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摘 要：TOFD技术是一种新型超声波检测技术，与以前的脉冲反射法、声波穿透法等技术不同，这种技术主要利用缺陷端部固体中声速最快的纵波的衍射实现检测的。基于此，文章针对TOFD在工程施工中的应用展开了一系列分析。
关键词：衍射时差法超声检测；TOFD；工程施工；应用
衍射时差法超声检测（Time Of Flight Diffraction）是利用缺陷端部衍射波传播时间差对缺陷进行检测及定量的一种方法，这项技术是英国Harwell实验室按照超声波衍射现象提出来的，这项技术主要在核工业设备、军工业设备在役检验中率先应用，当前在石化、电力、运输及建造等工业焊缝检测中得到了极为广泛的应用。
1TOFD技术原理
利用一对频率相同纵波斜探头在焊缝两侧相向对称防治，通常情况下入射角在45°~70°之间，这对探头主要起到发射、接收的作用，其中发射探头发射的纵波从侧面入射，接收探头在无缺陷部位接收到直通波、底面反射波，存在缺陷时接收探头在直通波、底面反射波之间接收缺陷上端部、下端部的衍射波。
图1 图2
在缺陷线性不连续位置出现传播障碍时，超声波将会在爱缺陷尖端位置与正常反射波上的衍射波叠加，而衍射波的衍射能量则会在很大角度上反射出来。假定该能量在裂纹末端起源，计算机软件处理系统将会对这些衍射信号进行计算与评估，针对应射频信号进行相位变换，然后按照探测到的衍射信号对缺陷大小及深度进行判断。D扫描成像沿着焊缝走向会形成扫描图像，通常该扫描图像被称作非平行扫查，用来对焊缝长度方向缺陷进行定位。由对这种现象的研究产生了基于衍射波时差法的无损检测方法。与工件表面相垂直的缺陷，通过计算可以得到其缺陷的大小及深度，典型缺陷定量精度通常会在1mm以内，如果超声波在固定点进入、离开，而两探头之间的距离为2S，这是真实缺陷情况的一种简化，如图2所示。
2TOFD的技术特点与适用性
2.1TOFD的优点
利用TOFD技术可以对不利取向的缺陷进行探测，检出率非常高；超声波束的覆盖区域比较大，整体效率较高；缺陷高度测量比较精确，深度尺寸定位及误差不需要依靠振幅，主要依靠衍射波在传播过程中的时间差；可以实时成像，快速分析非常关键；非基于波幅，受到波幅的影响比较小；利用TOFD技术可以对横截面视图进行检测，数字记录、持久保存都是自动的，为后续检测工作提供了大量资料；和射线检测相比，TOFD检测利用水做耦合剂，因此对环境不存在污染和辐射，同时对人体也不会造成任何伤害。
2.2TOFD的局限性
首先，对盲区进行扫查，直通波本身存在一定宽度，该地的缺陷很难被发现，因此表面有盲区存在；其次，底面存在盲区；第三，横向缺陷的检出率不高；第四，TOFD本身的信号比较弱，同时对噪声较为敏感；第五，TOFD数据分析是否正确与TOFD检测结果的可靠性直接相关，因此TOFD数据分析对检测人员提出了较高要求，检测人员不仅要具备常规超声波检测的技能，同时还要参加有关TOFD的技术理论培训。
表1TOFD和射线、手动超声波检测等检出率比较
2.3TOFD的适用性
TOFD技术主要利用以TOFD为主，同时和脉冲反射法超声检测、表面检测方法相结合的综合检测方法，同时在某些特定条件下可以代替射线检测，在检测效率、缺陷检出率、检测敏感性及环境亲和性等方面具有较大的优越性。
3TOFD技术在工程施工中的应用
3.1TOFD检测需满足的条件
TOFD技术检测的材料必须为低碳钢、合金钢，同时材料截面必须为全焊透的焊接接头，此外，工件的厚度t应该在12~400mm之间，其中不考虑焊缝余高，如果焊缝两侧木材的厚度不同，这时应该取薄侧厚度值。
3.2对检测区域厚度进行确定
在实施TOFD检测时，检测区域的宽度应该是焊缝本身的宽度，同时还要加上焊缝熔合线两侧各25mm的范围，或者厚度t最小值范围。如果焊缝实际热影响区域经过测量并进行记录，此外，超声探头位置可以按照以前预先标记进行控制，这时可以将检测区域宽度适当减小到实际热影响区域和两侧各6mm的范围。
3.3检测区域表面处理
TOFD技术本身存在一定特殊性，为了保证TOFD探头表面可以与工件实现良好的耦合，采集到的数据可以保证其准确性，因此必须针对焊缝表面进行仔细的打磨处理。首先，通常情况下不需要对焊缝余高进行磨平处理，设计要求将余高焊缝去除，应该将余高打磨到与邻近母材保持平齐，将余高的焊缝保留，如果焊缝表面上存在较大的漏气或者咬边等情况，也可以进行适当的修磨处理，劲性圆滑过渡处理，这样可以避免对检测结果评定造成不利影响。其次，对焊缝熔合线两侧表面进行适当处理，注意表面一定要平整，通常情况下粗糙度应该控制在≤6.3μm的范围；第三，打磨厚度和工件的厚度直接相关，通常情况下工件厚度应该在≤46mm的范围胡；第四，一般应先利用砂轮片进行打磨，然后利用钢丝刷对其进行去毛刺处理。
3.4可疑缺陷部位确定、返修后复检
针对检测结果展开综合分析，待确定可以部位以后利用以下程序进行再次检测：首先，利用手动UT进行再次检测，必要时可以利用相控阵超声成像判断其位置、形态等；其次，利用射线检测展开再次检测的验证操作，一旦发现缺陷超标，应该由施工单位进行及时返修，施工单位自检合格以后利用和初检相一致的方式展开复检。
结语：
当前现场组焊设备需要按照设计要求针对焊缝进行100%的射线检测，对于壁厚较大的高强钢设备，可能会出现危害性裂纹的漏检，如果装置处于施工密集区域，因为放射源存在辐射危害影响，在射线曝光的过程中，将会对周围的正常施工造成影响。所以，长期实施现场射线检测，会对射线辐射区域中大规模施工的正常进行造成严重影响，也会对工程工期、施工安全及施工质量带来不利影响，而TOFD技术的应用对以上问题进行了很好的解决，这项技术在很多工程施工中的应用都获得了较好的效果。
参考文献：
[1]朱速起,卢夺,胡立岩,吴成华,邵娟. 超声波衍射时差法在现场组焊压力容器无损检测中的应用[J]. 石油化工设备,2012,06:74-78.
[2]董艳柱,张平,齐向前. 衍射时差法超声检测技术在超超临界机组安装中的应用[J]. 电力建设,2010,03:66-69.
论文作者:张成华
论文发表刊物:《科技中国》2016年5期
论文发表时间:2016/7/26
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