TOFD在管道检测中的应用分析

1、TOFD在管道检测中的应用赵洁（昆明理工大学城市学院材料成型及控制工程，云南昆明650051）摘要：自2001年来，TOFD检测技术因其高可靠性、高精度、廉价以及高效的优点，被广泛地应用于国内的锅炉、压力容器和压力管道的检测中。李衍15同超声检测技术相比较，TOFD检测技术更适用于对压力容器、锅炉的检测。最后列举了国内TOFD检测技术在用标准，并对其发展趋势作了预测。相信，自主研发的设备及相应关键技术将是国内今后发展的重要方向。近几年,由于TOFD技术可以精确测量平面缺陷在壁厚方向的高度,为设备的可用性评估提供试验数据, 韩相勇，姜自安，韩曙光2在管道检测方面得到越来越多的应用。实际工程应用中

2、TOFD存在近表面盲区、横向裂纹的检测、管内介质的影响等技术难点,总结了各种技术难点产生的原因及解决方案。指出满足大量现场工况要求的检测设备和数字化超声信号的采集在管道检测中将有良好的发展前景。关键词：TOFD；超声波；管道；无损检测；特点；应用Application of TOFD detection in the spherical tank in EngineeringZhaojieMaterial Forming and control Engineering , Kunming University of Science and Technology City , Kunming 6

3、50051, Yunnan, China)ABSTRACT: Since 2001, TOFD inspection technology because of its high reliability, high precision, low cost and the advantages of high efficiency, was widely used in domestic boilers, pressure vessels and pressure piping inspection. Compared with the ultrasonic testing technology

4、, and TOFD inspection technology is more suitable for the detection of pressure vessels, boilers. Finally listed the domestic standard for TOFD inspection in and forecasting its development trend. Believe that the independent research and development of equipment and its key technology is the import

5、ant direction for future development. In recent years, because of TOFD technique can provide an accurate measurement of Planar defects in the thickness direction of height, for usability evaluation of the equipment to provide test data, gets more and more applications in the pipeline inspection. TOF

6、D exist near the surface in the practical application of blind spots, a transverse crack detection, pipe medium effects and other technical difficulties, and summarizes each of the causes of technical problems and solutions. That meet requirements of testing equipment and digital ultrasonic signal a

7、cquisition in the pipeline will have good development prospects.KEYWORDS;TOFD,Ultrasound,Thepipe,Nondestructivetesting,Characteristic,application0 引言伊新14TOFD检验技术可以对较长管道进行远距离快速检测（如果从一个检测点可扫描到30M管道，该检验技术具有成本低和信息量大的特征。李衍5TOFD无损检测技术已经成功应用到特种设备无损检验行业，该技术降低了检测成本，提高了检测效率和腐蚀等缺陷的检出率，通过在特种检测行业的实际应用，对海上平台压力管道和

8、压力容器等的腐蚀监测和对接焊缝检测的缺陷检测效率低和检出率低的问题得到解决。 关键词：TOFD；超声波；管道；无损检测；特点；应用1. TOFD定义及检测原理 1.1 TOFD的定义  TOFD”即Time off light diffraction,译成中文是“超声波衍射时差法检测”， 刘全利，白世武，李佳6TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。极大地提高了缺陷检出率。TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上

9、保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。 此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。  王秀，程建政，刘俊3常规的超声波探伤技术是脉冲反射式的，利用超声波在缺陷表面的反射波对缺陷进行测量；TOFD技术以缺陷尖端对超声波的作用为基础，利用超声波的反射及绕射原理对金属部件进行检验。与常规UT检测相比，用TOFD技术进行检测，除可显示射频(RF) 型波形图外，还可以得到D扫描图像，检测结果更直观。当超声波遇到一个平面缺陷时，在产生正常的反射波的同时。在缺陷的边缘和尖端产生绕射波。这种绕射波在很宽的角

10、度内发散，并且强度非常弱。TOFD利用2个探头(发射探头、接收探头)进行探伤，探头间的距离称作探头间距。TOFD通常使用频率为210 MHz的纵波探头，这是因为纵波最先到达接收探头，且纵波易发生绕射，同时纵波的应用可以简化接收的波形和结果图形的解释。通常应用的纵波探头(角度为45。、60。和70。)也产生传播速度较慢的横波。横波也产生附加的绕射波，但比纵波产生的绕射波晚到达接收探头。1.2 TOFD的技术原理 白艳, 邢涛14超声衍射时差技术（TOFD）是一种依靠从检件工件内部结构，主要是指缺陷的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。衍射现象是TOFD技术采用的基本物理

11、原理。衍射现象的解释：波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象，根据惠更斯原理，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。 TOFD技术原理采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。记录信号的飞跃时间就可以测量出缺陷的高度，就可以对缺陷进行定量。缺陷尺寸通常是被定义为衍射信号的飞跃时间。 1.3

12、 TOFD主要检测的缺陷图像信息及特征 在实际焊缝对接中，常见的缺陷主要有：气孔，夹渣，未焊透，未熔合，裂纹。2.TOFD的应用2.1 TOFD技术在工程中的应用压力管道按其用途分为长输管道、公用管道和工业管道。长输管道主要用于输送石油、天然气和成品油，城市公用管道主要用于输送天然气、煤气和蒸汽，由于长输管道和城市公用管道输送距离长、经过人口稠密的地区、穿越道路与河流等，因此基本上采用埋地的方式，埋深一般在地下052 m，这些管道的直径一般为891 219 mm，壁厚一般为630 mm埋地压力管道潜在危险主要分为以下几种：与时间有关的危险，如内腐蚀、外腐蚀、应力腐蚀开裂；固有的危险，

13、如制造、施工过程中产生的缺陷；与时间无关的危险，如第三方破环、外力破坏；其他危害管道安全的潜在危险。胡先龙7对埋地压力管道焊缝检测，首先采用快速TOFD功能垂直焊缝平行扫查进行预检，然后采用快速TOFD功能倾斜焊缝平行扫查复查缺陷 。2.2 TOFD检测技术在电站管道上的应用特点(1)效率高。单组探头检测对焊缝覆盖范围大，只须做线性扫查，无须做锯齿形移动即可完成检测区域内的扫查，是常规超声探伤方法的35倍；(2)灵敏度高。衍射波信号具有很高的灵敏度，因此也保证了很高的检出率；(3)精度高。通过衍射时差计算方法，缺陷的高度可被精确的计算出来：(4)漏检少。衍射波具有高灵敏度，通过图象记录完整检测

14、数据重复性好；(5)数据全。检测的结果立刻就能知道，焊缝的纵断面或横断面的检测图像可以存盘或打印出来，也可随时在电脑上进行分析处理作为永久的纪录；(6)更安全。对检测人员无任何身体伤害；(7)成本低。无需其它耗材，探头不与工件直接接触(通过契块)，减少了磨损，可在线应用相关的工程评定标准对缺陷进行评定，在对缺陷部位修复时可最大限度的减少不必要的刨开。不影响其它现场工作，减少了检测生产的间隔时间，和其它的一些问题；(8)局限性。灵敏度过高有时会夸大焊缝中的良性缺陷；由于是在管道外表面实施检测，在近表面有检测不到缺陷的盲区：检测人员需要经过专门的培训并积累相应的经验。2.3.技术在海洋平台压力管道

15、的检测应用 海洋石油平台的压力管道和压力容器在长时间服役后，海水中的氧化剂对海上石油平台的压力管道有很强的腐蚀作用，腐蚀现象普遍存在，一旦发生腐蚀失效，会给生产和人员带来巨大损害，需要监控海上设施结构的状况，若采用常规的无损检测技术检验压力管道和压力管线，则要海上平台处于停工状态才可以实施检测工作，这样造成巨大的经济损失，延长了工期，因而提倡对压力管道进行在役检验。  在使用设备对海上平台压力管道进行检测时，检测范围受到塑料或沥青涂料的影响，如果管道在海底，还会受到河床底部沙子的影响；几何结构也会对检测结果产生影响，曲率的存在会只是衍射信号反馈断层，以致难检测到后面的区域。

16、 3.TOFD检测管道工艺及在现场应用陶红燕、张茂桐, 郭强9在压力管道检测中利用TOFD检测技术对管道进行了检测，采用与被测管道同规格的管子制做内壁人工刻槽及盲孔的对比试块；在对管道进行检测时，一般管道壁厚均小于50 mm，可选用一对纵波斜探头进行一次扫查，探头频率根据厚度不同在315 MHz范围内选择；探头角度为60。70。；晶片尺寸为26mm：主声束聚焦深度为23壁厚。经对管道焊缝检测后发现常规超声波检测时未能发现的小缺陷在TOFD扫描图中能够清晰地显示出来。此外，通过对带有内壁裂纹的压力管道做TOFD检测和宏观实物对比。可看出直管内壁为细小的龟裂纹。将中间局部内壁裂纹打磨干净

17、后检测(裂纹打磨深度不超过lmm，实物照片如图5所示)，扫描图中能清晰显示有裂纹处的图像。4 与传统检测技术的比较孔立峰，李树学，罗光华，杨景标13化工行业常用的各种反应、输送、存储设备大都为承压设备，包括锅炉、反应釜、储液槽、催化器、压力管道、夹套设备等，其多采用电弧焊接组装而成。焊接接头的质量好坏直接决定了承压设备的安全程度和寿命长短。目前，对焊缝接头的典型检测手段是射线检测，利用人眼看不到的x射线或y射线对被检焊缝进行照相，焊缝内部缺陷的影像就会呈现在底片上。其工作方式类似于我们日常用的照相机，由于没有深度信息，所以只能对缺陷的长度和宽度做出测量，无法测量深度。焊缝内部缺陷的另一种检测手

18、段是传统超声检测，多以脉冲波反射法，比如横波斜探头法，对缺陷反射回波的强度进行比较。由于横波只能在固体和液体中传播，而缺陷内部多有空穴或气体薄膜，会阻挡横波传播，所以超声检测只能对缺陷的长度和深度做出测量，无法测量宽度。5TOFD 技术的优点、缺点5.1 优点(1) 操作者可实时分析焊缝图像。也可打印和存盘,实现检测结果永久保存。(2) TOFD可以检出取向偏移及方向性不好的缺陷,如不沿熔合线的裂纹等。TOFD 还能检出向表面延伸的缺陷。如为外表面缺陷,则横向波将被切断,如为内表面缺陷,则内壁反射波将被切断。大大提高缺陷的检出率。(3) 通过对TOFD 图形的特点、回波位置、相位和波形变化的分

19、析,对于判定缺陷的真实性和准确定量上十分有效。孟亚惠8TOFD检测技术相对于传统检测技术的优点：(1)TOFD利用固体中声速最快的纵波来检测，它不受变形波的影响，信噪比高，且与接受回波的强度无关，测量的是时问差，因此对缺陷测深定高的能力较传统超声检测强很多。(2)TOFD检测速度快且对环境无污染。用TOFD法检测焊缝，将两探头固定在焊缝两侧，就可以对整个焊缝进行检测；两探头沿焊缝长度方向同步移动，就可以对整个焊缝体积进行检测，检测用时较射线检测、超声检测要少。TOFD法使用对人体无害的超声波，极大降低了劳动防护要求。(3)TOFD使用计算机对回波信号进行二维图形化处理并记录，便于观看和保存5.

20、 2 缺点 TOFD 技术的缺点(1) 仪器调节过程复杂,检测结果受调节准确性及工件表面粗糙度等客观因素影响大。(2) 在近表面处有检测盲区。(3) TOFD 波幅很低,可能会被漏掉。沿缺陷方向扫查时无法判定缺陷在焊缝轴向的位置,而A扫描可以解决这个问题。因此TOFD 图像分析必须结合A 扫描和B 扫描才能达到最佳效果。TOFD检测技术相对于传统检测技术的缺点：在近表面有盲区，对于铁磁性材料， 可以辅以磁粉检；对于非铁磁性材料，可以辅以渗透检测，检查近表面或表面区域。6.结论1TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，弥补了常规超声波检测技术的不足。在压力管道检测中，TOFD检测有着明显的优势，可以及早发现并监测小缺陷，在检测中发挥了重要作用。目前，全国锅炉压力容器标准化技术委员会TOFD标准已正式出台。随着国内各行业对TOFD技术应用的规范化，其前景将非常广阔。参考文献1 A PI 1104 1999 管道和相关设备的焊接S .2 韩相勇，姜自安，韩曙光，等超声T