀器設(shè)備的調(diào)試

儀器設(shè)備的調(diào)試主要指硬件的選擇、設(shè)置及調(diào)試，包括探頭的選擇、探頭中心間距(PCS)的設(shè)定、靈敏度的調(diào)節(jié)、儀器參數(shù)的校準(zhǔn)等方面。對于厚度大于50 mm的工件，往往需要分區(qū)設(shè)定，這也是調(diào)試階段問題比較多的地方。集中反應(yīng)在時(shí)間窗口的設(shè)置不準(zhǔn)確、楔塊延時(shí)的測定不準(zhǔn)確、深度校準(zhǔn)誤差大等方面。

1.3 實(shí)際工件掃查

實(shí)際工件掃查是TOFD檢測最為重要的環(huán)節(jié)。圖像的清晰度、規(guī)范度、信息量等直接影響缺陷的判定、定位和定量，是真實(shí)反映工件品質(zhì)的前提[1]。工件表面的成型狀態(tài)、粗糙度、操作人員的掃查手法、耦合劑的使用種類等都會影響圖譜的質(zhì)量。

1.4 讀圖判定

TOFD在國內(nèi)應(yīng)用的時(shí)間很短，由于經(jīng)驗(yàn)欠缺，技術(shù)人員對TOFD圖譜的解讀能力不強(qiáng)。非相關(guān)顯示帶來的誤判、缺陷特征信號的識別、輔助檢測方法的運(yùn)用等都是每一個(gè)TOFD檢測人員迫切需要解決的問題。

2 分析及解決問題

2.1 操作指導(dǎo)書的編制

完整的操作指導(dǎo)書應(yīng)包含以下信息，如表1所示。

從表1可以看出，TOFD操作指導(dǎo)書包含的信息量較為具體。筆者對近3個(gè)月編制的55份操作指導(dǎo)書的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)外焊縫寬度測量及初始掃查面盲區(qū)方面出現(xiàn)的問題較多。在焊縫寬度方面， 底面軸偏離盲區(qū)公式為

人類建造屋頂?shù)臍v史約有一萬年。早在新石器時(shí)代，人類居住的樹屋、石屋、帳篷、半地穴居等建筑中經(jīng)常有著外形相似的錐形或坡形屋頂。早期人們發(fā)現(xiàn)這樣的屋頂很牢固，建造起來相對省力，對有遮風(fēng)擋雨、保溫隔熱需求的住戶來說，住在有坡屋頂?shù)姆孔永锬鞘窍喈?dāng)舒服！當(dāng)充滿智慧的人類掌握了更高超的建造技術(shù)后，他們便開始推敲屋頂?shù)淖罴哑露龋瑢ふ椅蓓敽蛪w之間的完美比例，還用心地在屋頂上加了裝飾……這樣一來，坡屋頂?shù)慕ㄔ煸絹碓娇茖W(xué)、合理，甚至有了藝術(shù)范兒。

Δh=H{1-[1-X2/(s2+H2) ]1/2}

(1)

式中：H為工件厚度；X為軸偏離值；s為半探頭中心間距。

表1 操作指導(dǎo)書具體要求

圖2 底面軸偏離盲區(qū)的高度示意

底面軸偏離盲區(qū)的高度示意如圖2所示，其中，X與焊縫的寬度有關(guān)，如果焊縫寬度大，底面軸偏離盲區(qū)高度就會偏大。實(shí)際檢測中，如果操作人員將焊縫寬度設(shè)定偏小，致使軸偏離盲區(qū)高度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，從而未作非平行掃查，就會導(dǎo)致漏檢。因此，操作指導(dǎo)書中應(yīng)明確要求焊縫寬度的具體數(shù)值，同時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場焊縫的實(shí)際寬度進(jìn)行檢測，如有必要，作適當(dāng)調(diào)整。

盲區(qū)高度試塊TOFD圖像如圖3所示，當(dāng)初始掃查面盲區(qū)高度大于1 mm時(shí)，宜采用脈沖反射法超聲檢測。

圖3 盲區(qū)高度試塊TOFD圖像

2.2 儀器設(shè)備的調(diào)試

檢測前應(yīng)對檢測通道的A掃描時(shí)間窗口進(jìn)行設(shè)置，若在厚度方向分區(qū)檢測，應(yīng)采用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對比試塊設(shè)置各檢測通道的A掃描時(shí)間窗口和進(jìn)行深度校準(zhǔn)，A掃描時(shí)間窗口至少應(yīng)包含所需檢測的深度范圍，同時(shí)應(yīng)滿足最上分區(qū)的時(shí)間窗口的起始位置，應(yīng)設(shè)置為直通波到達(dá)接收探頭前0.5 μs以上，時(shí)間窗口的終止位置應(yīng)設(shè)置為所檢測深度范圍的最大值。其他分區(qū)的時(shí)間窗口的起始位置，應(yīng)在厚度方向上覆蓋相鄰檢測分區(qū)深度范圍的25%，最下分區(qū)的時(shí)間窗口的終止位置應(yīng)設(shè)置為底面反射波到達(dá)接收探頭后的0.5 μs以上，時(shí)間窗口設(shè)置界面如圖4所示。

楔塊延時(shí)的測定應(yīng)保證探頭與楔塊之間耦合良好，兩探頭在一條直線上，光標(biāo)應(yīng)找到對應(yīng)的位置，楔塊延時(shí)校準(zhǔn)界面如圖5所示。如校準(zhǔn)后的楔塊延時(shí)在56 μs之間，則認(rèn)為校準(zhǔn)是正確的。

2.3 實(shí)際工件掃查

表2總結(jié)了實(shí)際TOFD掃查過程中存在的典型問題。一組合格的TOFD檢測數(shù)據(jù)應(yīng)能符合檢測標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，如靈敏度、分區(qū)設(shè)置、時(shí)間窗口要求、校準(zhǔn)參數(shù)、檢測區(qū)域的覆蓋以及缺陷的信噪比、分辨力等，其TOFD圖像應(yīng)讓分析人員一目了然，并迅速準(zhǔn)確地對缺陷信號進(jìn)行評判。如果采集的圖譜信號缺失、虛假顯示或非相關(guān)顯示過多，就會影響缺陷信號的判定，不能反映工件焊接品質(zhì)的真實(shí)性，從而給產(chǎn)品品質(zhì)帶來安全隱患。

圖4 時(shí)間窗口設(shè)置界面

圖5 楔塊延時(shí)校準(zhǔn)界面

表2 實(shí)際TOFD掃查過程中存在的典型問題

2.4 讀圖判定

對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀圖判定，首先應(yīng)清楚檢測標(biāo)準(zhǔn)的具體要求和檢查數(shù)據(jù)的有效性，一幅合格的TOFD檢測圖像應(yīng)包括直通波、底波、變形波等信號，應(yīng)保持一致的靈敏度，每一掃查區(qū)間應(yīng)保證足夠的重疊覆蓋等。判定過程中應(yīng)理解和掌握相位關(guān)系及典型缺陷信號特征，必要時(shí)應(yīng)結(jié)合其他檢測方法輔助判定，典型TOFD圖像如圖6所示。TOFD檢測數(shù)據(jù)分析中要特別注意那些條狀的缺陷，與直通波相位相反的信號才是比較危險(xiǎn)的缺陷，只要看到這類信號，就說明這是一處有自身高度的缺陷，此信號是缺陷的上端點(diǎn)，還應(yīng)找到該缺陷的下端點(diǎn)。

圖6 典型TOFD圖像

表3列舉了典型的TOFD圖譜及其分析。

由于TOFD在工程中應(yīng)用時(shí)間并不長，可參考文獻(xiàn)及典型缺陷圖譜很少，從而給讀圖判定帶來了困難。因此，在工作中，應(yīng)收集典型的缺陷圖譜，形成自己的數(shù)據(jù)庫，方便查閱比對及人員交流。筆者單位建立的TOFD數(shù)據(jù)庫，涵蓋了典型缺陷的TOFD圖像及與射線底片的比對結(jié)果。

表3 典型的TOFD圖譜及其分析

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，TOFD檢測越來越多地應(yīng)用在工程中，TOFD檢測的質(zhì)量問題不容忽視，通過問題的提出、分析及提供相應(yīng)的解決方案，解決了一些TOFD檢測中存在的常見問題，同時(shí)也為今后的無損檢測質(zhì)量管理工作提供參考。