TOFD技術(shù)在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用

鄭書平

(廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院汕頭檢測(cè)院，汕頭 515000)

0 引 言

當(dāng)前，電站鍋爐大多是在高溫、高壓的環(huán)境下運(yùn)行，作為電站鍋爐重要的承力結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)對(duì)保證鍋爐安全、可靠的運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。鋼結(jié)構(gòu)是電站鍋爐汽包、水冷壁、過(guò)熱器等找正和安裝的基礎(chǔ)，均由鋼板或型鋼焊接而成，其焊縫長(zhǎng)期在鍋爐運(yùn)行動(dòng)、靜載荷下承受拉力、剪力或壓力等，如果不能保證鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的安全性，極有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。因此，在完成鍋爐鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)后，提高鋼結(jié)構(gòu)焊口檢測(cè)的可靠性顯得尤為重要。TOFD技術(shù)是一種新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，能有效節(jié)約檢測(cè)成本，提高檢測(cè)效率和質(zhì)量，本文將研究和分析其在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的可行性。

1 TOFD技術(shù)在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

在GB50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定設(shè)計(jì)要求的一、二級(jí)鋼結(jié)構(gòu)焊縫應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)，目前鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)抽查重點(diǎn)為大板梁、主立柱對(duì)接焊縫，該類焊縫多采用Ⅰ型坡口自動(dòng)焊，壁厚較大，基本上使用的比較多的是超聲波和射線檢測(cè)。超聲波和射線檢測(cè)原理和適用范圍區(qū)別很大，并且有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)與局限性。從表1中可以看出，TOFD技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)焊縫缺陷檢測(cè)、定量檢測(cè)、缺陷定性等方面，和傳統(tǒng)超聲波探測(cè)方法相比具有顯著優(yōu)勢(shì)，且相比射線檢測(cè)不需要嚴(yán)格的防護(hù)條件和隔離，應(yīng)用在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中擁有較大的優(yōu)勢(shì)。

表1 TOFD技術(shù)與超聲波、射線檢測(cè)對(duì)比表

2 TFD技術(shù)在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 前期準(zhǔn)備工作

TOFD技術(shù)在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中應(yīng)用時(shí)需要做好前期準(zhǔn)備工作，檢測(cè)人員要先了解被檢測(cè)的工件，如鋼結(jié)構(gòu)的厚度、焊縫結(jié)構(gòu)、歷史缺陷等信息，探頭移動(dòng)區(qū)應(yīng)清除焊接飛濺、鐵屑、油垢及其他雜質(zhì)，做好掃查面的平整。

2.2 合理選擇檢測(cè)探頭

選擇合適的檢測(cè)探頭是應(yīng)用TOFD技術(shù)的關(guān)鍵，探頭設(shè)置應(yīng)確保對(duì)檢測(cè)區(qū)域的覆蓋和獲得最佳的檢測(cè)效果，TOFD探頭形式一般采用縱波斜探頭，由于電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)一般厚度比較大，應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)厚度選擇分區(qū)，分區(qū)應(yīng)在厚度方向依次向上覆蓋相鄰分區(qū)深度范圍的25%，表2 為在鋼結(jié)構(gòu)不同壁厚時(shí)TOFD探頭的推薦選擇設(shè)置。

表2 TOFD探頭在不同壁厚鋼結(jié)構(gòu)的推薦選擇設(shè)置

2.3 合理選擇PCS值

PCS值指的是每對(duì)探頭的中心間距，在確定鋼結(jié)構(gòu)TOFD檢測(cè)PCS值時(shí)，一般情況下選擇2 t/3法則，即保證探頭聲束中心能夠聚集在2 t/3的位置，這一法則能夠確保聲場(chǎng)均勻覆蓋最大區(qū)域，可以合理確定探頭間距，具體公式為：

PCS=4dtanθ/3

2.4 A掃描時(shí)間窗口、靈敏度設(shè)置和深度校準(zhǔn)

TOFD技術(shù)在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)在檢測(cè)前設(shè)置A掃描時(shí)間窗口、校準(zhǔn)深度和設(shè)置靈敏度，A掃描時(shí)間窗口的起始位置應(yīng)設(shè)定為直通波前至少0.5μs以上，終止位置應(yīng)設(shè)定為鋼結(jié)構(gòu)焊縫底面的一次波型轉(zhuǎn)換波后0.5μs以上，為了準(zhǔn)確測(cè)定缺陷的深度，檢測(cè)之前應(yīng)把直通波校準(zhǔn)為零，而把底面反射波校準(zhǔn)為鋼結(jié)構(gòu)厚度，靈敏度設(shè)置一般將直通波的波幅設(shè)置為滿屏高的40%～80%。分區(qū)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采用對(duì)比試塊，根據(jù)對(duì)比試塊的各側(cè)孔實(shí)際深度校準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備的深度顯示，且對(duì)應(yīng)各分區(qū)應(yīng)沿深度方向向上至少覆蓋相鄰檢測(cè)分區(qū)厚度范圍的25%，同時(shí)將對(duì)比試塊各通道A掃描窗口內(nèi)各反射體最弱的衍射信號(hào)波幅設(shè)定為5%～10%作為靈敏度。在開始檢測(cè)之前，應(yīng)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)復(fù)檢，確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)都達(dá)到要求之后才能開始探測(cè)工作。

2.5 掃查

在應(yīng)用TOFD技術(shù)時(shí)，掃查是比較重要的環(huán)節(jié)，對(duì)電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的結(jié)果的精度有很大影響。首次檢測(cè)的大范圍快速掃查一般采用非平行掃查，對(duì)于非平行掃查發(fā)現(xiàn)的接近最大允許尺寸的缺陷或需要了解更多缺陷信息時(shí)，建議對(duì)缺陷部位增加偏置非平行掃查、平行掃查或脈沖反射超聲波檢測(cè)，為保證電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)缺陷掃查的全面性，掃查時(shí)應(yīng)確保探頭的運(yùn)動(dòng)軌跡與擬掃查路徑間的誤差≤探頭中心間距的10%，分段掃查各段重疊范圍至少為20mm，掃查結(jié)束之后，數(shù)據(jù)采集工作也隨之結(jié)束，為保證數(shù)據(jù)采集的有效性和完整性，可進(jìn)行多次掃查，選擇效果好的圖像進(jìn)行分析。

2.6 表面和底面盲區(qū)的補(bǔ)充檢測(cè)

表面盲區(qū)是由于直通波的存在，隱藏在直通波信號(hào)之下的內(nèi)部缺陷信號(hào)可能難以被發(fā)現(xiàn)，而底面盲區(qū)主要是軸偏底面盲區(qū)，因底部?jī)?nèi)部缺陷信號(hào)遲于底面反射波而被其覆蓋，為了減少表面和底面盲區(qū)的影響，應(yīng)補(bǔ)充掃查面表面檢測(cè)，同時(shí)采用脈沖反射法超聲檢測(cè)和偏置非平行掃查有效降低盲區(qū)高度。

3 案例應(yīng)用

根據(jù)上述檢測(cè)程序和方法，對(duì)某在用電站鍋爐的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行TOFD檢測(cè)，該鋼結(jié)構(gòu)板厚度為18 mm，材質(zhì)為Q355B。TOFD檢測(cè)主要采用單通道檢測(cè)和非平行掃查，探頭為10 MHz ，聲束角度為70°，晶片尺寸為3 mm，并附加掃查面表面檢測(cè)、脈沖反射法超聲檢測(cè)和偏置非平行掃查，經(jīng)TOFD檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了該鋼結(jié)構(gòu)焊縫存在未熔合缺陷，如圖1所示。

圖1 TOFD技術(shù)檢測(cè)缺陷圖像

4 結(jié)束語(yǔ)

在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)中，TOFD技術(shù)對(duì)焊縫未熔合、未焊透的檢出率非常高，而且能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出缺陷的長(zhǎng)度和高度，甚至是面狀缺陷的傾斜也不會(huì)影響缺陷的可檢性，同時(shí)可實(shí)時(shí)得到鋼結(jié)構(gòu)焊縫長(zhǎng)度和寬度方向上的斷面透視圖像，檢測(cè)結(jié)果可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)生成。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，TOFD技術(shù)具有很高的可靠性和自動(dòng)化水平，將成為電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的重要檢測(cè)手段。