60mm厚工件TOFD检测工艺

时差衍射法（TOFD）检测技术在大壁厚工艺管道焊缝中的应用研究摘要工艺管道在海洋石油工业中应用广泛，主要用于输送原油、天然气、脱硫气体、氨气、循环水等，压力等级要求很高，存在泄露及爆炸的潜在危险。

TOFD检测技术的发展，在缺陷的精确测量方面有独特的优势，而且在大壁厚管道检测中应用的越来越多。

文章重点就实际应用TOFD技术中的优缺点及难点做了总结分析，并对技术难点的应用提出解决方案。

关键词时差衍射；TOFD；基本原理；大壁厚；工艺管道前言时差衍射法（TOFD）检测技术是20世纪70年代由位于英国哈威尔（Harwell）的英国无损检测中心的Mauric Silk 博士首先提出的[1]。

它具有缺陷检出率高、精度高等优点，这使得这一技术更具应用价值。

工艺管道在使用过程中，主要受管道中的介质和压力的长期影响，导致管道出现内壁的腐蚀、裂纹等缺陷，同时焊接过程中产生的各类焊缝缺陷（如裂纹、未焊透、未熔合等等）也将直接影响管道的使用安全和使用年限。

因此，提高检测技术确保管道安全稳定运行具有重要意义。

1 TOFD技术基本原理时差衍射法检测技术，就是利用超声波的衍射性能，通过两个探头，一个发射，一个接收信号来实现对被检工件内部的检测工作。

采用两个探头来检测的优势是：可以有效避免反射信号对衍射信号的掩盖，实现了缺陷的位置和深度的准确定位。

TOFD技术应用分析随着社会发展对能源的需求越来越大，在海洋石油装备制造过程中就出现了更多的大壁厚复杂管道结构的设计，目前在这类大壁厚管道焊缝的检测中，TOFD 技术起到了至关重要的作业。

我们主要通过实际焊缝的根部、内部及表面来对TOFD检测技术进行分析。

1.1 根部缺陷的检出在TOFD检测的图像中，焊缝的根部缺陷判别属于比较难的一种，主要是由于缺陷出现的位置极易与正常的根部信号重合，同时缺陷的大小、连续性等也都会直接影响它在图像中的显示。

针对以上问题，首先我们一般采用适合于被检工件厚度的探头角度；其次在扫查作业过程中始终保证正确的PCS距离；第三，采用稳定的耦合设备，保证耦合的正常稳定，才能保证数据的真实准确，最后在图像显示中，依然如果出现根部缺陷图像与根部信号重叠现象，运用评图软件的附带剪切功能，切除部分根部信号，使缺陷信号能比较清晰的显示。

******60mm压力容器TOFD检测工艺一、概述：二、编制依据：1、JB/T 4730.10《承压设备无损检测衍射时差法超声检测》；2、《固定式压力容器安全监察规程》。

3、******单位有关检测技术文件。

三、被检工件基本情况四、检测设备器材：1、仪器：*********2、探头规格：3、扫查装置：手动单轴扫查器，带滚轮编码器4、对比试块：46-66mm厚 Q345R对比试块。

（为工件的0.9-1.3倍之间）5、模拟试块：46-66mm厚 Q345R模拟试块。

（为工件的0.9-1.3倍之间）五、检测人员：1、TOFD检测的人员应当具备特种设备无损检测人员超声检测TOFD专项资格。

2、检测人员应熟悉所使用的检测设备；3、检测人员应熟悉有关的标准法规，具有实际检测经验并掌握一定的压力容器结构及制造基础知识；六、检测准备：1、确定检测区域检测区域应包括焊缝熔合线两侧各10mm的区域（根据4730标准“8.1.1.2.1 若焊缝实际热影响区经过测量并记录，检测区域宽度为两侧实际热影响区各加上6mm的范围”。

根据我公司的PQR，该焊缝的实际热影响区小于等于焊缝熔合线外4mm，故检测区域为焊缝熔合线两侧各10mm的区域），见下图：图2 检测区域画线：在焊缝两侧20mm 的位置各画一条线，作为扫查标记线。

2、探头选取和设置： （1）厚度分区：第一区：0-2/5t ，即0-24mm 第二区：24-60mm声束覆盖要求第一区：0-24mm采用我公司现有的7.5M 、ϕ3mm 、70°探头：声束交点深度为2/3*24=16mm ，故PCS=1.33*2.75*24=88mm 。

该探头声束覆盖范围见下图：60mm60mm22mm第二区：24-60mm采用我公司现有的5M、ϕ6mm、60°探头：声束交点深度为2/3*(60-24)+24mm=48mm，故PCS=2*48*tg60=166mm。

TOFD 检测步骤及要领1 原理介绍TOFD 技术有赖于超声波与缺陷端部的相互作用。

此相互作用的结果：在相当大的角度范围发射衍射波。

检出衍射波就能确定缺陷的存在。

信号的幅值用来发现缺陷，所记录信号的传播时间信息用来对缺陷进行定位定量。

TOFD 采用一对相同型号的探头一发一收，对置放置。

波速覆盖的扫查面中有缺陷时，直通波和底面回波之间还含有缺陷端部产生的衍射波，根据直通波、缺陷回波和底面回波三者的时间关系和两探头之间的位置，就能对缺陷进行定位、定量。

计算示意图见图1。

图1 计算示意图(1.发射探头 2.接收探头 A.侧向波 B.底面回波C.上端点衍射波D.试件厚度 S.探头间距的一半)则缺陷深度可由简单的几何关系得出：d =上(1)St c t c d 下下下∆+∆=4)(212(2)上下d d D -= (3)式中 c ：工件中纵波波速；S：1/2探头间距；d ：缺陷端点高度；t∆：A信号中上端点衍射信号出现的时间；上t∆：A信号中下端点衍射信号出现的时间；下D ：工件自身高度；2 探头角度、频率、尺寸和间距对检查的影响TOFD检测中，探头角度、频率、尺寸和探头间距的选择十分重要，四者起着相互制约的作用。

1探头角度大小的选择关系到声波能量的分布，大角度探头声波能量分布靠上，检测区域也就靠上，小角度探头能量分布靠下，相应的检测区域也就靠下。

2探头频率对检测的分辨力和声波衰减影响较大。

当探头频率较高，波形振动周期短，分辨力提高，但难发生明显衍射现象，且衰减大。

探头频率减小，波形振动周期长，分辨力下降，但易于发生衍射现象，且衰减小。

3 探头晶片尺寸的大小关系到声束扩撒角的大小和与弧面工件耦合效果，小尺寸晶片扩散角较大，声束覆盖面广，对于弧面工件耦合较好，但局部声能相对较低，进场长度相对较长。

大尺寸晶片声束扩散较小，声束覆盖面窄，对弧面耦合效果不好，但局部声能集中，进场长度较短。

4 探头间距大小的调节可以改变近表面和远表面的分辨力，但较远的探头间距对应的声波传输路径也相对较长导致声波衰减较大。

ISONIC TOFD设备操作步骤一、检测步骤1校对探头延迟。

Proof the probe delay μs2测探头前沿。

Measure the probe front distance3测试上表面盲区。

Measure the upper side dead zone4根据工件厚度计算PCS，测量通道间距，并根据计算所得的PCS及通道间距将探头安装在扫查架上。

Calculate PCS by the thickness, measure the distance of the channel, install the probe onto the sweep bracket5测试、安装编码器。

Test and set the encoder6在工件上精确地调整各通道的PCS，调节直通波与底波（对于单通道，探头置于焊缝同一侧（母材），使直通波中最高波的波达到满屏的40%-80%。

对于多通道，探头置于焊缝用一侧（母材），出现直通波的通道最高波达到满屏的40％-80％；出现底波的通道最高波达到满屏的80％，再提高20-32dB；未出现直通波和底波的通道，可将材料的晶粒噪声设定为满屏高的5％～10％作为灵敏度。

），并做好扫查准备。

7设置扫查长度2008的扫查长度为实际工件长度+20mm+通道最大间距，2007的扫查长度为实际工件长度+20mm，选择编码器。

8划线、开始扫查注意探头不要偏离焊缝，扫查表面的温度为0℃～50℃同时注意耦合，且各分区的A扫描时间窗口在深度方向至少覆盖相邻检测分区在厚度方向上高度的25%，并保存记录检测数据。

二、参数设置2008基础参数：抑制为0 声速为5930m/s 增益大于40dB激发参数：激发模式为双晶激发等级为8 重复频率3通道为900 Hz，2通道为600 Hz，1通道为300 Hz接收参数：滤波器激活低频为零高频比探头频率略高波形模式射频抑制为0闸门A激活闸门B关闭仪器中输入的声程要比计算值大一些，显示延迟要比计算值小一些2007基础参数：抑制为0 声速为5930m/s 增益大于60dB激发参数：感抗关闭激发模式双晶激发等级为12 激发等级选项在保存选项正上方重复频率300Hz接收参数：抑制为0 波形模式为射频探头频率：范围中间值为探头频率闸门A激活闸门B关闭仪器中输入的声程要比计算值大一些，显示延迟要比计算值小一些。

TOFD检测通用工艺Q/SCC·CNPC·G·8005—2007 1 适用范围1.1 本工艺规定了衍射时差法超声检测（以下简称“TOFD”）人员应具备的资格、所用器材、检测工艺参数和验收标准以及采用TOFD检测承压设备的方法和质量分级要求。

1.2 本工艺依据JB/T4730.10的要求适用于同时具备下列条件的焊接接头：a）材料为低碳钢或低合金钢；b）截面全焊透的对接接头；c）工件厚度t：12mm ≤t≤400mm（不包括焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时，取薄侧厚度值）。

与承压设备有关的支撑件和结构件的衍射时差法超声检测，可参照本部分使用；对于其他细晶各向同性和低声衰减金属材料，也可参照本部分使用，但应考虑声速的变化。

1.3 本工艺满足《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB150的要求。

1.4检测工艺卡是本工艺的补充，可由II级或III级人员按合同要求编写，其工艺参数及其他相关的技术要求规定更具体。

2 引用标准1) JB/T4730.10《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》；2) JB/T 4730.1-2005 《承压设备无损检测第1 部分：通用要求》；3) JB/T 10061-1999《A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》；4) JB/T 10062-1999《超声探伤用探头性能测试方法》；5) TGS R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》；6) GB150-1998《钢制压力容器》3 术语和定义标准JB/T4730.10中给出的TOFD技术专用定义和术语适用于此工艺。

4 检测人员4.1 从事TOFD检测的人员应当按照相关安全技术规范要求，获得特种设备无损检测人员超声检测TOFD专项资格，方可从事相应资格等级规定的检测工作，并负相应技术责任。

4.2 TOFD检测人员应熟悉所使用的TOFD 检测设备.4.3 TOFD检测人员应具有实际检测经验并掌握一定的承压设备结构及制造基础知识。

四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测规程（试行稿）华电郑州机械设计研究院有限公司二滩水电开发有限责任公司2010年8月目次前言 (Ⅱ)1范围 (1)2规范性引用文件 (1)3术语和定义 (1)4一般规定 (5)5检测系统 (5)6试块 (6)7检验等级 (8)8检测准备 (8)9检测系统设置和校准 (11)10检测 (13)11检测数据的分析和解释 (13)12对非平行扫查发现的相关显示的辅助检测 (15)13缺欠评定 (16)14检测报告 (16)附录A（资料性附录）参考试块 (18)附录B（资料性附录）缺欠深度、高度及表面盲区高度的计算 (20)附录C（资料性附录）衍射时差法超声检测报告格式 (21)前言衍射时差法超声检测技术作为一种独立的无损检测方法，具有环保、对人体无伤害、缺欠检出率高、缺欠尺寸定量精度高、检测结果能图像化存储及便于实现自动扫面等优点，目前该项检测技术已经在许多大型水电站的焊缝检测中应用。

本规程起草过程中查阅了大量国内外技术资料和相关标准，同时参考了GB/T 23902-2009《无损检测超声检测超声衍射声时技术检测和评价方法》，CEN/TS 14751-2004《焊接---衍射时差法超声检测在焊接检验中的使用》，ASTM 2373-2004《采用衍射时差法超声检测的标准实施规程》，NVN-ENV 583-6-2000《无损检测超声检测第六部分:超声衍射声时技术检测和评价方法》，BS 7706-1993《用于缺陷探测、定位和定量的衍射时差法超声检测的校准和设置指南》，NEN 1822-2005《衍射时差法超声检验技术验收规范》，ASME code case 2235-9《锅炉压力容器案例——超声波代替射线检验》等标准中的部分内容；进行了大量的试验研究，并结合其他水电工程中的实际应用经验，在力求技术先进、经济合理和安全可靠的原则下，明确了四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测的方法及缺欠评定要求。

TOFD探头声场测试工艺试验一、准备器材1.TOFD仪器2.试块：CSK-IA3.探头：根据检测工艺选取探头和锲块4.量角器或直尺二、原理利用CSK-IA试块的100mm半径弧面测量-12dB扩散角。

圆心到达各个弧面的距离相同，即声程相同。

声程相同即在时间方向上的衰减相同。

将装有发射探头楔块放在圆心处，另一个探头在60度附近的弧面上找到最高波即是主声束，在弧面上移动找该最高波降低1/4处即是-12dB扩散角。

图1. -12dB扩散角示意图三、操作A．探头前沿测试1.将探头、楔块、探头线连接到仪器上，打开仪器。

2.点击仪器“菜单”按钮，选择“辅助计算”，选择“探头前沿”。

3.点击“前沿测试”，测量处探头前沿长度L。

方法详见仪器上的说明。

B．测量主声束角度1.点击仪器“菜单”按钮，选择“常规设置”，选择“仪器”。

2.点击“检波方式”，设置为“全波”。

3.将装有发射探头的楔块放在距离CSK-IA试块弧面一端100mm-L÷2的位置。

4.将接收探头卸掉楔块，在CSK-IA试块弧面60度附近处移动找到最高波，固定接收探头，移动调整发射探头找到最高波，再次固定移动探头调整接收探头找到最高波。

5.测量并记录此时角度θ0，并调节增益，使最高波到满屏80%。

θ0即为该探头楔块组合的主声束角。

C．上-12dB扩散角测量1.向弧面上方移动接收探头，找到波高降低到满屏的20%处。

2.测量并记录此时的角度θ1，若波幅始终大于满屏的20%，则θ1=90°3.则上-12bB扩散角为θ上=θ 1 -θ0D．下-12dB扩散角测量1.向弧面下方移动接收探头，找到波高降低到满屏的20%处。

2.测量并记录此时的角度θ23.则下-12bB扩散角为θ下=θ0-θ2一、准备器材1．TOFD仪器2．盲区试块：试块应符合JB/T 4730.10-2010标准中第6条之规定，加工有深度分别为1mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8mm上开口槽，以及深度分别为3 mm、4mm、6 mm、7 mm、9 mm、10 mm、12 mm、13 mm的φ2侧孔。

目录1编制的目的和适用X围12引用标准、规X13术语定义14检测人员要求25检测设备、器材和材料26检测表面要求57检测时机68TOFD检测技术工艺68.1 TOFD检测基本程序68.2检测前准备68.3表面盲区确定78.4横向缺陷78.5探头-12dB声场测试88.6与其他无损检测方法的综合应用88.7现场条件要求98.8检测准备98.9检测系统设置和校准138.10 检测168.11数据文件的命名规则168.12焊缝检测记录179检测数据分析和解释179.1检测数据的有效性评价179.2相关显示和非相关显示179.3缺陷位置的测定189.4缺陷尺寸测定209.5检测结果的评定和质量等级分类20 10编制专用检测工艺卡2311检测流程2112检测记录、报告和资料存档21附件1衍射时差法超声检测工艺卡26 附件2衍射时差法超声检测报告28附件3TOFD检测返修通知单32附件4衍射时差法超声检测记录341编制的目的和适用X围为了保证本公司检测工作质量，提供准确可靠的检测数据，特制定本通用规程，本规程对衍射时差法超声检测（TOFD）中各环节质量控制要求作出了规定。

本通用规程适用于以下焊接接头的TOFD检测。

1.1材料为碳素钢或低合金钢；1.2全焊透结构型式的对接接头；1.3工件厚度t：12mm ≤t≤100mm（不包括焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时，取薄侧厚度值）。

1.4与承压设备有关的支撑件和结构件的衍射时差法超声检测，可参照本规程使用；对于其他细晶各向同性和低声衰减材料，也可参照本规程使用，但要考虑声速衰减。

1.5 对于非特种设备的TOFD检测，参照本作业指导书执行。

2引用标准、规X、文件2.1《承压设备无损检测》/T 4730.1～5 -20052.2 《承压设备无损检测》第10部分：衍射时差法超声检测NB/T47013.102.3 《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-20102.4《钢制球形储罐》GB12337-20102.5无损检测术语超声检测（ISO5577:2000）GB/T12604.12.6XX鹰扬智能科技工程XX 质量管理体系文件3术语定义GB/T 12604.1、/T 4730.1、NB/T47013.10、本公司的《质量管理手册》、《质量管理体系文件》界定的以及下列术语和定义适用于本通用检测规程。

超声TOFD检测方法超声TOFD检测技术的起源和国外发展现状TOFD（TimeOfFlightDiffraction）技术是1972年国际原子能中心的哈韦尔（英国原子能权威人士一UKKAEA）提议下发展而来。

TOFD最初的发展仅仅是作为定量工具，最初的想法是：使用常规技术探测到缺陷后使用TOFD 进行精确的定量和监测在线设备裂纹的扩展（例如检测压力容器）。

很多年以来TOFD一直在实验室里，各国做过大量实验直到八十年代才为业界所认同；在这些实验中，用事实证明了TOFD在可靠性和精度方面都是非常好的技术。

自上世纪9O年代起，超声TOFD检测法在国外工业无损检测领域已得到广泛应用，欧、美、日均已推出相应的应用标准。

1992年英国标准BS7706问世，1996年美国ASME标准将其列入规范案例2235和第v卷《无损检测》附录，2000年欧、日分别推出专用标准。

用于不同壁厚的承压设备焊接接头的制造和在用检测。

二超声TOFD检测技术国内发展现状2.1超声TOFD检测设备的研制武汉中科创新技术有限公司国产研制的国产第一台便携式TOFD超声波检测仪2005年研制成功,2006年HS800型产品在特检行业应用,2007年底HS800成型产品推出市场，2008年产品开始销售，并逼迫进口TOFD检测仪器价格”跳水”2.2超声TOFD检测人员的培训与考核二OO七年开始到目前国家特种设备无损检测人员资格考委会共组织了三次培训与考核，考核通过人员颁发了超声TOFDII级资格证书。

2.3国内锅炉压力容器压力管道中超声TOFD检测技术的应用的规定二OO七年六月七日发布的关于进一步完善锅炉压力容器压力管道安全监察工作的通知（国质检特函〔2007〕402号）对超声TOFD检测技术的在锅炉压力容器压力管道中的应用规定如下：第六条、关于衍射波时差法超声波检测（TOFD）方法的应用对现场制造壁厚度60mm以上的压力容器，可以采用TOFD检测方法替代射线法进行无损检测。