焊缝探伤超声TOFD法与射线照相法检验对比研究

焊缝探伤超声TOFD法与射线照相法检验对比研究

皮昌鹏

重庆工业设备安装集团有限公司无损检测分公司，重庆 400051

摘要:本文在关于焊缝检测中超声TOFD法和辐射照相法的缺点检测结果的比较研究中,从结构、仪器及其具体检测技术的多个方面入手,对后者展开研究。利用缺陷检测准确率的分析研究结果,可证明TOFD法在板厚超过12.7m的地方,其测厚和定宽准确度和射线照相法比较,都更快一点。

关键字:焊缝探伤检验;超声TOFD法;射线照相法;检测对比

1相关概念概述

1.1超声TOFD法

TimeOfFlightDiffraction(TOFD)超声波衍射时间法,是一项通过从待检试验自身构成(一般是指缺点)的"端角"和"端点"上获得的衍射能力来确定缺点的办法,以进行对缺点的检查、测量和定位技术。

其中,光衍射现象是TOFD技术应用的基础物理原理

绕射状态的说明:波在遇到屏障或小孔之后经过散射而持续传播的状态,按照惠更斯基础,同一媒质在上波阵面上的各点,均可认为是新发射子波的波源,而其后任一时候这个子波的包迹,便是该时新的波阵面。

TOFD技术通过一发一收的二个宽带窄脉波探头实现测量,探头相应于焊缝中心点垂直布设。发送检测器将生成非焦点纵波波束,以特定倾角入射到被检测工件表面中,并且部分波束沿近表层传递后被收到检测器接受,部分波束经近底面反射后被检测器接受。而收到检测器则利用收到缺陷尖端的衍射信息,及时差来判断缺口的部位以及自身高度。

1.2射线照相法

利用胶合层密度的变化规律确定胶接质量。它通常具有可获得直接的缺陷图形、提供了对缺陷在平面分布上的详细信息,且测量结果比较客观并易于保存。X射线摄影检查真实木板的粘合结构时,一般要在胶豁剂加人各种金属填料,以提高在胶接良好处时对X射线的吸收率,从而有利于胶接缺陷的检出。在这种情形卜下,可检出微小的气泡。同时X射线摄影也可检查蜂窝构件中液体的浸人情况和腐蚀状况。X射线常用于检测蜂窝芯,包括芯的变形、格子破裂、边孔的堵塞、蜂窝块底面板和蜂芯的滑动或芯的收缩等。也能在一定程度上分辨胶层的均匀度。为了提高检测速度和节省费用,还发展了屏幕显示技术和探头检测技术。

1.3焊缝检测TOFD方法和射线照相法的检测设备与仪器

在针对焊缝检测TOFD方法和射线照相法的检测比较结果进行研究的同时,还必须提前准备好相对应的检测资料与装置。通常焊缝试板都是选用长九mm或三十mm的低碳钢对接焊缝试板,要指出的是,每一种壁厚一般只会生产二块试板。在具体检测流程当中,所采用的系统为相控阵OMNISCAN系统,在每一个焊缝试板中,都特别结合了实际情况,选择符合事实所切的二个缺陷,同时对这些缺陷的大小、特性以及情况等也都会及时报告。

2焊缝探伤TOFD法与射线照相法检验方法

2.1射线照相检验方法

在实际应用过程中，射线照相方法的重点是按照国际焊接射线照相检验标准进行应用。此外，可以知道曝光曲线的问题是，当板的厚度在9–30之间时，可以通过140或200kVpX射线有效照明。

2.2超声TOFD检验方法

当实际使用超声波TOFD方法时，当检查板厚在9 mm到30 mm之间的焊接试板时，可以使用频带范围为10MHz、晶片孔径为3 mm甚至大于6 mm的纵波斜探头来更有效地检测它们。如果整个探伤过程中仅在相同条件下扫描整个探伤，则必须选择偶联剂或机油，整个扫描速度可限制在1 m/min以内。

3焊缝探伤超声TOFD法与射线照相法检验对比研究

3.1测缺陷长度

根据测量数据，射线底片上测量的缺陷高度有误差，但与实际高度基本一致。TOFD测量的缺陷宽度与实际缺陷宽度吻合较好。

当板厚较薄时，由于超声TOFD法存在盲区，焊缝缺陷的长度测量往往不准确，RT法更准确。然而，由于底板厚度的增加，TOFD检测技术与传统RT检测技术相比也显示出不可替代的优势。由此可见，TOFD法的准确度远高于RT法。

3.2测缺陷高度

用RT法测定焊缝缺口在板厚方向上的移动距离和高程尺寸,需要先在找到缺口后再用二次偏位曝光法,依据缺口和参考标记物在底板上的投影移动间距再用三角几何函数关系式算出较费时费力,通常也极少做。如使用TOFD法,在相控阵OMNISCAN中如果依据B扫描图形的定位数据信息,用基准导线与测试线夹住缺口扫查的间距,即为依据缺口左右端部定位就很易得出该缺口所在板厚度方向上的最大深度定位和高程尺寸数据资料信息。从TOFD法对薄板、中板、厚钢板等焊缝中缺口高程的测定结果,可知所测出的缺口高程与实际缺口一致。

从测试结果可以得出结论，表面缺陷深度和高度的条形图表明，tofdd扫描图像中的表面缺陷图像模糊不清，无法测量，这主要是由于TOFD测量技术中的6mm～8mm盲区造成的。当表面缺陷的衍射波信息和横波信息混合在一起时，如果将所有A扫描数据统一成d扫描图像，则表面缺陷的图像将非常模糊，分辨率很低。然而，

TOFD法在测量钢板中部和根部缺陷的深度和高度方面更为准确，已达到常规ut探伤测量。然而，综上所述，RT法很难直接测量缺陷并记录实际的人工缺陷和无缺陷的高度数据。

3.3缺陷检出率的比较

射线照相结果显示，在一个平面内，负片上存在缺陷。TOFD结果显示在d扫描图像-焊缝轮廓中。缺陷在板厚方面的深度位置和宽度尺寸，以及缺陷在焊缝方面的坐标位置和宽度尺寸。

通过将这两种方法的检测率与实际人工缺陷的检测率进行比较，可以看出，9mm～30mm厚焊接试板技术缺陷检测精度的比较结论如下：当板厚为9mm时，rt100%tofd75%；当板厚为13 mm时，RT为100%tofd75%；当板厚为16 mm时，RT为100%tofd75%；板厚25mmrt，TOFD为100%时；当板厚方向为30 mm时，TOFD为100%rt100%。可以看出，TOFD技术的缺陷检出率随着板材厚度的增加而增加。RT无法检测到的技术缺陷包括定向断裂、未熔结和未穿透，而TOFD规则没有上述限制。从以上结果可以看出，TOFD方法的筛选输出随板厚的增加而增加，安全性好。

3.4缺陷定性结果比较

利用RT,根据射线胶片上呈现的缺陷图像-一形态、部位和黑点的性质,结合生产技术领域的专业知识,也可以判断缺陷特征。利用TOFD的D扫描,可以通过D型显示器上提供的故障位置,识别出外观缺陷与内在缺陷,不过要判断故障类型、属性,还需要熟悉相关技术,累积知识。通常要利用TOFD的A型显示器AC波形中的相位数据,来推断故障类型、属性:

(1)断裂、未焊透等面形缺口:缺口左右端所形成的衍射波波幅相位以180°角反转。一般来说,在缺陷上端面和试件底面反射二者回波的波幅月相一致。

(2)吻突、夹渣的体积与形状缺陷:其衍射波观测不到相位反转现象,其下部的衍射波振幅较上部衍射波振幅小得多。

(3)表面上开口裂缝:可观测到下端衍射波,也可观测到表面波的衰变。

(4)底面开口裂纹:可观测到上端衍射波,也能观测到底面回波的衰减和延长。

(5)焊缝内部的面状缺陷:缺陷上下端衍射现象信号都能观测到,但二者相位完全相反。

由此可见,表观相位与侧向波动相等的信息,应认为由缺口下部形成;而表观相位与底部回波相等的信息,则认为由缺口上部形成,而由无高可测的缺口所形成。用TOFD法对缺口定量分析时,通常要辅以双探针在与焊缝垂直于方位上(Y向)移动位置的B扫描检查动作,求出缺口在焊缝横断面中的定位。总之,要依据缺口宽度、缺口信息(相位)及焊接技术方式等,对缺口特性进行综合评估判定。对6~25mm焊缝试板,用RT和TOFD(D扫描+B扫描检查)对缺口类型作评价测试的结论见图九。可见:用RT法判断缺口特性的准确度达百分之八十四,而用TOFD法准确度则为百分之九十一。RT法可以正确判断大部分缺口，但其中有些是夹渣、未熔结合，错误的观点是气孔。TOFD法可以正确评价大部分缺口，但弯钩会被误诊为夹渣和未熔结合。在TOFD法的应用中，如果用焊缝方向（Y方向）和声束方向（x方向）的d扫描和B扫描来检查“两个圆柱体在一起”、“互补相互作用”和A扫描射频显示的相位信号（交流波形），则启示结论和参考与RT法基本相同。

4结束语

综上所述，TOFD方法具有较强的缺陷检测能力和较高的缺陷高度测量精度。在未来，TOFD法有望得到更广泛的应用，不仅适用于简单几何形状对接接头的对接焊缝检验，也适用于复杂几何形状管道接头和套筒的角焊缝检验。TOFD法焊缝探伤的检测数据可以数字化、存储，并可以随时复制。也可用于评估在役设备的老化情况。

参考文献

[1] 李衍. 厚板焊缝TOFD检测及其与传统检测方法的比较[J]. 无损检测, 2007.

[2] 李衍. 焊缝TOFD法超声检测新技术的特性和应用[J]. 中国锅炉压力容器安全, 2003.

[3] 李衍. 超声TOFD法与射线照相法对缺陷检出能力的比较[J]. 中国锅炉压力容器安全, 2004, 20(5):5.