摘要：球罐作为—种常见的储存容器，普遍应用于石油化工、能源、仓储等行业，并广泛用于乙烯、丙烯、天然气、液氨等易燃易爆介质的储存。由于球罐自身结构的特殊性，因此基本上都是在现场进行组对、焊接、安装。因此，液 化气 球罐的定期检测 在安全管理 中具有 重要的影响。TOFD检测是一种新 型检测方式，该技术在 《衍 射时差法超声检测 》发布后，得到 了石油化工行业 的广泛应用。
1球罐射线检测的特点
球罐常用的射线检测方法主要有X射线和y源两种。
（1）射线检测的优点。其一，由于射线底片上的影像是焊缝和其缺陷的投影，所以对于缺陷的评定更直观；其二，相对于缺陷的定位、定量，定性则更准确；其三，检测结果可以长时间保存。
（2）射线检测的缺点。其一，射线检测对于周边环境的影响较大，并且对于操作人员的身体健康也有一定的影响。其二，射线检测对于面积型缺陷的检测灵敏度不高，特别容易漏检。其三，X射线检测球罐有其自身的局限性，由于其能量较低，穿透能力较弱，只适用于壁厚≤35 mm的小容积球罐，球罐的壁厚过大，球罐的透照时间就长；球罐的容积过大，球罐的焊缝就长，X射线检测的效率就会极低，所以在施工过程中，除非业主或当地环保等部门等强制要求，一般不采用X射线对球罐进行无损检测。其四，使用的y源其强度会一直衰减，对于一个新建项目来讲，补充新放射源的成本较高。其五，对于壁厚较大的（>35 mm）球罐，采用y源全景曝光时，会多次收放y源，很可能造成底片重影，时间过长也会影响其清晰度，使得灰雾增高，从而导致缺陷检出率降低，特别是对于球罐中的细小裂纹很容易漏检。NB/47013—2015《承压设备无损检测》标准中增加了y源曝光时间的限值、限制使用多源曝光的规定和球罐全景曝光像质计摆放的要求，从而限制了球罐常规射线检测方法的使用，取而代之的新方法为TOFD检测。
2球罐TOFD检测
2.1 TOFD检测技术
根据惠更斯原理，超声波在两种介质中投射，例如在裂纹上，由于超声波振动作用在裂纹尖端上，将使裂纹尖端成为新的波源而产生衍射波，向四周传播，用相应的方式接受到这个衍射信号，根据传播时间可以计算其埋藏深度等信息团。
2．2检测前的准备
球罐焊缝两侧表面应平整，探头移动区应清除氧化皮、飞溅物、油垢、锈蚀等其他杂物，特别是球罐丁字缝位置，需要特别注意，往往检测时由于打磨不好，使得TOFD扫查架无法通过或耦合不好，导致丁字缝处缺陷的漏检。TOFD检测所使用的耦合剂有别于常规超声波检测，通常选用清水即可。对于球罐来说，通常TOFD的检测面为外表面，需要打磨干净，否则会影响探头与球罐表面之间的耦合，不能保证检测结果的有效性；此外，根据TOFD检测直通波原理，导致从外表面检测会加大盲区所带来的影响。
2.3 A扫描时间窗口的设置
球罐检测之前，对所使用检测通道的A扫描时间窗口进行设置。单通道检测时，时间窗口宽度为球罐底面第一次波型转换波之后的1/2 u s，起始位置为直通波之前的1/2 us；采用多通道检测时，各通道时间窗口应在深度方向向下或者向上覆盖各区域的1/4，并用对比试块加以验证。
2．4检测灵敏度的设置
TOFD检测技术跟一般的超声波检测技术不同，TOFD检测对缺陷的判定与定量并不根据波幅的大小来判定，但其波幅的大小却直接影响TOFD检测的灵敏度，为了保证高的缺陷检出率，就必须要设定合适的增益值。
（1）对比试块调节灵敏度。满屏40％～80％的人工反射体衍射信号波幅+表面补偿。
（2）球罐本身调节灵敏度。满屏40％的直通波波幅高度或满屏80％的底面反射波波幅高度+2~20dB。
（3）当直通波与地面反射波均无法辨识时，可采用材料晶粒噪声设为满屏的5％～1 0％作为检测灵敏度。
2.5几种扫查方式的应用
（1）非平行扫查。主要应用于球罐首次检测的大范围快速扫查，其探头摆放位置为两探头连线垂直于焊缝，并对称于焊缝两侧，沿被检测焊缝长度方向移动。
（2）平行扫查。主要用于发现缺陷后的进一步检测，以确定缺陷的自身高度、埋藏深度及倾斜度的准确值。
（3）偏置非平行扫查。当球罐焊缝过宽时，另外增加此扫查方式，以提高对热影响区和熔合区缺陷的检出率。
2.6 TOFD检测盲区的处理
TOFD检测的最大缺点就是会遇到上表面盲区问题旧。由于直通波的存在，当缺陷位于球罐焊缝上表面时，会隐藏在直通波信号内，无法检出，为了减小上表面盲区的范围，通常会选择窄脉冲宽频带的探头，并且采用适当缩小探头间距与改变探头参数相结合的方法加以控制，但这也仅仅是缩小上表面盲区，而并不能彻底消除，所以球罐TOFD检测必须用超声波、表面磁粉或渗透等方法来补充检测。
下表面中心盲区比较小，但是存在于焊缝热影响区和熔合区的缺陷也很容易漏检。在实际工作中常通过计算算出轴偏离盲区，而后判断是否采用偏置非平行的扫查方式，来解决底面轴偏离盲区问题。
3 检测实例
某煤化工工程罐区无损检测项目共计检测6台球罐，检测方法为射线检测。因为现场条件和工期要求的限制，设计单位将检测方法变更为TOFD检测。现场TOFD检测共发现缺陷21处，见表1，并使用射线检测对球罐进行了复检。
4 结束语
（1）从上述实例中可以看出，TOFD检测的灵
敏度总体高于射线检测，该检测方法同样可以满足焊缝缺陷检测的需要，但同时也对判图人员提出了更高的要求，否则球罐返修量会非常巨大。对于球罐返修来讲，必须要让经验丰富的超声波检测人员对缺陷超标位置进行定位，以免造成缺陷漏返或错返。
（2）从此次TOFD检测、射线复检的结果也可以看出，设计单位对检测方法的变更是很合理的。从安全角度来讲，TOFD检测不存在任何放射性危险，无论是环境还是现场操作人员，都不会受到放射源辐射的危害，同时也不会因为球罐检测而影响现场其他工种的施工。另外，球罐TOFD检测效率高于射线检测，这样不仅压缩了一次检测周期，同时也减少了返修周期，并且不受天气影响，从而可以直接提高球罐施工的整体进度。
（3）TOFD检测也有其自身的不足。首先是上下表面的盲区问题，在这些区域，TOFD检测结果可靠性不够，必须用其他方法进行弥补，并且对于缺陷性质也无法判定，这使得检测结果不能有效反映焊接工艺上的不足。其次是对于球罐焊缝上的横向裂纹，其检出率非常低，极其容易漏检；同时受人为因素影响也比较大，需要有经验丰富的人来对图谱进行分析和判定。但对于球罐上危害性缺陷，如细小裂纹等，TOFD检测灵敏度明显要高于射线检测和其他检测方法。
参考文献：
[1]杨斌，张利欣，金莹，等．工程材料失效检测技术现状及发展趋势[J]．机械设计与制造，2012（11）：269—271．
[2]彭国平，李洪刚．TOFD检测技术在球罐检验中的应用[J]无损探伤，2010，34（6）：17—19．
论文作者:王超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：球罐论文; 射线论文; 缺陷论文; 盲区论文; 灵敏度论文; 表面论文; 裂纹论文; 《基层建设》2019年第10期论文;