壓力容器檢驗(yàn)中TOFD 超聲成像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析

涂飛鵬，樂洪甜

（江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，江西 南昌 330029）

在化工行業(yè)中，壓力容器能否合理安全地被應(yīng)用于實(shí)際操作中，依舊是亟待解決的一個(gè)大問題。在化工廠地施工環(huán)境之中，到處都是極易引起安全事故的化學(xué)物質(zhì)，極難控制，一但某些具有強(qiáng)腐蝕性的為化學(xué)物質(zhì)不合時(shí)宜地參與到了壓力容器的運(yùn)行工作之中，那么，就會(huì)導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)問題。一旦發(fā)生爆炸，很容易對(duì)工廠內(nèi)周邊地工作人員的生命健康造成威脅，甚至?xí)?duì)企業(yè)造成不可挽救的損失，因此對(duì)壓力容器的運(yùn)行環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的監(jiān)管和檢測(cè)，是避免發(fā)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(yùn)用于超聲檢測(cè)的領(lǐng)域中的一種利用超聲波成像來對(duì)物體對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)的高科技技術(shù)。雖然這種技術(shù)不是我國(guó)目前所運(yùn)用的最廣泛的利用超聲波成像進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)，但TOFD相對(duì)于其它同類技術(shù)而言，其所具有的能夠?qū)毫θ萜鬟M(jìn)行有效的檢驗(yàn)的特點(diǎn)，能更大程度的保證壓力容器在化工領(lǐng)域生產(chǎn)中的安全。那么TOFD到底是如何工作的呢？其實(shí)是在其工作過程中，更加有效地利用了目標(biāo)物體內(nèi)部的縱波（最快的聲部），對(duì)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(tǒng)對(duì)該種能量進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力容器的成功檢測(cè)。TOFD這種新型的超聲波成像檢測(cè)的技術(shù)以其更加便捷，高效的特點(diǎn)在同類產(chǎn)品中立足[1]。

2 TOFD怎樣在對(duì)壓力容器進(jìn)行檢測(cè)的過程中的應(yīng)用

2.1 合理地選擇零件

已經(jīng)在檢測(cè)壓力容器方面獲得業(yè)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(zhǔn)地完成檢測(cè)，則需要通過對(duì)不同種類的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，更換與其相匹配的檢測(cè)探頭。例如，更換單探頭時(shí)，便是對(duì)大概七十五毫米之下的目標(biāo)對(duì)象，同時(shí)，探頭內(nèi)晶片的大小以及工程頻率在針對(duì)不同形態(tài)，不同材質(zhì)的目標(biāo)對(duì)象時(shí)都應(yīng)針對(duì)“具體問題具體分析”的理念有所調(diào)整，尤其是目標(biāo)對(duì)象的構(gòu)成是某些具有非常規(guī)屬性的材質(zhì)時(shí)[2]。

2.2 創(chuàng)新測(cè)試方式

TOFD對(duì)于壓力容器的檢驗(yàn)并不是一成不變的，這是由于不同的檢驗(yàn)方式是針對(duì)不同的企業(yè)應(yīng)用壓力容器的不同方法來有所調(diào)整的，此外，壓力容器的制造材料也是關(guān)系到檢測(cè)方式的一項(xiàng)重要因素，同時(shí)，壓力容器內(nèi)部還能夠自主的進(jìn)行更新調(diào)節(jié)，這些種種因素都是能夠?qū)ψ罱K的檢測(cè)結(jié)果起到影響的，如果按照一成不變的檢測(cè)方式對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，不僅僅TOFD的優(yōu)勢(shì)無法得到合理地應(yīng)用，而且，不合格的檢測(cè)方式還會(huì)使得質(zhì)量問題嚴(yán)重的壓力容器對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)效益損失，甚至還會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的生產(chǎn)事故[3]。

2.3 對(duì)壓力容器缺陷數(shù)據(jù)的圖像處理和分析

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

3 三類能夠影響檢測(cè)結(jié)果的固有因素

3.1 三十八度角

根據(jù)一個(gè)已經(jīng)證實(shí)的公式來看，當(dāng)TOFD的波入射式以三十八度的角度進(jìn)入時(shí)，其衍射出來的波幅下降到了一個(gè)極為低的區(qū)間，因此，在對(duì)壓力容器進(jìn)行檢測(cè)的過程當(dāng)中，技術(shù)人員一般會(huì)采用四十五度至七十度之間的探頭，從而有效地確保信號(hào)可以達(dá)到一定的強(qiáng)度，從而保證檢測(cè)結(jié)果。經(jīng)過研究證明，在四十五度之八十度這個(gè)入射的角度之間，信號(hào)的波幅并沒有什么變化，因此，為了最大程度地避免檢測(cè)過的壓力容器中存在不合格的情況，我們應(yīng)當(dāng)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(zhì)量過關(guān)[4]。

3.2 檢測(cè)的盲區(qū)

在對(duì)TOFD的檢測(cè)結(jié)果影響并不嚴(yán)重的前提之下，可以針對(duì)探頭的頻率，帶寬以及所持續(xù)的時(shí)間來盡可能地減少測(cè)量壓力容器的上表面時(shí)的盲區(qū)面積，同時(shí)，下地面的盲區(qū)面積一般不會(huì)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(qū)，還是因?yàn)檩S的偏離因素而形成的下底面盲區(qū)，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(qū)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(jìn)行避免，而上表面盲區(qū)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(shí)候，才能夠盡可能的規(guī)避由于上表面盲區(qū)帶來的對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的不良影響。

3.3 測(cè)量環(huán)節(jié)出現(xiàn)的誤差

在任何領(lǐng)域的工作環(huán)節(jié)中，即便已經(jīng)將所有的環(huán)節(jié)中的可能發(fā)生的情況都在規(guī)劃方案中計(jì)算到了，然而在測(cè)量環(huán)節(jié)由于測(cè)量設(shè)施的精密程度或者人為的失誤所引起的預(yù)料之外的狀況，通過精密且復(fù)雜的檢測(cè)之后，以蝴蝶效應(yīng)的方式，使得最終的數(shù)值與正確的數(shù)值相差甚遠(yuǎn)，但不得不說，雖然這類問題不是通過簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的計(jì)劃與檢查就能夠避免的，但是，我們可以通過不斷地加大對(duì)科技研發(fā)的投入或者從國(guó)外引進(jìn)更加先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備對(duì)某些數(shù)值進(jìn)行測(cè)量及演算，至少能夠得出一個(gè)最為貼近實(shí)際情況的數(shù)值，最小化的規(guī)避失誤，最大程度地提高檢測(cè)效率。

4 TOFD在對(duì)壓力容器進(jìn)行檢測(cè)過程中的先進(jìn)性與局限性

4.1 使用TOFD的優(yōu)勢(shì)

在針對(duì)目標(biāo)壓力容器的不同狀態(tài)，材質(zhì)等因素，來對(duì)探頭內(nèi)部的晶片的大小，探頭的入射角度進(jìn)行調(diào)整，合理地規(guī)避檢測(cè)的盲區(qū)，如果無法規(guī)避，則可以通過不同的途徑對(duì)上下表面的盲區(qū)采取措施，來最大化地縮小上下表面盲區(qū)的面積，再對(duì)壓力容器中所存在的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。按照TOFD的檢測(cè)原理來講，檢測(cè)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(shí)對(duì)其反向發(fā)出的一種衍射的信號(hào)源，這就是TOFD超聲波成像檢測(cè)相對(duì)于傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)更加先進(jìn)的地方，也是優(yōu)勢(shì)的地方，它使用峰值的測(cè)量方法，6db法等對(duì)于壓力容器的缺陷發(fā)出的反向波長(zhǎng)的長(zhǎng)度和高度進(jìn)行進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)壓力容器上下表面的兩端所產(chǎn)生的波長(zhǎng)傳輸回來的時(shí)間差來對(duì)其高度進(jìn)行判斷，用同樣的方式則可以對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行判斷。這種運(yùn)用計(jì)算波長(zhǎng)的時(shí)差的方法，具備相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性。當(dāng)超聲波檢測(cè)的路徑成鋸齒狀時(shí)，其檢測(cè)的效率就會(huì)比平行檢測(cè)的效率低上一大截，其準(zhǔn)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(shí)，這種方式對(duì)檢測(cè)出的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存之后，可以隨時(shí)的對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，更進(jìn)一步地增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可靠度和準(zhǔn)確度，使得檢測(cè)出數(shù)據(jù)同壓力容器的真實(shí)數(shù)據(jù)更加地吻合，降低不合格率。

4.2 使用TOFD的劣勢(shì)

首先，上文中所提到的三十八度角，盲區(qū)以及預(yù)料外的測(cè)量誤差這三大類影響TOFD超聲波檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確度和效率的因素，無一不增加了檢測(cè)的難度。當(dāng)檢測(cè)以粗晶體材料為例的某一類別特殊材料構(gòu)成的目標(biāo)物體時(shí)，需要借助其它多種儀器設(shè)備來使特殊材料對(duì)檢測(cè)環(huán)節(jié)造成的干擾，這無疑使得檢測(cè)過程中的成本增加。對(duì)目標(biāo)壓力容器的橫向檢驗(yàn)的準(zhǔn)確度顯著地低于縱向掃查的準(zhǔn)確度，這一缺點(diǎn)同樣也會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)問題，使得漏檢率提高。同時(shí)，當(dāng)遇到某些需要對(duì)目標(biāo)壓力容器的各種缺陷類型進(jìn)行定性的時(shí)候，就需要使用多種驗(yàn)證手段對(duì)TOFD的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行重新驗(yàn)證，同樣增加了檢測(cè)活動(dòng)的成本。

5 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平下，各行各業(yè)對(duì)于壓力容器的需求在未來一段時(shí)間內(nèi)依舊是不可動(dòng)搖的，因此，對(duì)于超聲波成像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用于創(chuàng)新還是極為必要的。