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TOFD技術(shù)在工業(yè)上應用

2013-04-17 15:17:31 來源：謝文清

TOFD技術(shù)(繞射波傳播時間技術(shù))是20世紀70年代末由英國 Harwell試驗室的 Silk和 Lidington先生發(fā)明的。它是一種可以精確測量缺陷尺寸的超聲波檢測技術(shù)，可以精確測量平面缺陷在壁厚方向的高度，為設(shè)備的可用性評估提供試驗數(shù)據(jù)，此技術(shù)已成功地應用到特種設(shè)備無損檢測領(lǐng)域，降低了檢測成本，提高了檢測效率和腐蝕等缺陷的檢出率。在檢測缺陷時，超聲衍射圖像不僅更直觀，還具有檢測速度快、精度高、缺陷檢出率高以及定位準確等優(yōu)點。
常規(guī)的超聲波探傷技術(shù)是脈沖反射式的，利用超聲波在缺陷表面的反射波對缺陷進行測量；TOFD技術(shù)以缺陷尖端對超聲波的作用為基礎(chǔ)，利用超聲波的反射及繞射原理對金屬部件進行檢驗。與常規(guī)UT檢測相比，用 TOFD技術(shù)進行檢測，除可顯示射頻 (RF)A型波形圖外，還可以得到D掃描圖像，檢測結(jié)果更直觀。當超聲波遇到一個平面缺陷時，在產(chǎn)生正常的反射波的同時，在缺陷的邊緣和尖端產(chǎn)生繞射波。這種繞射波在很寬的角度內(nèi)發(fā)散，并且強度非常弱。TOFD利用2個探頭(發(fā)射探頭、接收探頭)進行探傷，探頭間的距離稱作探頭間距。TOFD通常使用頻率為2—10MHz的縱波探頭，這是因為縱波*先到達接收探頭，且縱波易發(fā)生繞射，同時縱波的應用可以簡化接收的波形和結(jié)果圖形的解釋。通常應用的縱波探頭(角度為 45。、60。和 70。)也產(chǎn)生傳播速度較慢的橫波。橫波也產(chǎn)生附加的繞射波，但比縱波產(chǎn)生的繞射波晚到達接收探頭。TOFD技術(shù)原理見圖1。

    壓力管道按其用途分為長輸管道、公用管道和工業(yè)管道。長輸管道主要用于輸送石油、天然氣和成品油，城市公用管道主要用于輸送天然氣、煤氣和蒸汽，由于長輸管道和城市公用管道輸送距離長、經(jīng)過人口稠密的地區(qū)、穿越道路與河流等，因此基本上采用埋地的方式，埋深一般在地下0．5～2m，這些管道的直徑一般為 89—1219mm，壁厚一般為 6—30mm．
    埋地壓力管道潛在危險主要分為以下幾種：與時間有關(guān)的危險，如內(nèi)腐蝕、外腐蝕、應力腐蝕開裂；固有的危險，如制造、施工過程中產(chǎn)生的缺陷；與時間無關(guān)的危險，如第三方破環(huán)、外力破壞；其他危害管道安全的潛在危險。tireweb.cn
    對埋地壓力管道焊縫檢測，首先采用快速 TOFD功能垂直焊縫平行掃查進行預檢，然后采用快速TOFD功能傾斜焊縫平行掃查復查缺陷(圖2)。

    對TOFD法檢出的缺陷應具有以下特征：缺陷在試件中的位置、缺陷長度、缺陷埋藏深度和自身高度、缺陷類型。
缺陷的表征
<1>表面開口型缺陷。
    發(fā)現(xiàn)缺陷下端部衍射有所減弱的信號通過耦合損失校正，或側(cè)向波中斷時，應視為表面開口型缺陷。有時可觀測到側(cè) 向波會朝傳播時間稍長的方向移動。
<2>底面開口型缺陷。
    發(fā)現(xiàn)底波朝傳播時間較長的方向移動，或底波中斷通過耦合損失校正時，應視為底面開口型缺陷。
<3>埋藏型缺陷。
    發(fā)現(xiàn)既有上端部衍射又有下端部衍射產(chǎn)生的信號，應視為埋藏型缺陷。發(fā)現(xiàn)只有上端部衍射產(chǎn)生的信號，而無側(cè)向波或底波的相應信號，應視為無高缺陷。但要注意，由于側(cè)向波或底波信號微弱，也可能將缺陷誤判漏檢。有懷疑時，應采取相應動作，通過多次TOFD掃查或用其他方法驗證。對缺陷評定有懷疑時，應保持可能是*差的評定意見，直到驗證評定正確為止。
<4>缺陷定位。
    一般說來，要通過雙探頭同步移動，使缺陷位于兩探頭之間，中間位置的平面與通過兩探頭中心線的平面的交叉部位，就足夠準確確定缺陷坐標。由缺陷產(chǎn)生的信號傳播時間也可用于判定缺陷位置。理論上，傳播時間不變的表面是超聲探頭入射點附近的橢圓面中心。衍射點的位置至少要通過2次掃查才能準確測出。若要求對缺陷位置或方向作更精確的測定，必須做多次掃查，雙探頭同步移動方向垂直于TOFD或平行于聲束傳播方向。
<5>缺陷測長。
    缺陷長度應根據(jù)縱向掃查的探頭移動量直接測出。與所有超聲波探傷法一樣，因超聲波束有一定寬度，TOFD測長結(jié)果也可能是偏長的。缺陷長度小于所用探頭晶片尺寸 1．5倍時，用一般 TOFD法測長結(jié)果很不準確，可用附加算法確定缺陷長度。

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