TOFD與RT的對比檢測研究及分析

林光輝，關 磊，黃 偉，陳 敏

（1.水利部產品質量標準研究所，浙江 杭州 310012；2.華能瀾滄江水電有限公司糯扎渡水電工程建設管理局，云南 普洱 665005）

1 工程概況

糯扎渡水電站安裝9臺65萬kW水輪發電機組，總裝機容量585萬kW，引水壓力鋼管采用ADB610D高強鋼板，管壁厚度為40、44、48、52 mm和56 mm 5種，總質量約4 613 t。蝸殼共9套，材料采用B610CF高強鋼板，板厚從鼻端到進口段由27～72 mm （3臺）、36～75 mm （6臺）逐漸加厚，總質量約3 909 t。

壓力鋼管和蝸殼作為電站的埋設部分，其安裝工作不僅是一個漫長的過程，還需要配合其他工種施工。水電站現場施工較復雜，需多個工作面交叉展開，這就要求各種施工在互不影響的情況下緊密配合。長期以來，作為檢驗壓力鋼管和蝸殼焊接內部質量的技術手段，射線檢測 （RT，Radiographic Testing）被認為是最有效的方法，然而射線檢測存在以下的局限性：①RT檢測速度慢，從透照開始到評定出結果需數小時；②射線對人體組織會造成多種傷害，因此對職業放射性工作人員劑量當量規定了限值，現場檢測會因交叉工作給防護工作帶來一定難度；③就糯扎渡工程而言，壓力鋼管和蝸殼的最大壁厚達75 mm，而一般的便攜式X射線機的最大透照厚度在60 mm以下，若采用γ射線，對放射同位素的嚴格管理規定將大大影響工作效率和成本。

針對RT的局限性， 衍射時差法超聲檢測（TOFD， Time of Flight Diffraction technique） 檢測技術應運而生，它克服了RT存在的局限性，同時具備良好的檢測效果，是一種真正高效環保的檢測手段。TOFD可以實現對焊縫的連續檢測，最大掃查速度可達3 000 mm/min，而且檢測結果能夠實時顯示，檢測效率有了質的飛躍。TOFD檢測技術利用超聲波衍射原理，對人體沒有傷害，對現場防護沒有特殊的要求，是一種高效環保的檢測手段。

2010年2月，鑒于糯扎渡電站施工的迫切需要，建設單位決定將TOFD檢測技術在該工程進行實施應用。但由于這項檢測技術在我國的運用還處于推廣時期，并且，TOFD技術標準尚處在審核報批階段。2010年2月～5月，建設單位組織施工單位和第三方檢測單位在大量試驗的基礎上制定了TOFD檢測技術的企業標準，并通過了專家的審定。TOFD檢測技術作為一種新興的檢測手段，對檢驗人員的技術水平提出了較高的要求。我國的專業技術檢測人員數量有限，而且檢測經驗不足，這勢必會給工程的應用帶來一定的難度，因此，與會專家提出，在糯扎渡水電站壓力鋼管和蝸殼安裝焊縫檢測過程中，實行一定階段的TOFD與RT的對比檢測研究，通過對焊接缺陷的解剖驗證，進一步了解TOFD與RT對焊縫焊接缺陷的檢出吻合程度，根據對比檢測研究的成果再確定TOFD檢測技術在該工程中的應用范圍。

2 研究工作的開展情況

2.1 檢測對象

選取糯扎渡水電站8、9號機壓力鋼管安裝焊縫和1、6、7、9號機蝸殼安裝焊縫作為對比檢測的對象，在滿足原設計中RT、UT（超聲波檢測，Ultrasonic Testing）、 MT （磁粉檢測， Magnetic Particle Testing）要求的基礎上增加TOFD與RT的對比研究工作。對比檢測內容如表1所示。

2.2 技術措施

（1）對比部位。RT檢測圖譜的有效長度300 mm/張，TOFD檢測圖譜的有效長度也為300 mm/張，對比檢測規定，TOFD檢測部位和RT檢測部位完全重合。

（2）不同板厚部位的技術處理。采取雙面掃查的方式，并采用不同板厚計算的PCS值分別進行對中掃查。

（3）板厚T大于50 mm時，采用不同探頭進行分層掃查。

（4）對T字頭焊縫，增加橫向非平行掃查。

（5）表面盲區的處理。在雙面采用MT檢測加以彌補。

2.3 缺欠評定與驗收規定

2.3.1 MT缺欠評定與驗收規定

（1）壓力鋼管。磁粉探傷標準執行JB/T 4730—2005《承壓設備無損檢測》第4部分，壓力鋼管管壁縱縫及壓力鋼管管壁環縫Ⅰ級合格。

（2）蝸殼。磁粉探傷標準執行ASME第Ⅷ-1卷2007版強制附錄6。所有受檢表面不允許有如下缺欠顯示：①相關的線形顯示；②尺寸大于4.8 mm的計作缺欠的圓形的磁痕顯示；③在一條直線上，有4個或4個以上的計作缺欠的圓形磁痕，其邊緣之間相隔距離不大于1.6 mm；④缺欠顯示可能大于缺欠本身，但是以顯示尺寸作為合格評價的基礎。

2.3.2 RT缺欠評定與驗收規定

（1）壓力鋼管。射線探傷按GB/T 3323—2005《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》標準評定，壓力鋼管管壁縱縫BⅡ級合格，壓力鋼管管壁環縫BⅢ級合格。

（2）蝸殼。射線探傷執行ASME第Ⅷ-2卷2007版射線驗收相關條款，需要注意的是：①任何顯示特征為裂紋或未熔合或未焊透區域為不合格；②任何其他條形顯示缺欠長度L大于：6 mm（T＜19 mm）、 1/3 T （19 mm≤T≤57 mm）、 19 mm （T＞57 mm）；③任何一群成一直線分布的顯示，在12 T的長度內累計長度大于T值，但相鄰缺欠間的間距超出6 L者除外，這里L為該群顯示內最長缺欠的長度；④圓形顯示超過ASMEⅧ附錄4中合格標準所規定者。

2.3.3 TOFD缺欠評定與驗收規定

TOFD檢測執行糯扎渡水電工程技術標準Q/HNNZD1—JD16—2010《超聲衍射時差法檢測》規定，缺欠評定與驗收規定如下：

（1）不允許存在的缺欠。①檢測人員判定為裂紋、未熔合、全熔透焊的未焊透等危害性的缺欠；②表面開口缺欠。

（2）單個缺欠信號，每150 mm焊縫長度內個數應小于等于N，N=1.2 T。

表1 對比檢測內容

（3）在滿足兩個缺欠沿焊縫方向的距離小于最長缺欠的長度和兩個缺欠在厚度方向的距離小于最高缺欠的自身高度h時，視為單個缺欠，以兩缺欠長度之和作為其單個缺欠長度，高度之和作為其單個缺欠的高度 （間距不計入缺欠尺寸）。單個條狀缺欠和多個條狀缺欠總長的評定按照表2進行。

表2 單個缺欠評定表

2.4 工作程序

（1）對焊縫進行100%UT，由于本次檢測對比工作針對TOFD和RT，因此對UT檢出的焊接缺陷進行返修處理，并復查合格。

（2）按既定比例對焊縫進行RT，對RT評定出的焊接缺陷進行保留，在RT部位進行100%TOFD檢測，并對TOFD部位進行100%MT補充檢測。

（3）根據RT和TOFD評定結果，對兩種方法檢出的所有焊接缺陷進行逐個解剖驗證。

（4）對焊接缺陷進行返修處理，并分別用RT和TOFD進行復查。

2.5 檢測成果

2.5.1 RT檢測成果

通過對1 430張RT底片進行評定，發現有43個焊接缺陷，其中14個密集氣孔，13個未熔合，13個條形缺欠，2個裂紋，1個氣孔。

2.5.2 TOFD檢測成果

通過對1 430套TOFD檢測圖譜進行評定，發現有75個焊接缺陷，其中14個密集氣孔，26個未熔合，32個條形缺欠，2個裂紋，1個氣孔。

2.5.3 MT檢測成果

通過對TOFD檢測部位焊縫進行MT，未發現有表面或近表面缺欠。

2.6 檢測成果的對比

（1）以RT檢出的 43個焊接缺陷為基準，TOFD與RT的檢出和定性吻合率均為100%。

（2）以TOFD檢出的75個焊接缺陷為基準，RT僅檢出43個焊接缺陷，RT與TOFD的檢出和定性吻合率均為57%。

2.7 解剖驗證結果及分析

（1）對TOFD和RT均檢出的43個焊接缺陷進行解剖，解剖缺欠的性質與評定的結果完全吻合。

（2）對RT底片顯示不超標但TOFD圖譜評定為超標的32個缺欠進行解剖，解剖缺欠的性質與TOFD評定的結果完全吻合。

（3）通過對RT漏檢的32個缺欠進行解剖分析發現，漏檢的主要原因體現在RT顯示的缺欠是在焊縫表面方向的投影，而TOFD可以顯示多個方向的投影，尤其是TOFD檢出的與焊縫長度方向成較大角度的焊接缺陷，投影在底片上，其長度并不超標。另外，RT漏檢與透照的角度等參數也有很大的關系。

（4）現場解剖采用氣刨的方法進行，受該方法限制，對高度較大的焊接缺陷，解剖時解剖操作人員容易看見，但對高度較小的焊接缺陷，一般僅能看到缺欠的一小部分，缺欠的實際尺寸很難獲得，因此本次解剖僅定性而不注重焊接缺陷的具體尺寸。

3 結 論

TOFD檢測出的75個焊接缺陷中，RT僅能檢出43個，其余32個焊接缺陷均漏檢，TOFD與RT的對比檢測結果表明：TOFD在中厚板的檢測中，對焊接缺陷的檢出率優于RT。