TOFD 超聲成像檢測技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用

葉義平

（黔南布依族苗族自治州檢驗(yàn)檢測院，貴州 都勻 558000）

工業(yè)經(jīng)濟(jì)在發(fā)展過程中，眾多的新工藝、新材料、新技術(shù)、檢驗(yàn)檢測方法也應(yīng)運(yùn)而生，與此同時(shí)，國家在安全生產(chǎn)方面也提出了更高的要求，企業(yè)為了強(qiáng)化安全、穩(wěn)定生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益而對設(shè)備提高管理，采取更先進(jìn)的檢驗(yàn)檢測技術(shù)來加強(qiáng)壓力容器的使用管理便成為保障壓力容器安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要方法和手段。隨著企業(yè)管理水平的提升，以及市場競爭激烈和安全生產(chǎn)的需要，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)已經(jīng)不能滿足企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需要，而一些新檢驗(yàn)檢測方法便受到了企業(yè)的關(guān)注和重視。例如，TOFD 超聲成像檢測技術(shù)由于對設(shè)備缺陷檢出率及可靠性高，使用方便。基于此，本文對TOFD 超聲成像檢測技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的運(yùn)用進(jìn)行了探討。

1 壓力容器使用管理要求

1.1 年度檢查

壓力容器作為特種設(shè)備，按照特種設(shè)備使用管理要求，使用單位作為安全生產(chǎn)的責(zé)任主體單位，要做好壓力容年度檢查，年度檢查也可以委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行。在正常運(yùn)行情況下，使用單位需對所使用的壓力容器，每年至少進(jìn)行一次檢查，年度檢查應(yīng)結(jié)合容器工作壓力、溫度、介質(zhì)、振動(dòng)、載貨以及環(huán)境影響等因素來制定年度檢查方案，年度檢查內(nèi)容包括壓力容器壓容器本體、附屬設(shè)備、儀器儀表、安全附件是否完好等方面的檢查。檢查工作結(jié)束后，根據(jù)檢查結(jié)果分析壓力容器安全狀況，確定安全等級，對檢查出的問題提出整改措施，消除設(shè)備安全隱患，保證壓力容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 定期檢驗(yàn)

壓力容器定期檢驗(yàn)是根據(jù)特種設(shè)備使用管理規(guī)定，由具有資質(zhì)的檢驗(yàn)檢測單位根據(jù)壓力容器檢驗(yàn)周期定期對壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)。壓力容器定期檢驗(yàn)內(nèi)容和要求嚴(yán)格按照固定式壓力容器安全技術(shù)規(guī)程的要求進(jìn)行，定期檢驗(yàn)工作包括資料審檢、宏觀檢驗(yàn)、厚壁后測定、表面缺陷檢測，對一些材質(zhì)要求較高以及特殊介質(zhì)工況下使用的設(shè)備，還需要增加埋藏缺陷、材質(zhì)分析等方面的檢測。為了提高設(shè)備隱患及缺陷檢出率，檢驗(yàn)中常采用射線、超聲、磁粉、滲透等主要檢測方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，其他無損檢測方法，如渦流檢測、聲發(fā)射檢測、漏磁檢測、超聲波衍射時(shí)差法(TOFD)等也被廣泛使用，方法和技術(shù)的應(yīng)用，在提高設(shè)備檢驗(yàn)質(zhì)量、提升檢驗(yàn)效率、降低檢驗(yàn)成本方面都有了大大的提高。

2 壓力容器檢驗(yàn)現(xiàn)狀分析

近年來，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中小企業(yè)數(shù)量不斷增加，壓力容器數(shù)量也在不斷增加，由于一些中小企業(yè)在安全管理方面經(jīng)驗(yàn)不足、安全意識(shí)淡薄，導(dǎo)致安全事故隱患也在加大。就其原因，一方面，是一些企業(yè)由于追求經(jīng)濟(jì)效益、不重視安全生產(chǎn)，對壓容力的年度檢檢及安全管理方面重視不夠，特別是對壓力容器的危害性認(rèn)識(shí)不夠，使得壓力容器安全隱患不斷增加，事故增多；另一方面，是一些企業(yè)在檢驗(yàn)檢測的技術(shù)和方法上重視不夠，在管理上不創(chuàng)新、在技術(shù)上落后，還停留在用老式的管理方法上，用肉眼來判斷和分析設(shè)備的安全狀況，對一些埋藏缺陷不能識(shí)別和判斷，進(jìn)而出現(xiàn)事故隱患，造成安全事故；其次，是一些有資質(zhì)的檢驗(yàn)檢測單位在定期檢驗(yàn)過程中，在檢驗(yàn)檢測質(zhì)量上重視不夠，在檢驗(yàn)檢測技術(shù)方面與先進(jìn)的檢驗(yàn)技術(shù)還存在一定的差距，在設(shè)備事故隱患及缺陷分析判斷上經(jīng)驗(yàn)欠缺，沒有根據(jù)設(shè)備使用工況、工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)、工作環(huán)境來分析設(shè)備可能產(chǎn)生的缺陷來制定檢驗(yàn)方法及方案，特別是一些先進(jìn)的檢驗(yàn)檢測技術(shù)，如渦流檢測、聲發(fā)射檢測、漏磁檢測、超聲波衍射時(shí)差法(TOFD)等的檢測方法及運(yùn)用方面還不夠深入，使得設(shè)備隱患檢出率不高，也給設(shè)備安全生產(chǎn)帶來一定的隱患。

3 TOFD 超聲成像檢測技術(shù)簡介

TOFD 超聲檢測技術(shù)是一種新的無損檢測技術(shù)，是一種依靠從試件或設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的“端角”和“端點(diǎn)”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法，檢測時(shí)，采用一發(fā)一收兩個(gè)寬帶窄脈沖探頭進(jìn)行檢測，探頭相對焊縫中心線對稱布置，發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)底面反射后被探頭接收，接收探頭通過接收缺陷尖端的衍射信號及其時(shí)差來確定缺陷的位置和自身高度，通過成像技術(shù)來達(dá)到缺陷檢測的目的。圖1 是TOFD 超聲成像檢測技術(shù)實(shí)施示意圖。

圖1 TOFD 超聲成像檢測技術(shù)實(shí)施示意圖

4 TOFD 超聲成像檢測技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢分析

TOFD 超聲成像檢測技術(shù)是在超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，利用衍射波進(jìn)行檢測時(shí)，衍射信號不受聲束影響的原理，檢測時(shí)任何方向的缺陷都能有效地發(fā)現(xiàn)，從而使該技術(shù)具有很高的缺陷檢出率。相對射線檢測，其成本低，使用方便、對環(huán)境要求不高，對人的身體無傷害。與其他無損檢測技術(shù)相比也有較多的優(yōu)勢，在速度檢測方面，除上下表面盲區(qū)外，一次掃查幾乎能夠覆蓋整個(gè)焊縫區(qū)域，檢測速度比較高；在可靠性方面，對于焊縫中部缺陷檢出率很高，能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，可以識(shí)別向表面延伸的缺陷；在準(zhǔn)確度方面，對缺陷垂直方向的定量和定位非常準(zhǔn)確，和脈沖反射法相結(jié)合時(shí)檢測效果更好。當(dāng)然，該技術(shù)在使用過程中也有其不足的地方，如近表面存在盲區(qū)，對該區(qū)域檢測可靠性不夠，對缺陷定性比較困難，對圖像判讀需要豐富經(jīng)驗(yàn)，橫向缺陷檢出比較困難，對復(fù)雜幾何形狀的工件比較難測量，不適合于T 型焊縫檢測等。

5 TOFD 超聲成像檢測技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的運(yùn)用

TOFD 超聲成像檢測是通過探頭來掃查被檢工件或設(shè)備表面來發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷，因此，檢測時(shí)，檢驗(yàn)人員要根據(jù)設(shè)備使用特點(diǎn)、結(jié)合使用工況、工作環(huán)境、檢測位置等具體情況來確定操作方法。壓力容器在制造及使用過程中，由于受環(huán)境及介質(zhì)的影響，難免會(huì)產(chǎn)生各種缺陷。比如，裂紋方面缺陷有器壁母材上裂紋、熱影響區(qū)裂紋、焊縫區(qū)裂紋，焊接缺陷有未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、咬邊、焊瘤、燒穿、弧坑等，因此在檢驗(yàn)過程中，檢驗(yàn)人員不僅僅工作經(jīng)驗(yàn)要豐富、熟悉設(shè)備操作技術(shù)，還應(yīng)具有分析和判斷設(shè)備可能產(chǎn)生何種的缺陷能力，以及應(yīng)用什么技術(shù)來檢測設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的缺陷，使檢驗(yàn)檢測工作更具有可靠性、準(zhǔn)確性。

5.1 檢驗(yàn)檢測基本要求

在檢驗(yàn)檢測工作中，為了能夠檢測準(zhǔn)確性高、提高檢驗(yàn)檢測工作質(zhì)量，就需要做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作。在儀器使用管理方面，檢測儀作為一種精密儀器，必須注意設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，要按照設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的要求做好儀器設(shè)備的管理，在檢驗(yàn)前對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和校對，檢驗(yàn)完成做好保管，以免影響儀器的靈敏度和精確度；在檢驗(yàn)準(zhǔn)備方面，必須對被檢設(shè)備表面進(jìn)預(yù)處理，如設(shè)備表面打磨除銹、周邊雜物的清理、檢測表面的處理等；檢測過程中，應(yīng)根據(jù)材料及工件厚度、被檢工件表面溫度來選擇合適的探頭、耦合劑類型、根據(jù)焊縫來確定探頭掃查位置、掃查技術(shù)和方法等；其次，TOFD 超聲成像檢測技術(shù)在使用過程中，還需要完全按照相關(guān)的步驟及流程進(jìn)行，不可以出現(xiàn)違規(guī)操作，因?yàn)橹挥型ㄟ^規(guī)范的操作，檢驗(yàn)結(jié)果才更準(zhǔn)確，檢驗(yàn)效率才能提高；檢測時(shí)，通過探頭沿著壓力容器焊接處進(jìn)行掃描，如果發(fā)現(xiàn)存在兩個(gè)完整的超聲波信號，說明壓力容器的焊接處并沒有問題的存在，如果出現(xiàn)了衍射波信號，那么，則需要由探頭進(jìn)行再次掃查，以便獲得更加準(zhǔn)確的參數(shù)。所以，設(shè)備的檢測要做到準(zhǔn)備充分，正確操作，只有充分準(zhǔn)備、正確使用、操作規(guī)范才能提高檢測的準(zhǔn)確性，降低和減少誤差的出現(xiàn)。

5.2 通過培訓(xùn)提高檢驗(yàn)工作質(zhì)量

在壓力使用管理過程中，由于壓力容器存在高溫、高壓及易燃、易爆、有毒介質(zhì)等特點(diǎn)，使得對壓力容器的使用管理要求較高，因此，如何提高企業(yè)安全生產(chǎn)管理，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行便成為企業(yè)安全生產(chǎn)管理的一個(gè)重要工作。

（1）要加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)管理。要結(jié)合容器的使用情況、工作原理、操作要求、失效機(jī)理來有針對性地對技術(shù)人員以及維護(hù)管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，使技術(shù)人員熟悉掌握設(shè)備介質(zhì)、溫度對設(shè)備的影響，設(shè)備結(jié)構(gòu)對設(shè)備使用的影響，通過各種因素分析設(shè)備可能失效的原因，進(jìn)而有預(yù)防性的、有針對性地去檢查和做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)。

（2）做好設(shè)備的檔案管理。設(shè)備基礎(chǔ)檔案是設(shè)備的重要技術(shù)資料，對設(shè)備操作管理、維護(hù)保養(yǎng)、事故隱患分析都具有極其重要作用。壓力容器資料管理包括出廠資料、使用登記證、安全竣工資料、檢驗(yàn)報(bào)告、維修記錄、事故記錄等。

（3）加強(qiáng)無損檢測技術(shù)能力的培訓(xùn)。無損檢測技術(shù)作為設(shè)備隱患檢查的重要技術(shù)和先進(jìn)工具，企業(yè)要高度重視。在當(dāng)前的很多企業(yè)管理中，對壓力容器安全管理不夠重視，對壓力容器的危害性還認(rèn)識(shí)不夠，為了追求經(jīng)濟(jì)效益存在僥幸心理，對先進(jìn)的檢驗(yàn)檢測技術(shù)方面缺乏投入，使得企業(yè)設(shè)備管理方面能力、對設(shè)備隱患的排查能力、設(shè)備的預(yù)防處理能力不能得到提升。因此，要提升設(shè)備管理水平，要加強(qiáng)技術(shù)人員業(yè)務(wù)能力的培訓(xùn)，熟悉設(shè)備檢驗(yàn)檢測的先進(jìn)技術(shù)，將檢測技術(shù)用于設(shè)備的檢查維護(hù)、維護(hù)保養(yǎng)、隱患排查等設(shè)備管理過程中。

6 TOFD 超聲成像檢測技術(shù)注意事項(xiàng)

目前，無損檢測的方法較多，不可否認(rèn)的是，任※※何檢測方法都不是萬能的，各個(gè)檢測方法有自身優(yōu)勢，也有一定的缺陷，檢測時(shí)需要優(yōu)勢互補(bǔ)、相互結(jié)合，可能使用一種檢測方法，也可能使用兩種或兩種以上方法的組合，檢驗(yàn)過程更要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)情況、設(shè)備使用情況、經(jīng)濟(jì)效益及性價(jià)比等來確定合適的檢驗(yàn)技術(shù)，只有這樣，檢驗(yàn)結(jié)查才更可靠，檢驗(yàn)方法才更科學(xué)，檢驗(yàn)?zāi)芰Σ拍艿玫教嵘髽I(yè)安全生產(chǎn)才能更有保障。

7 結(jié)語

總之，TOFD 超聲成像檢測技術(shù)是一種全新的技術(shù)，將其與傳統(tǒng)內(nèi)部檢測方法進(jìn)行比較，有著非常多的優(yōu)勢與特點(diǎn)，突破傳統(tǒng)缺陷檢測方法中的缺點(diǎn)，具有檢測速度快，缺陷檢出率高，能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，對缺陷垂直方向的定量和定位準(zhǔn)確、檢測時(shí)間短，沒有輻射等優(yōu)點(diǎn)，從而得到人們的重視以及廣泛的應(yīng)用。而技術(shù)和方法的使用對檢驗(yàn)檢測人員的工作經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)技術(shù)等都要求較高，需要不斷地學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗(yàn)，需要企業(yè)管理人員重視新技術(shù)的應(yīng)用、注重培訓(xùn)學(xué)習(xí)、持術(shù)提升等培訓(xùn)管理工作，才能使技術(shù)人員的技術(shù)能力得到提升，更好地分析和判斷設(shè)備的各種隱患，為設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。