TOFD技術在球罐焊縫裂紋檢測中的應用

彭國平 李洪剛

（ 廣州特種承壓設備檢測研究院 廣州 510663 ）

TOFD技術在球罐焊縫裂紋檢測中的應用

彭國平 李洪剛

（ 廣州特種承壓設備檢測研究院 廣州 510663 ）

本文簡單介紹了15MnNbR球罐歷次檢驗情況，本次全面檢驗中應用TOFD檢測技術對環焊縫進行檢測，從檢測面的選擇、檢測工藝參數的設置、檢測發現缺陷，采用射線方法復驗、缺陷性質返修確認為裂紋，說明TOFD技術應用于球罐焊縫裂紋缺陷的檢測是一種行之有效的方法，不僅能檢測內部裂紋，而且能發現掃描面盲區內的近表面裂紋。

TOFD檢測 裂紋 球罐

廣州某公司3000m3丙烷球罐于2003年制造安裝，2004年投入使用，設計壓力1.77MPa，設計溫度50℃，規格φ1800mm×50mm，介質丙烷，材質15MnNbR，球罐采用混合結構形式（如圖1所示）。2008年首次進行全面檢驗，球罐內表面21處裂紋，外表面28處裂紋，長度10~200mm，打磨最深9.2mm去除，射線和超聲檢測發現14處超標缺陷；缺陷均分布在FA、GE方環、BC、CD大環縫上。硬度測定，球殼板母材硬度值140~160HB、焊縫部位140~155HB、熔合區195~215HB。鑒于首檢情況，2014年全面檢驗采用TOFD方法對球罐FA、GE方環、BC、CD大環縫進行100%檢測，經射線檢測復驗存在2處裂紋（見圖1所示①、②位置）。

圖1 球罐結構形式

1 TOFD檢測程序

1.1 檢測面的選擇

對于球罐對接焊縫的TOFD檢測，掃查面通常選擇從球罐內表面進行掃查，其一，若從外表面進行掃查，球罐外表面防腐油漆必須清除干凈，否則耦合效果比較差，難以保證TOFD檢測結果的可靠性；其二，根據直通波傳播的原理可知從球罐內表面（凹面）掃查可以減少直通波盲區的影響[1]。因該球罐公稱厚度為50mm，根據檢驗方案要求進行100%常規超聲波檢測，而《承壓設備無損檢測》標準規定進行常規超聲波檢測時，應采用單探頭雙面雙側進行掃查，因而球罐外表面檢測前應進行油漆層的去除；另外3000m3球罐直徑很大，從內表面（凹面）或外表面（凸面）掃查時直通波盲區的影響很小；根據球罐X型坡口結構形式，外表面是大坡口，內表面是小坡口，現場實測外表面焊縫寬度為30~40mm，內表面焊縫寬度為20~25mm，若從內表面進行掃查，一次掃查難以覆蓋整個底面焊縫。因而本次TOFD檢測時選擇從外表面進行掃查，覆蓋整個檢測區域（如圖2所示）。

圖2 TOFD檢測焊縫覆蓋示意圖

1.2 檢測工藝參數的設置

根據球罐及儀器設備特征參數，選擇檢測工藝參數見表1。

表1 TOFD檢測工藝參數設置

2 檢測結果

TOFD檢測球罐FA、GE方環、BC、CD大環縫，發現BC1+450mm、CD12+30mm位置存在2處裂紋缺陷，如圖3~圖5所示（注：橫坐標為距離，單位mm；縱坐標為傳播時間，單位μs），裂紋缺陷參數見表2，采用射線檢測復驗，底片圖像如圖6~圖7所示，返修后裂紋示意圖如圖8~9所示。

表2 缺陷參數一覽表

圖3 BC1+450位置裂紋TOFD圖譜

圖4 CD12+30位置外表面掃查裂紋TOFD圖譜

圖5 CD12+30位置內表面掃查裂紋TOFD圖譜

圖6 BC1+450位置裂紋底片示意圖

圖7 CD12+30位置裂紋底片示意圖

圖8 BC1+450位置返修后裂紋示意圖

圖9 CD12+30位置返修后裂紋示意圖

3 結論

1）TOFD技術檢測內部缺陷率很高，受直通波的限制，檢測面盲區較大，當選擇合適的檢測參數時，發現近表面缺陷還是可行的[2]。

2）對中厚板對接焊縫的檢測，TOFD技術檢出缺陷率比射線檢測方法要高，同時對缺陷具有放大功能，因而合理的測定缺陷長度對缺陷數據分析顯得尤為重要。

3）從缺陷定性方面來說，TOFD圖譜沒有射線底片圖像直觀，但是根據TOFD圖譜特征，裂紋缺陷清晰，深度隨長度發生變化，兩端信號較弱，中部信號較強，上下端點脈沖尖窄，分辨明顯[3-4]。

因而，TOFD技術在球罐對接焊縫檢測中的應用越來越廣泛，大量檢測數據表明TOFD檢測技術是一項行之有效的檢測方法。

[1] 強天鵬.衍射時差法（TOFD）超聲檢測技術[M]. 2011，93-97.

[2] 張在東，彭國平，李洪剛，等．TOFD技術對球罐近表面裂紋的檢測[J]．中國特種設備安全，2013, 29（09）：50-52.

[3]粱宏林，滕永平，呂香慧．用超聲衍射時差法對焊縫缺陷定性表征[J]．無損檢測，2006，28(1)：14-16．

[4] ENV 583-6(1997)，Non destructive Testing-Ultrasonic Examination- Part 6：Time of Flight Diffraction Technique as a Method for Defect Detection and Sizing[S]．

Application of TOFD Technology in Weld Crack Detection of the Sphere

Peng Guoping Li Honggang
(Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute Guangzhou 510663)

This article introduces the 15MnNbR spherical tank all previous inspection. TOFD technology is used in the test of circular welding seam. From the choosing of inspection surface, the setting of technological parameter, the defects founded, by using X-ray method for reinspection and repair of defects, crack defects are identified. The result shows that TOFD technique application in spherical tank for welding crack defect detection is a kind of effective method, not only can detect internal cracks, but also can find the near surface cracks within scanning blind area.

TOFD detection Crack Spherical tank

X924

B

1673-257X(2016)11-0045-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.11.011

彭國平(1977～ )，男，本科，主任，副高，從事鍋爐、壓力容器、壓力管道的檢驗檢測工作及無損檢測報告的審核工作。

2016-06-14）