TOFD技术在球形储罐检测中的应用

TOFD技术在球形储罐检测中的应用

车辉,段文康

新疆新正检测技术有限责任公司，新疆 乌鲁木齐市 831400

摘要：焊接质量直接影响球形储罐质量和使用寿命，因此，对球形储罐进行科学合理的管理和对焊接质量进行有效的无损检测，对于国民经济的发展和球形储罐安全运行来说是十分重要的。本文以TOFD技术在球形储罐检测中的应用为研究对象，分析了球形储罐无损检测过程中的问题和注意事项，旨在为相关领域的研究提供参考和指导。通过对TOFD技术原理的介绍和对球罐检测部位划分的讨论，探讨了TOFD技术在球形储罐检测中的优势和适用性。研究发现，相比传统的超声检测和射线检测方法，TOFD技术具有高效率和高灵敏度的特点，在大壁厚球罐中表现尤为出色。TOFD技术的应用可方便获取缺陷的深度和自身高度等信息，为球形储罐的安全评定和管理提供了可靠的依据。

关键词：无损检测； 球形储罐； TOFD检测；

1. 实施背景

    球形储罐作为一种常见的容器类型，广泛应用于储存有毒有害、易燃易爆物品的工业领域，因此球形储罐能否安全可靠的运行，事关国民经济的发展和行业的安全。焊接质量作为球形储罐的核心关键点之一，对其结构的稳定性和耐久性有着重要的影响。因此，对球形储罐进行科学合理的管理和实施有效的无损检测方法，成为确保其安全运行和延长使用寿命的重要任务。传统的球罐检测方法中，常使用中心曝光射线检测或超声波检测，然而这些方法存在一些局限性。中心曝光射线检测在实施过程中存在曝光时间长、环境污染、对人体健康的危害以及焊接工艺的限制等问题；超声波检测虽然对环境和人体无害，但在检测大壁厚球罐时存在信号衰减和难以准确定位缺陷等挑战。因此，迫切需要一种新型的、高效快捷的、对人体无伤害的无损检测方法来弥补传统方法的不足。TOFD（Time-of-Flight Diffraction，飞行时间衍射）技术作为一种先进的无损检测方法，具备了上述所需的优势。TOFD技术基于缺陷端点衍射信号进行缺陷定位和定量，采用纵波斜探头，能够准确获取缺陷的深度和自身高度等关键信息。相对于传统方法，TOFD技术不仅无污染、无伤害，还能够提高检测效率和准确性，同时不受焊接工艺的限制，使其在球形储罐检测中具有广阔的应用前景。

   为了实现球形储罐的安全运行和质量控制，本研究将聚焦于TOFD技术在球形储罐检测中的应用。通过对TOFD技术的原理和球罐检测部位的划分进行深入探讨，旨在为球形储罐无损检测提供技术支持和指导。

2. 检测实施依据的规范

1）GB 12337-2014 《钢制球形储罐》

2）GB50094-2010 《球形储罐施工规范》

3）NB/T47013-2015《承压设备无损检测》

3. 检测准备及人员要求

3.1、检测准备

3.1.1项目部人员及设备在工程开工前到达施工现场并建好项目部，达到开工验收的标准。这包括确保项目部所需的人员和设备提前到位，并且满足相关验收标准，以确保检测工作能够按时开始进行。

3.1.2项目部技术负责人在工程开工前，根据相关标准及工程技术要求，组织编制无损检测工艺方案，并在检测前对检测人员进行技术交底。技术负责人应负责制定检测的具体步骤和流程，并向检测人员详细说明技术要求和操作规范，以确保检测工作的准确性和一致性。

3.1.3检测机组在检测前，应依据工艺方案的要求，编制相应的工艺卡，对选择的工艺参数进行试验，结果符合后方可实施。检测机组应制定检测的具体操作步骤，并进行试验以验证所选用的工艺参数的适用性和有效性。只有当试验结果符合要求时，才能正式开始检测工作。

3.2、对检测人员的要求

3.2.1人员、设备、辅助材料配备必须满足工程进度需要。在进行检测工作时，必须确保有足够数量和合适类型的人员、设备和辅助材料，以满足项目进度的要求。这包括拥有足够数量的受过培训和有经验的检测人员，以及可靠的检测设备和所需的辅助材料。

3.2.2检测人员必须经过业务培训，并能够熟练掌握现场操作及图谱处理工作。做到专人专岗，这样能够有效地发挥自己的专长，使工作效率得到提高。为了保证检测结果的准确性和可靠性，检测人员需要接受相关的业务培训，包括理论知识和实际操作技能的培养。他们应该熟悉现场操作的流程和安全要求，并具备处理和分析检测图谱的能力。

3.2.3超声波检测人员和射线检测组检测人员均持有国定技术监督局颁发的Ⅱ级以上资格证书。

3.3、配置设备性能要求

3.3.1超声波检测主要配备全数字智能超声波探伤仪，实现现场超声波数据储存、打印和计算机通讯，精度高，灵敏度好、效率高，可一次储存400道焊逢的实时检测结果。

3.3.2项目部设有专人来维护保养设备，以确保设备的完好。

4. TOFD技术的原理

TOFD检测技术是一种基于缺陷端点衍射信号对缺陷进行定位、定量的无损检测方法，该技术采用一发一收模式，探头为纵波斜探头，当焊缝无缺陷时，接收探头接收到的前两个信号为直通纵波和底面反射纵波，若焊缝中存在缺陷，超声波入射至缺陷上时，除了产生反射回波，还会在缺陷的端部产生向各个方向传播的衍射波，此衍射波被接收探头接收后，其将位于直通纵波和底面反射纵波之间，通过测量直通纵波与衍射信号的传播时间差，即可得到缺陷的深度和自身高度。

探测器配置：TOFD检测系统由两个传感器组成，一个用于发射超声波，另一个用于接收超声波信号。通常，发射探头采用纵波斜探头，而接收探头是垂直于焊缝的探头。

超声波传播：TOFD检测开始时，发射探头向被测材料中发送一个超声波脉冲。这个脉冲在材料中以直线传播，部分能量会被缺陷反射或折射。

缺陷端点衍射：当超声波达到缺陷时，它会在缺陷的端点处产生衍射。衍射是波在障碍物周围弯曲传播时发生的现象。衍射信号沿着不同的角度传播并散射到材料中。

接收信号记录：接收探头捕捉到从缺陷发出的衍射信号，并将其转换为电信号。这些信号被记录下来以进行后续处理和分析。

A扫和B扫图像：TOFD检测系统通过处理接收信号，生成A扫和B扫图像。A扫图像是将接收到的信号强度与时间关联起来的图像，用于确定缺陷的深度。B扫图像是将接收到的信号强度与距离关联起来的图像，用于显示缺陷的形状和尺寸。

缺陷测量和评估：通过分析A扫和B扫图像，可以测量缺陷的深度、高度和长度。这些测量结果可以用于评估焊缝或材料中的缺陷，判断其对结构强度和安全性的影响。

5.球罐检测部位划分

   和射线检测一样，TOFD也是按段进行检测并形成该段的A扫和B扫图像。区段划分的原则主要有两点：一是利用球罐焊缝本身结构并根据脚手架搭设的实际情况，如2个字口间的焊缝可以算作一段；二是每段长度不宜过长，否则不利于缺陷的定位和焊接返修后复检，一般以不大于2m为宜。焊缝中心线重合，探头的移动速度不应超过100mm/s。对焊缝进行分段扫查时，则各段扫查区的重叠范围应不少于100mm。扫查过程中应密切注意波幅状况。若发现直通波、底面反射波、材料晶粒噪声或波型转换波的波幅降低12dB以上，应找出原因并重新进行扫查。若发现直通波波幅满屏或者晶粒噪声波幅超过20%时，则应降低增益并重新扫查。对怀疑为横向缺陷的部位增加垂直于焊缝方向的定点扫查。丁字口焊缝部位的扫查尤为重要，首先是焊接时该部位易产生缺陷；再者此处应力集中也容易产生危害性缺陷。因此，对于该部位，当从2个或3个方向进行扫查时，均应100%覆盖丁字口焊缝部位。

结论：通过对球罐现场检测发现，相比于常规超声检测、射线检测，TODF检测技术具有检测效率高、灵敏度高等优点，并且对于大壁厚球罐，TODF检测的优势更为明显，利用图谱可以方便获取缺陷的深度、自身高度等信息，为球罐的安全状况等级评定提供了依据。
        参考文献：
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