TOFD技术在工程建设中的应用
引言
随着我国科技事业的快速发展，高参数、大容量的机组不断涌现，高温、高压厚壁管道焊接接头的质量将严重威胁电站的安全运行，因而提高高温、高压厚壁管道焊接接头检测的可靠性显得尤为重要。TOFD（超声波衍射时差法）技术具有缺陷检出率高、缺陷大小测量精确、可实现实时成像快速分析，提高检测质量，降低检测成本，与射线检测相比又无需严格的辐射防护，对保证施工周期、环境保护和人身安全有着明显的优势，TOFD技术在工程建设中已得到越来越广泛的应用。 1 TOFD检测程序 1.1 检测准备 检测表面应平整，探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他杂质。根据检测区域和探头设置确定的扫查路径在工件上予以标记，标记内容至少包括扫查起始点和扫查方向，同时应在母材上距焊缝中心线规定的距离处画出一条参考线，以确保探头的运动轨迹。 选用的耦合剂应在一定的温度范围内保证稳定可靠的检测，通常使用水、浆糊或油等，用于校准的耦合剂应与实际检测室所用的耦合剂一致。 1.2 TOFD检测用对比试块 工程建设中的主蒸汽管、再热器热锻管和高压给水管道主要规格：Φ531mm×93mm、Φ805mm×53mm、Φ785mm×43mm、Φ864mm×66mm、Φ762mm×31.75mm和Φ610mm×34.93mm。对管壁厚度大于50mm的焊接接头TOFD多通道检测用对比试块，人工标准反射体为矩形槽（或尖角槽）和侧孔。矩形槽长50mm，高2mm，宽1mm；扫查面下4mm处设置一个Φ2mm、长40mm的侧孔，每个厚度分区25%和75%的位置各设置一个Φ4.5mm孔。 1.3 探头设置 探头设置包括探头的型式、参数选择和探头中心间距。探头设置应确保检测区域的覆盖和获得最佳的检测效果。探头型式一般为宽角度纵波斜探头，探头对的标称频率应相同，探头声束与工件底面法线间的夹角不应小于40o。 当工件厚度大于50mm 时，应在厚度方向分成若干区域进行检测。探头设置应确保声束在深度方向覆盖相邻分区在壁厚方向上高度的25％时声压幅值下降不超过12dB。通常探头应相对焊缝中心线对称，各对探头组合应确保其检测覆盖整个被检区域。分区检测可以使用多通道检测设备一次完成扫查；也可使用单通道检测设备，采用不同的探头设置进行多次扫查。 1.4 探头中心间距的调整 检测前，必须对TOFD检测探头间距（PCS）进行调整，已获得对特定深度缺陷的最佳检测结果。最佳探头间距的计算公式： 工件厚度h≤50mm pcs=2(2/3hn+h')tanα 工件厚度h＞50mm pcs=4h/3tanα 其中：α——声束折射角 h——工件厚度 hn——分区厚度 h' ——工件表面至分区层深度 1.5 A扫描时间窗口设置 检测前应对检测通道的A 扫描时间窗口进行设置。单通道检测，其时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5μs ～1μs 以上，窗口宽度应设置为包含工件底面的一次波型转换波后0.5μs ～1μs 以上。 多通道检测时，最上分区的时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5μs ～1μs 以上，最下分区的时间窗口的终止位置应设置为底面反射波到达接收探头后0.5μs ～1μs 以上；各分区的A 扫描时间窗口在深度方向应至少覆盖相邻检测分区在厚度方向上高度的25％。可利用检测设备提供的深度参数输入，但应采用对比试块验证时间窗口在厚度方向上的覆盖性。 1.6 深度校准 检测前应测定探头前沿和超声波在探头楔块中传播的时间，校准检测通道的A 扫描时基与深度的对应关系。 对于直通波和底面反射波同时可见的情况，其时间间隔所反映的厚度应校准为已知的厚度值。利用直通波和底面反射波的时间间隔进行的深度校准，注意A扫描信号中直通波和底面反射波测量点处相位应相反。对于直通波或底面反射波不可见或分区检测时，应采用对比试块进行深度校准。 TOFD检测缺陷埋藏深度和自身高度的测定原理用计算公式得出： __ / c d=/(—)2(t-t0)2-s2 √2 其中：C——纵波声速 d——埋藏深度 t——声束传播时间 t0——声束在探头楔块中传播时间 h——工件厚度 1.7 灵敏度设置 检测前应设置检测通道的灵敏度。灵敏度设置一般应采用对比试块或被检工件。当采用对比试块上的反射体设置灵敏度时，需要将较弱的衍射信号波幅设置为满屏高的40%～80%，并在实际工件表面扫查时进行表面耦合补偿。 当采用被检工件上设置灵敏度时，将直通波的波幅设定到满屏高的40%～80%；若采用直通波不适合或直通波不可见，可将底面反射波幅设定为满屏高的80%，再提高20dB～32dB；若直通波和底面反射波均不可用，可将材料的晶粒噪声设定为满屏高的5％～10％作为灵敏度。 位置传感器的校准 检测前应对位置传感器进行校准。校准方式是使扫查装置移动一定距离时检测设备所显示的位移与实际位移进行比较，其误差应小于1％。 1.8 其他设置 对影响TOFD检测的一些主要功能参数进行设置，包括脉冲重复频率、脉冲宽度、扫描增量、信号平均化处理、触发电压和滤波等。通过这些参数的调整，可以进一步优化接收信号。 2 检测 初始的扫查方式一般采用非平行扫查，探头对称布置于焊缝中心线两侧沿焊缝长度方向运动。对于非平行扫查发现的接近最大允许尺寸的缺陷或需要了解缺陷更多信息时，建议对于缺陷部位改变探头设置进行非平行扫查、偏置非平行扫查、平行扫查或脉冲反射法超声检测。扫查时应确保探头的运动轨迹与拟扫查路径间的偏差不超过探头中心间距的10％。 若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查区的重叠范围至少为20mm。对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少20mm。 扫查过程中应密切注意波幅状况。若发现直通波、底面反射波、材料晶粒噪声或波型转换波的波幅降低12dB 以上或怀疑耦合不好时，应重新扫查该段区域。若发现直通波满屏或晶粒噪声波幅超过满屏高20％时，则应降低增益并重新扫查。 3 检测数据的分析 TOFD检测主要根据TOFD图像和A扫描信号对检测结果的显示进行判读和分析。分析数据前首先对所采集的数据进行评估以确定其有效性，至少应满足如下要求： a）数据丢失量不得超过整个扫查的5%，且不允许相邻数据连续丢失。 b）扫查应保证超声波束对检测区有足够的覆盖，分段扫查时应保证相互间有足够的重叠。 c）信号波幅改变量应在一定范围之内。 d）信号是基于扫查增量的设置而采集的。 完成数据分析后，依据相关标准规程对缺陷的危害性登记进行评价。 4 盲区的补充检测 由于直通波有一定的宽度，处于次范围的缺陷难以被发现，因此TOFD检测存在扫查盲区。又由于轴偏离部位信号传输时间大于底面反射波传输时间，处于次范围的缺陷被湮没在底面反射波信号之中，难以被发现，因此TOFD检测存在轴偏离底面盲区。 可以通过采用短脉冲宽频带脉冲探头、减少PSC距离、使用更高频率的探头和增加数字化频率等方法减小盲区范围。 对于表面盲区应采用脉冲反射法超声波检测或磁粉检测方法进行补充检测。 5 TOFD技术在工程中应用 采用上述检测程序和方法，对国华宁海二期工程5#机组、国电北仑三期工程6#机组和秦山二期扩建工程3#机组（常规岛））施工中的Φ531mm×93mm、Φ805mm×53mm、Φ785mm×43mm、Φ864mm×66mm、Φ762mm×31.75mm和Φ610mm×34.93mm高温、高压厚壁管道焊接接头进行了TOFD检测，其材质为SA355P92和P280GH，焊接方法均为GTAW+SMAW，坡口型式均为U型。对盲区可采用磁轭法非荧光磁粉检测和脉冲反射法超声波检测。 6 缺陷检出率统计 在上述三个工程建设过程中，对高温、高压厚壁管道焊接接头采用常规超声波和TOFD各检测了197只焊接接头，射线检测了17只焊接接头。 从不同的检测方法所得到的数据统计不难发现：不同的检测方法对五种不同类型缺陷性质（错口型未熔合、夹渣、气孔、坡口未熔合和未焊透）的检出率差异比较大。除错口型未熔合缺陷之外，应用TOFD技术缺陷的检出率远高于其他两种检测方法。 7 结束语 TOFD检测技术与目前主要使用的射线检测和超声波检测方法相比有较大的优势，TOFD检测克服了常规超声波检测的固有缺点，缺陷的检出和定量不受声束角度、探测方向、缺陷表面粗糙度、工件表面状态及探头压力等因素的影响，能快速准确地确定缺陷的性质、尺寸、深度和位置，检测精度和可靠性高，且TOFD检测图像可永久性保存；与射线检测相比，TOFD检测具有检测效率高、检测周期短和无辐射等优点。从长远看，在工程建设中对高温、高压厚壁管道焊接接头的检测，TOFD检测技术必将替代射线检测和超声波检测技术。
(来源：钢铁产业)
现货资源
| 品名 | 规格 | 材质 | 厂家 | 地区仓库 | 价格 | 现货 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺纹钢 | 12-32 | HRB400E | 长治市创发商贸有限公司 | 首钢长钢(首钢长钢) | 0 | 详情 |
| 热轧卷板 | 3.75*1500 | Q235B | 苏州鑫昊欣金属科技有限公司 | 沙钢(玖隆物流) | 3630 | 详情 |
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| 热轧卷 | 3.0*1800*C | Q235B | 上海盛钢联供应链管理有限公司 | 宝钢(泉安/津澜) | 0 | 详情 |
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