壓力容器檢驗中TOFD 超聲成像檢測技術應用分析

涂飛鵬，樂洪甜

（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院，江西 南昌 330029）

在化工行業中，壓力容器能否合理安全地被應用于實際操作中，依舊是亟待解決的一個大問題。在化工廠地施工環境之中，到處都是極易引起安全事故的化學物質，極難控制，一但某些具有強腐蝕性的為化學物質不合時宜地參與到了壓力容器的運行工作之中，那么，就會導致壓力容器出現問題。一旦發生爆炸，很容易對工廠內周邊地工作人員的生命健康造成威脅，甚至會對企業造成不可挽救的損失，因此對壓力容器的運行環節進行合理的監管和檢測，是避免發生一系列安全問題的有效舉措。

1 什么是TOFD？

TOFD是一種新型的，被運用于超聲檢測的領域中的一種利用超聲波成像來對物體對象進行檢測的高科技技術。雖然這種技術不是我國目前所運用的最廣泛的利用超聲波成像進行檢測的技術，但TOFD相對于其它同類技術而言，其所具有的能夠對壓力容器進行有效的檢驗的特點，能更大程度的保證壓力容器在化工領域生產中的安全。那么TOFD到底是如何工作的呢？其實是在其工作過程中，更加有效地利用了目標物體內部的縱波（最快的聲部），對壓力容器中存在著安全隱患的部位所反映出來的一種能量，在通過其本身自帶的處理系統對該種能量進行分析，從而實現對壓力容器的成功檢測。TOFD這種新型的超聲波成像檢測的技術以其更加便捷，高效的特點在同類產品中立足[1]。

2 TOFD怎樣在對壓力容器進行檢測的過程中的應用

2.1 合理地選擇零件

已經在檢測壓力容器方面獲得業界一致的肯定聲的TOFD，要想能夠在這方面的工作中更加高效，更加精準地完成檢測，則需要通過對不同種類的目標進行檢測時，更換與其相匹配的檢測探頭。例如，更換單探頭時，便是對大概七十五毫米之下的目標對象，同時，探頭內晶片的大小以及工程頻率在針對不同形態，不同材質的目標對象時都應針對“具體問題具體分析”的理念有所調整，尤其是目標對象的構成是某些具有非常規屬性的材質時[2]。

2.2 創新測試方式

TOFD對于壓力容器的檢驗并不是一成不變的，這是由于不同的檢驗方式是針對不同的企業應用壓力容器的不同方法來有所調整的，此外，壓力容器的制造材料也是關系到檢測方式的一項重要因素，同時，壓力容器內部還能夠自主的進行更新調節，這些種種因素都是能夠對最終的檢測結果起到影響的，如果按照一成不變的檢測方式對其進行檢測，不僅僅TOFD的優勢無法得到合理地應用，而且，不合格的檢測方式還會使得質量問題嚴重的壓力容器對企業生產造成嚴重的經濟效益損失，甚至還會發生嚴重的生產事故[3]。

2.3 對壓力容器缺陷數據的圖像處理和分析

利用圖像處理的方式對壓力容器中被檢測出來的缺陷問題進行處理和分析，能夠有效地對缺陷的種類進行分類分析，在拉直圖像之后，可以使得測量的誤差更小，如果存在點狀缺陷和線狀缺陷之類存在著從上下尖端所發出的信號不明顯的情況，可以通過曲線擬合指針的方式測量目標弧線。

3 三類能夠影響檢測結果的固有因素

3.1 三十八度角

根據一個已經證實的公式來看，當TOFD的波入射式以三十八度的角度進入時，其衍射出來的波幅下降到了一個極為低的區間，因此，在對壓力容器進行檢測的過程當中，技術人員一般會采用四十五度至七十度之間的探頭，從而有效地確保信號可以達到一定的強度，從而保證檢測結果。經過研究證明，在四十五度之八十度這個入射的角度之間，信號的波幅并沒有什么變化，因此，為了最大程度地避免檢測過的壓力容器中存在不合格的情況，我們應當更加地重視探頭角度和中心部位的距離問題，確保壓力容器的質量過關[4]。

3.2 檢測的盲區

在對TOFD的檢測結果影響并不嚴重的前提之下，可以針對探頭的頻率，帶寬以及所持續的時間來盡可能地減少測量壓力容器的上表面時的盲區面積，同時，下地面的盲區面積一般不會超過1mm，因此，無論是由于底面的反射波所形成的下底面盲區，還是因為軸的偏離因素而形成的下底面盲區，都可以通過平行掃查抑或是兩次的偏置的掃查方式來趨避。故而，下表面盲區的影響程度較為輕，也比較容易通過減小其面積的方式來進行避免，而上表面盲區就比較難以避免，因此，只有在通過上述等方式減小其面積的時候，才能夠盡可能的規避由于上表面盲區帶來的對于檢測結果的不良影響。

3.3 測量環節出現的誤差

在任何領域的工作環節中，即便已經將所有的環節中的可能發生的情況都在規劃方案中計算到了，然而在測量環節由于測量設施的精密程度或者人為的失誤所引起的預料之外的狀況，通過精密且復雜的檢測之后，以蝴蝶效應的方式，使得最終的數值與正確的數值相差甚遠，但不得不說，雖然這類問題不是通過簡簡單單的計劃與檢查就能夠避免的，但是，我們可以通過不斷地加大對科技研發的投入或者從國外引進更加先進的測量設備對某些數值進行測量及演算，至少能夠得出一個最為貼近實際情況的數值，最小化的規避失誤，最大程度地提高檢測效率。

4 TOFD在對壓力容器進行檢測過程中的先進性與局限性

4.1 使用TOFD的優勢

在針對目標壓力容器的不同狀態，材質等因素，來對探頭內部的晶片的大小，探頭的入射角度進行調整，合理地規避檢測的盲區，如果無法規避，則可以通過不同的途徑對上下表面的盲區采取措施，來最大化地縮小上下表面盲區的面積，再對壓力容器中所存在的缺陷進行檢測。按照TOFD的檢測原理來講，檢測的過程必須要首先獲得壓力容器表面的缺陷在超聲波的通過時對其反向發出的一種衍射的信號源，這就是TOFD超聲波成像檢測相對于傳統的超聲波檢測更加先進的地方，也是優勢的地方，它使用峰值的測量方法，6db法等對于壓力容器的缺陷發出的反向波長的長度和高度進行進行測量，通過對壓力容器上下表面的兩端所產生的波長傳輸回來的時間差來對其高度進行判斷，用同樣的方式則可以對其長度進行判斷。這種運用計算波長的時差的方法，具備相當的準確性。當超聲波檢測的路徑成鋸齒狀時，其檢測的效率就會比平行檢測的效率低上一大截，其準確度也有待考量。而TOFD超聲波沿著焊接的縫隙采取兩次的平行掃查時，這種方式對檢測出的數據儲存之后，可以隨時的對該數據進行比對，更進一步地增強了數據的可靠度和準確度，使得檢測出數據同壓力容器的真實數據更加地吻合，降低不合格率。

4.2 使用TOFD的劣勢

首先，上文中所提到的三十八度角，盲區以及預料外的測量誤差這三大類影響TOFD超聲波檢測技術的準確度和效率的因素，無一不增加了檢測的難度。當檢測以粗晶體材料為例的某一類別特殊材料構成的目標物體時，需要借助其它多種儀器設備來使特殊材料對檢測環節造成的干擾，這無疑使得檢測過程中的成本增加。對目標壓力容器的橫向檢驗的準確度顯著地低于縱向掃查的準確度，這一缺點同樣也會導致檢測結果出現問題，使得漏檢率提高。同時，當遇到某些需要對目標壓力容器的各種缺陷類型進行定性的時候，就需要使用多種驗證手段對TOFD的檢測結果進行重新驗證，同樣增加了檢測活動的成本。

5 結語

在現如今科學技術的發展水平下，各行各業對于壓力容器的需求在未來一段時間內依舊是不可動搖的，因此，對于超聲波成像檢測技術的應用于創新還是極為必要的。