衍射时差法超声波检测与射线检测在承压设备检测中的应用对比分析

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1、衍射时差法超声波检测与射线检测在承压设备检测中的应用对比分析陈贤沈刘国栋邓燕燕王清栋刘绍华技术研究中心安徽省压力容器与管道安全技术省级实验室)大庆石化公司摘要：从缺陷检测率、检测效率、对不同性质缺陷的检测灵敏度、定量精度、适用厚范围、安全性、局限性7个方面，对衍射时差法超声波检测(TOFD)和射线检测在承压设备应用上进行比较，得出结论:衍射时差法超声波检测(TOFD)技术，具有缺陷检出率较高、实时成像记录、环保等优点，对于承压设备是一种有效的无损检测方法。关键词：衍射时差法超声波检测(TOFD);射线检测;承压设备;作者简介：陈贤洸

2、(1987-),男，工程师，现就职于合肥通用机械研究院，主要从事压力容器和管道的检验检测及研究工作.收稿日期:2017-02-13Received：2017-02-130前言承压设备在工业生产中占据着重要地位，其在受压状态工作，所处理的也多为高温或易燃易爆介质，一旦发牛事故，会对人们的牛命和财产造成不可估量的损失。无损检测是保证承压设备安全运行的重要技术手段。目前，对于承压设备的对接焊缝的检验主要有射线检测、超声波检测、TOFD检测。衍射时差法超声波检测(TOED)是当前超声波检测领域的前沿技术之一，是一种利用超声波衍射现象、非基于

3、波幅的自动超声波检测方法，其基本特点是采用一发一收工作模式。发射探头和接收探头按一定间距相向放置，使用发射探头向被检焊缝发出一束指向角足够大的斜射纵波声速，此声束覆盖整个被检区域，若在缺陷上下端部能产牛衍射波并被同尺寸、同频率的接收探头接收到，则根据直通波与由缺陷上下端部产生的衍射波以及底波到达接收探头的传播吋间差与声速的关系，即可准确地测出缺陷（如裂纹）的埋藏深度和自身高度。射线检测是利用各种射线对材料的透射性能及不同材料对射线的吸收、衰减程度的不同，使底片感光成黑度不同的图像来直观地显示缺陷影像，进而对缺陷进行定性、定量和定位的

4、传统无损检测方法。由于其检测结果在底片成像上的直观性，射线检测技术一直被广大工程技术人员所普遍接受。为了更好地认识TOFD检测技术，笔者从工作实际对TOFD检测与射线检测技术进行对比分析。1缺陷检出率将尺寸为400mmX350mmX38mm的低碳钢对接焊试件分别釆用T0FD和X射线探伤进行实际验证，检测结果分别如图1及图2所示。图1焊接试件的TOED扫查图谱下载原图在图1中，可清楚地判断出4处焊接缺陷的存在，其中2处不超标，2处超标。超标缺陷的长度分别为55mm和40min,自身高度分别为10mm和7mm,距离检测表面深度分别为23

5、.0mm和24.5mmo在图2中，射线底片上只可见2个条形缺陷（判断为夹渣），长度分别为50mm和35mm。2检测效率T0FD检测因其声束指向性特点，焊缝覆盖范围大，只须进行线性扫查，即可对焊缝完成扫查，平均每分钟可完成lm焊缝的检测工作量，检测完成后几小时内便可以岀结果。射线检测因其需要经历曝光、洗片等环节，耗费时间多，检测周期较长，检测效率较低。一般情况下，定向X射线机一次透照长度不超过300nmi,根据工件厚度不同，拍片一次需要10^40min不等（甚至更长）。丫射线源虽然一次拍片数量较多，但由于大部分采用中心曝光，根据Y源的

6、活度和工件壁厚不同，透照吋间一般在数小吋至几十个小吋不等。因而，射线检测从拍片开始，经底片冲洗到评定出结果需要数天时间，且射线检测经常由于照射角度、检测位置、冲洗环节失误等经常造成废片，还需要重新补拍。以1台容积3000in,壁厚50mm,焊缝长度约为455.5m的球罐检测为例,TOFD检测用时3天就可以完成所有焊缝的一次全面扫查工作，采用X射线检测至少需要半个刀才能完成所有焊缝的一次拍片，采用丫射线源检测至少得全景透照2次才能完成整台球罐的检测工作。相比之下，在承压设备（尤其是大型设备）的焊缝检测时，TOFD检测的检测速度较快，效

7、率较高。3对不同性质缺陷的检测灵敏度因TOFD对缺陷的评定是对衍射波的测量，当量影响小，且该当量可通过直通波监控。另外，根据衍射波及TOFD声朿特点，缺陷的方向和角度对检测结果影响不大，故TOFD检测方法不仅对面状和线状等危害性缺陷有很好的检测灵敏度，对体积性缺陷也能很好地检出。在某炼油厂对21台3000m球罐和2台400m球罐进行了TOFD检测，得到了大量现场缺陷TOFD图谱与实际缺陷解剖案例，现举例如下。3.1裂纹缺陷对TK102A设备的F5对接接头进行TOFD检测吋，发现在TOFD图谱中距离原点2423mm处有危害性缺陷显示，

8、如图3所示，用手动超声波复检结果为11=28mm,L=23mm,SL+12dB,评为III级。采用X射线检测，未发现缺陷。在随后的焊缝解剖中，发现为裂纹缺陷。图3裂纹缺陷TOFD图谱下载原图3.2未熔合缺陷在对TK102C设备的FA对