在役長輸管道環焊縫TOFD與RT檢測結果對比分析

武丁 王雪臣 張洪飛 張釗

海洋石油工程股份有限公司 山東青島 266500

1 射線檢測的特點

因X射線機受自身能量限制，對于壁厚較薄20mm以下（雙壁單影透照條件下）時較為適用。對于壁厚較大（焊縫厚度增大，X射線透照難度增大）常采用γ射線進行檢測。與X射線檢測相比，采用γ射線檢測在役長輸管道環焊縫，具有省時、省力、高效的優點。因而，大部分厚壁在役長輸管道環焊縫檢測通常采用γ射線進行檢測[1]。

射線檢測的優點是：

（1）射線檢測結果比較直觀，射線檢測底片上反映的圖像是缺陷的幾何投影形狀，因此對檢測結果評定較容易。

（2）焊縫中的缺陷定性容易，定量、定位也方便。

（3）檢測結果可以長期保存。

射線檢測的不足：

（1）對體積型缺陷的檢測靈敏度高，對面積型缺陷的檢測靈敏度較低，若當射線透照方向與面積型缺陷垂直時，射線就很難檢測出來，只有當面積型缺陷與射線方向平行或接近平行時才能夠對其進行有效的檢測，因而為了提升缺陷檢出率，需借助于超聲波檢測進行補充檢測。

（2）從環保和安全角度考慮，射線對周邊環境影響較大，對操作人員的身體產生傷害。

（3）若采用γ射線檢測時，考慮半衰期的影響，γ射線源會逐步衰減，單次曝光時間逐漸延長；隨著曝光時間的延長，底片的灰霧度會增大，清晰度會降低，影響缺陷檢出率。

2 TOFD檢測特點

TOFD衍射時差法超聲檢測，是采用一發一收探頭工作模式。以焊縫檢測為例，在焊縫兩側，將一對頻率相同的縱波斜探頭相向對稱放置（入射角的范圍通常是45°-70°），一個作為發射探頭，另一個作為接收探頭。發射探頭發射的縱波從側面入射到被檢焊縫斷面，在無缺陷部位，接收探頭會接收到沿工件表面傳播的直通波（lateralwave）和底面反射波（backwallecho），而在有缺陷存在時，在上述兩波之間，接收探頭會接收到缺陷上端部和下端部的衍射波。根據直通波和由缺陷上下端點產生的衍射波及底波到達接收探頭的傳播時間差與聲速的關系，即可準確地測出缺陷（如裂紋）的埋藏深度和自身高度。若有缺陷，缺陷上下端點形成的衍射波便在直通波之后，早于底面反射波到達之前被接收到。

3 檢測效率

TOFD檢測因其聲束指向性特點，焊縫覆蓋范圍大，只須進行線性掃查，即可對焊縫完成掃查，平均5-10分鐘可完成1道直徑1016的長輸管道環焊縫的檢測工作量，檢測完成后半小時內便可以出結果。射線檢測因其需要經歷曝光、洗片等環節，耗費時間多，檢測周期較長，檢測效率較低。以直徑1016mm的長輸管道環焊縫為例，一般情況下，定向X射線機一次透照長度不超過800mm，根據管電壓不同，拍片一次需要30-50min不等（甚至更長）。γ射線源雖然一次拍片數量較多，但由于大部分采用雙壁單影曝光，根據γ源的活度和工件壁厚不同，透照時間一般在20-60min不等。因而，射線檢測從拍片開始，經底片沖洗到評定出結果需要約4-6小時時間，且射線檢測經常由于照射角度、檢測位置、沖洗環節失誤等經常造成廢片，還需要重新補拍。以1道Φ1422×30．8mm的在役長輸管道環焊縫為例，采用TOFD檢測用時1-2小時天就可以完成該環焊縫的一次全面掃查工作并給出檢測結果，采用X射線檢測5-10小時才能完成環焊縫的拍片、洗片、評片，給出檢測結果。相比之下，在役長輸管道環焊縫檢測時，TOFD檢測的檢測速度較快，效率較高[2]。

4 適用厚范圍

TOFD方法可以通過調整探頭的設置來確保對檢測區域的覆蓋和良好的檢測效果，適用于厚度為12-400mm的對接焊縫檢測，在此厚度范圍內，該方法具有較高的缺陷檢出率和靈敏度。射線檢測方法在檢測厚工件時需要高能量的射線檢測設備，350kV便攜式X射線機透照厚度一般小于50mm，對厚度大于100mm的工件照相需要使用加速器或Co60，在在役長輸管道檢測現場一般難以實現。此外，隨著被檢管道的壁厚增加，射線檢測的絕對靈敏度下降，小尺寸缺陷以及一些面積型缺陷漏檢的可能性也隨之增大。

5 安全性

TOFD是利用超聲波對工件缺陷狀況進行檢測，對檢測人員無任何身體傷害且環保。射線檢測有較強的電離輻射危害，會對人體組織造成損傷，因此射線檢測作業時需要對作業區域進行清場并封閉或者隔離，射線檢測工作人員的受照劑量也有著嚴格的限制。隨著近年來公共安全的不斷加強，射線檢測的安全要求也越來越嚴格。

6 局限性

任何一種檢測方法的應用都有局限性，TOFD檢測和射線檢測也不例外。射線檢測的結果雖然直觀，但是較難檢測出焊縫中存在的細小裂紋和層間未熔合；當長輸管道直徑較大采用γ射線源進行中心曝光法時，較難檢測出焊縫中存在的面狀缺陷；此外，射線檢測較難確定缺陷的埋藏深度和自身高度。TOFD檢測雖然能較為準確地檢測出缺陷的長度、自身高度和埋藏深度，但是較難檢測出掃查表面和近表面存在的缺陷，也較難確定缺陷的性質。可以依據合理的工藝改善減小[3]。

7 結語

在長輸管道環焊縫檢測中，TOFD檢測技術在一定條件下可以代替射線檢測，隨著我國工業化進程的加快，TOFD技術在我國將會得到更廣泛的應用前景。

對射線檢測結果和TOFD檢測結果不一致時，應根據檢測對象和可能的缺陷類型進行理論分析，輔助UT、MT等其他檢測方法進行補充檢測。

TOFD檢測技術具有缺陷檢出率較高、實時成像記錄、環保等優點，對于長輸管道環焊縫檢測是一種新型有效的無損檢測方法。