關于TOFD檢測技術的適用性分析

摘 要：TOFD檢測技術（衍射時差法超聲檢測）是當前無損檢測領域的前沿技術之一，以其成像直觀、圖像易于長期保存、缺陷自身高度與深度測量精準、安全無輻射等優點，在承壓類特種設備的檢測中已得到廣泛應用。本文介紹了TOFD檢測技術的基本原理、優缺點與實際應用中的適用性。

關鍵詞：無損檢測;TOFD檢測技術;焊接接頭

0 引言

隨著我國經濟的蓬勃發展，特種設備的使用量逐年增長。無損檢測在特種設備的安裝、制造、改造和維修中具有舉足輕重的作用，而TOFD檢測技術（衍射時差法超聲檢測）作為無損檢測技術的前沿技術，較傳統無損檢測技術有其獨有的優越性，但其局限性與不足也應在實際操作中加以考慮。

1 TOFD檢測技術基本原理

TOFD檢測技術利用惠更斯原理，將一對頻率、角度和尺寸相同的縱波斜探頭按照一定的距離，即探頭中心間距（PCS），以對稱、非對稱或斜向的方式放置于焊接接頭兩側。若焊接接頭中無缺陷，那么通過接受探頭僅會接受到從發射探頭沿工件以最短路徑到達接收探頭的直通波，與從發射探頭經底面反射到接收探頭的底面發射波。若焊接接頭中有缺陷，那么接收探頭將會額外接收到缺陷上下兩個端點產生的衍射波。由于超聲波在異質界面處會產生波形轉換，如縱波轉換為橫波，兩種波在同種介質中波速不同，這就造成了接收探頭接收兩種波存在時間差，即衍射時差法超聲檢測技術的由來。

2 TOFD檢測技術優缺點

TOFD檢測技術在多方面具有優越性。

第一，對定位缺陷有非常高的精度，尤其是對于缺陷深度與缺陷自身高度，這兩個缺陷的參數對于評估缺陷對于安全性的影響來說有特別重大的意義。

第二，借助軟件分析與保存相關數據與圖片，對比傳統無損檢測來說更為直觀，且可以做到長期保存。

第三，由于依靠的是衍射信號，不依賴于波幅高低，因此TOFD檢測技術有較高的缺陷檢出率。但TOFD檢測技術依然有其局限性與不足。TOFD檢測技術存在上下兩個表面的盲區，下表面盲區，可以通過偏置非平行掃查來解決，但上表面盲區需要依靠其他手段輔助檢測，如磁粉檢測或滲透檢測搭配常規超聲檢測的方式解決。

3 TOFD檢測技術適用性分析

TOFD檢測技術雖然是目前較為先進的無損檢測技術，但使用該技術門檻較高，須在各方面要素均滿足的條件下才能實施，具體要求如下：

第一，檢測儀器和探頭須校準，應確保設備的水平線性、垂直線性、組合頻率、靈敏度余量和儀器的衰減器精度等組合性能滿足檢測標準的相關規定。

第二，應配備滿足檢測要求的對比試塊、掃查面盲區高度測定試塊、聲速擴散角測定試塊。在某些檢測標準中規定，檢測等級較高時，還應配備符合要求的模擬試塊。

第三，對掃查面打磨要求高。在某些檢測標準中要求打磨應清除焊接飛濺、鐵屑等雜質，表面應平整，表面粗糙度應不低于12.5微米。但在實際工作中，表面粗糙度應不低于12.5微米的要求是不能滿足現場的檢測要求的。要達到良好的耦合效果，表面粗糙度應達到6.3微米或3.2微米。掃查面打磨不好，不但間接影響工作效率，甚至直接影響TOFD檢測圖像的質量，或者完全無法得到TOFD檢測圖像。

第四，實施TOFD檢測人力成本高。鑒于目前在實際工作中掃查面打磨難度較大、打磨質量較差的現實，實施TOFD檢測需要四人同時完成。即第一人須按壓探頭，保證探頭與母材表面貼合良好;第二人須扶持編碼器，保證編碼器滾輪不能出現打滑、空轉等現象;第三人須對探頭移動區域施加耦合劑（一般為水），保證探頭與母材表面耦合良好;第四人須做好記錄工作并操作儀器，觀察圖像質量，協調其他三人保證TOFD檢測圖像的連續與完整，符合相關檢測標準的規定。

第五，實施TOFD檢測的效率不高。由于掃查面打磨質量較差，表面耦合不良，實施檢查時須多次反復操作才能得到合格的TOFD檢測圖像。且實際檢測過程中，對檢測空間要求較高。如某些狹小空間無法容納掃查器或操作掃查器的三人，造成檢測效率低下，甚至無法檢測。

第六，TOFD檢測無法對缺陷定性。TOFD檢測技術比較有把握區分上表面開口缺陷、下表面開口缺陷和埋藏性缺陷，但難以對缺陷的性質進行準確地判斷。對于需要確定缺陷性質的特種設備定期檢驗，須補充使用其他無損探傷方法，如射線探傷等無損檢測手段來確定缺陷的性質。

4 結束語

綜上所述，在校準了設備、補充了相關試塊、配備了合適的人員后，可以對表面打磨情況良好、檢驗時間充裕的承壓類特種設備進行TOFD檢測。隨著時間的推移，TOFD檢測技術會得到更多的無損檢測工作者的重視，使用TOFD檢測技術的企業機構及其人員會越來越多，可以肯定TOFD檢測技術在不久的將來會得到越來越廣泛的應用和更加深入的推廣。

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作者簡介：

陳立鞍（1985- ），男，遼寧鞍山人，本科學歷，工程師，研究方向：特種設備安全。