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1、TOFD检测技术和RT检测技术在焊接接头检测中的对比实验徐生东1 张鹏林2 （1.兰州石化公司建设公司 甘肃兰州730060；2.兰州理工大学材料工程学院 甘肃兰州 730060）摘要：本文介绍了TOFD 技术的基本概念、原理、特点，以及TOFD与RT技术对比试验结果等，并提出承压设备焊接检测工作使用TOFD 技术替代射线方法的新局面。关键词：TOFD技术 标准 射线检测 检测能力 对比试验 应用效果TOFDdetection and RTdetectiontechnology in the weldingexperimentsofjointdetectionXu Shengdong 1 Zh
2、ang Penglin 2(1Petrochemical Industries Co of Lanzhouconstruction company GansuLanzhou 730060;2College of materials engineeringLanzhou University of TechnologyGansuLanzhou730060)Abstract: This paper introduces the basic concepts of TOFD technology, principle, characteristics, and the TOFD and RT tec
3、hnology in comparison to the experimental results, and proposes the bearing pressure equipment welding inspection work using TOFD technology instead of X-ray method a new situation.Key words: TOFD technology standard ray detection ability contrast experiment and application effects1 概述由于TOFD的缺陷高检出率和
4、缺陷深度定位的准确性以及检测的高效率，TOFD技术在国内已用于天然气管道、加氢反应器等焊缝的检测。与X射线检测技术相比，TOFD技术更为直接、检测更快捷、准确度更高、可重复性更好，无需更多的安全防护措施，并能检测出X射线无法检测到的缺陷等特点。为验证TOFD检测技术相对于RT检测技术的优越性，以及在承压设备对接焊缝上的适用性，我们分别在焊接试板及承压设备筒体对接焊缝上联合进行了TOFD与RT检测能力对比试验。使用欧宁检测技术有限公司的Olympus检测系统，试验取得了较好的效果，并已成功地用于承压设备焊缝的检测2 TOFD的技术特点及原理TOFD技术作为一种较新的超声波检测技术，不同于以往的超
5、声脉冲反射法和声波穿透法等技术，它利用的是在固体中声速最快的纵波在缺陷端角和端点产生的衍射来进行检测。在焊缝两侧，将一对频率、尺寸和角度相同的纵波斜探头相向对称放置，一个作为发射探头，另一个作为接受探头。发射探头发射的纵波从侧面入射被检焊缝断面。部分波束沿近表面传播被接受探头接受，部分波束经底面反射后被接受探头接受，通过各个声波信号之间到达的时间差并形成特殊TOFD图象，显示缺陷位置、高度、形状等信息。特点是成像直观，检测速度快，能全程记录检测过程并可实现数据回放。在无缺陷部位，接收探头会接收到沿试件表面传播的侧向波和底面反射波。而有缺陷存在时，在上述两波之间，接收探头会接收到缺陷上端部和下端
6、部的衍射波。TOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声脉冲反射检测技术。相比常规的脉冲反射技术，当时的TOFD技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差1mm，而裂纹监测的误差0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。3 对比试验3.1 焊接试板的TOFD、RT检测3.1.1 焊接试板的工艺参数如下表：焊接试板的工艺参数试板编号材质板厚（mm）规格（mm）数量坡口形式焊接方法B2 B3 B4Q245RT=605006003X型SMAW3.1.2 焊接试板的TOFD检测（1）焊接试板采用两通道
7、非平行扫差方式进行检测。（2）检测区域为焊缝本身宽度加焊缝两侧热影响区范围。（3）焊接试板TOFD检测工艺参数如下表：焊接试板TOFD检测工艺参数频率晶片尺寸楔块角度探头延迟探头中心间距灵敏度设置扫查增量通道15MHz6mm705.2s76 mm直通波80%1mm通道25MHz6mm605.2s144 mm底波80%+25dB1mm（4） 检测数据的采集，对于确认为是相关显示的，应进行分类并测定其位置和尺寸，主要采集的数据有缺陷位置、缺陷长度、缺陷深度、缺陷自身高度。3.1.3 焊接试板的RT检测（1）焊接试板采用单壁单影Ir-192射线进行RT检测，照像质量等级AB级。（2）焊接试板RT检测
8、工艺参数如下表：A焊接试板RT检测工艺参数源种类Ir192设备型号DL-IID焦点尺寸33mm透照厚度(mm)52像质指数8透照方式纵缝单壁实际L3(mm)250拍片张(张)3源 活 (Ci)70曝光时间min19分胶片牌号柯达胶片AA400胶片规格80300像质计型号Fe (6-12)冲洗方式手工增感屏铅前0.1mm显、定影温度202显、定影时间5/15分钟后0.1mm（3） 底片上,定位和识别标记影像应显示完整、位置正确，底片评定范围内的黑度D应符合2.0D4.0，底片评定范围内不应存在干扰缺陷影像识别的水迹、划痕、斑纹等伪缺陷影像。（4） 检测数据的采集，对于确认为是相关显示的，应进行分
9、类并测定其位置和尺寸，主要采集的数据有缺陷性质、缺陷位置、缺陷长度。3.2 承压设备纵、环焊缝TOFD、RT检测： 3.2.1 承压设备纵、环焊缝工艺参数如下表：承压设备纵、环焊缝工艺参数：焊缝编号材质板厚（mm）焊缝长度（mm）数量坡口形式焊接方法环焊缝C1-1Q245RT=322501X型SMAW纵焊缝C1-2Q245RT=322501X型SMAW3.2.2 承压设备纵、环焊缝的TOFD检测。（1） 承压设备纵、环焊缝采用单通道非平行扫差方式进行检测。（2） 检测区域为焊缝本身宽度加焊缝两侧热影响区范围。（3） 承压设备纵、环焊缝TOFD检测工艺参数如下表：承压设备纵、环焊缝TOFD检测工
10、艺参数频率晶片尺寸楔块角度探头延迟探头中心间距灵敏度设置扫查增量通道15MHz6mm605.2s74mm直通波80%1mm（4）检测数据的采集，对于确认为是相关显示的，应进行分类并测定其位置和尺寸，主要采集的数据有缺陷位置、缺陷长度、缺陷深度、缺陷自身高度。3.2.3 承压设备纵、环焊缝的RT检测（1） 承压设备纵、环焊缝采用单壁单影Ir-192射线进行RT检测，照像质量等级AB级。（2）承压设备纵、环焊缝RT检测工艺参数如下表：承压设备纵、环焊缝RT检测工艺参数源种类Ir192设备型号DL-IID焦点尺寸33mm透照厚度(mm)32像质指数10透照方式单壁实际L3(mm)250拍片张(张)1
11、源 活 (Ci)70曝光时间min6分胶片牌号柯达胶片AA400胶片规格80300像质计型号Fe (6-12)冲洗方式手工增感屏铅前0.1mm显、定影温度202显、定影时间5/15分钟后0.1mm（3） 底片上,定位和识别标记影像应显示完整、位置正确，底片评定范围内的黑度D应符合2.0D4.0，底片评定范围内不应存在干扰缺陷影像识别的水迹、划痕、斑纹等伪缺陷影像。（4）检测数据的采集，对于确认为是相关显示的，应进行分类并测定其位置和尺寸，主要采集的数据有缺陷性质、缺陷位置、缺陷长度。4分析表征4.1焊接试板的检测对比分析4.1.1 B2焊接试板TOFD、RT检测，缺陷定位、缺陷定量分析。（1）
12、 B2焊接试板TOFD检测缺陷示意图如下：B2焊接试板TOFD检测缺陷示意图缺陷6缺陷5缺陷4缺陷3缺陷2缺陷1（2） B2焊接试板TOFD检测结果如下表: B2焊接试板TOFD检测结果序号焊缝编号焊缝厚度(mm)缺陷位置X(mm)长度L(mm)深度d1(mm)高度h(mm)1B260111192792B2601544526.903B2602681427.18.44B2604212436.605B2605554328.112.16B260448339.25.3（3） B2焊接试板RT检测缺陷示意图如下：B2焊接试板RT检测缺陷示意图缺陷2缺陷1缺陷3缺陷4（4） B2焊接试板RT检测结果如下表
13、:B2焊接试板RT检测结果序号检测部位编号底片 编号缺陷类型及数量1B21条形缺陷48mm2B21条形缺陷10mm3B22圆形缺陷12点4B23圆形缺陷30点4.1.2 B3焊接试板TOFD、RT检测，缺陷定位、缺陷定量分析。（1） B3焊接试板TOFD检测缺陷示意图如下：B3焊接试板TOFD检测缺陷示意图缺陷2缺陷3缺陷1（2）B3焊接试板TOFD检测结果如下表:序号焊缝编号焊缝厚度(mm)缺陷位置X(mm)长度L(mm)深度d1(mm)高度h(mm)1B360648826.4112B3602484883B3605454727.27.3 B3焊接试板TOFD检测结果（3） B3焊接试板RT检
14、测缺陷示意图如下：B3焊接试板RT检测缺陷示意图缺陷1缺陷2缺陷3（4）B3焊接试板RT检测结果如下表:B3焊接试板RT检测结果序号检测部位编号底片 编号缺陷类型及数量1B31未焊透3002B32圆形缺陷3B33未熔合704.1.3 B4焊接试板TOFD、RT检测，缺陷定位、缺陷定量分析。（1） B4焊接试板TOFD检测缺陷示意图如下：B4焊接试板TOFD检测缺陷示意图 缺陷1缺陷1（2）B4焊接试板TOFD检测结果如下表:序号焊缝编号焊缝厚度(mm)缺陷位置X(mm)长度L(mm)深度d1(mm)高度h(mm)1B460060026.221.4 B4焊接试板TOFD检测结果（3）B4焊接试板
15、RT检测缺陷示意图如下：B4焊接试板RT检测缺陷示意图缺陷1缺陷1缺陷1缺陷1（4）B4焊接试板RT检测结果如下表:B4焊接试板RT检测结果序号检测部位编号底片 编号缺陷类型及数量1B41未熔合300mm 4.2现场承压设备焊缝的检测对比分析4.2.1现场承压设备环焊缝C1-1 TOFD、RT检测，缺陷定位、缺陷定量分析（1） C1-1环焊缝TOFD检测缺陷示意图如下：C1-1环焊缝TOFD检测缺陷示意图缺陷2缺陷1（2）C1-1环焊缝TOFD检测结果如下表: C1-1环焊缝TOFD检测结果序 号焊缝编号焊缝厚度(mm)缺陷位置X(mm)长度L(mm)深度d1(mm)高度h(mm)1C1-13
16、228825902C1-132328178.90（3） C1-1环焊缝RT检测缺陷示意图如下：C1-1环焊缝RT检测缺陷示意图缺陷2缺陷1（4）C1-1环焊缝RT检测结果如下表:C1-1环焊缝RT检测结果序号检测部位编号底片 编号缺陷类型及数量1C1-111.条形缺陷222C1-112.条形缺陷154.2.2现场承压设备纵焊缝C1-2 TOFD、RT检测，缺陷定位、缺陷定量分析（1）C1-2纵焊缝TOFD检测缺陷示意图如下：C1-2纵焊缝TOFD检测缺陷示意图缺陷4缺陷3缺陷2缺陷1缺陷5缺陷6（2）C1-2纵焊缝TOFD检测结果如下表: C1-2纵焊缝TOFD检测结果序 号焊缝编号焊缝厚度(
17、mm)缺陷位置X(mm)长度L(mm)深度d1(mm)高度h(mm)1C1-232692612.402C1-2321201212.903C1-2321483812.804C1-2322002813.205C1-232266279.406C1-2323386811.50（3）C1-2纵焊缝RT检测缺陷示意图如下：C1-2纵焊缝RT检测缺陷示意图缺陷5缺陷4缺陷3缺陷2缺陷1（4）C1-2纵焊缝RT检测结果如下表:C1-2纵焊缝RT检测结果序号检测部位编号底片 编号缺陷类型及数量1C1-21条形缺陷42C1-21条形缺陷16圆形缺陷6点3C1-21条形缺陷194C1-21圆形缺陷18点5C1-21
18、条形缺陷274.3 TOFD与RT检测技术缺陷检出可靠性对比分析4.3.1 检测试件缺陷检出数量比较如下表：试件缺陷检出数量试件编号检测方法TOFDRTB264B333B411C1-122C1-265合计18154.3.2 从检出缺陷数量判断，TOFD检测检出缺陷18个，RT检测检出缺陷15个，说明缺陷检出率TOFDRT， RT检测漏检缺陷3个4.3.3 TOFD检测衍射信号不受声束角度影响，任何方向的缺陷都能有效发现，而射线透照厚度和缺陷形状对RT检测影响较大，对于较厚工件选择射线源检测灵敏度会下降，从而导致缺陷漏检。当射线垂直透照到自身高度较小的面积型缺陷时，极易发生漏检。4.4 TOFD
19、与RT检测技术检出缺陷定量精度分析4.4.1 缺陷的定量主要包括缺陷长度、缺陷深度，在现场承压设备环焊缝C1-1进行现场缺陷返修时，对缺陷大小及位置进行了实际测量，如下图：C1-1焊缝剖视缺陷图缺陷2缺陷1C1-1焊缝剖视缺陷长度测量图缺陷1缺陷2C1-1焊缝剖视缺陷深度测量图4.4.2现场承压设备环焊缝C1-1的 TOFD、RT检测技术检出缺陷长度及实际长度如下表：试件C1-1检出缺陷长度焊缝编号缺陷编号检测方法实际测量TOFDRTC1-1125mm22mm26mm217mm15mm17mm从检出缺陷长度可以得出如下结论：TOFD检测缺陷1长度误差1mm，缺陷2长度误差0mm；RT检测缺陷1
20、长度误差4mm，缺陷2长度误差2mm；因此，在长度定量精度方面TOFDRT。4.4.3 现场承压设备环焊缝C1-1的 TOFD、RT检测技术检出缺陷深度及实际长度如下表：试件C1-1检出缺陷深度焊缝编号缺陷编号检测方法实际测量TOFDRTC1-119mm/9mm28.9mm/9mm首先RT检测只能得到缺陷的俯视图信息，无法判断缺陷的深度和自身高度，这对于缺陷返修来说无法判断返修的深度和返修的顺序。从环焊缝C1-1检出缺陷深度可以得出如下结论：TOFD检测缺陷1深度误差0mm，缺陷2深度误差0.1mm。4.4.4 TOFD检测可以测定缺陷自身的高度，而RT检测无法测定缺陷自身的高度，这样对一些缺
21、陷的危害性就得不到充分认识。4.5 TOFD与RT检测技术缺陷检出所用时间对比分析4.5.1 检测试件检出缺陷所用时间数量比较如下表：试件检出缺陷时间（min）试件编号检测方法TOFDRTB23070B31570B4570C1-11030C1-23030合计90270（2） 从缺陷检出所用时间数量判断，TOFD检测检出18个缺陷所用时间90min，RT检测检出15个缺陷所用时间270min。因此缺陷检出速率TOFD检测为5min/个，RT检测为18min/个。说明缺陷检出时间TOFDRT。TOFD检测缺陷检出时间是RT检测缺陷检出时间的28%。（3） TOFD检测一次扫查几乎能够覆盖整个焊缝区
22、域，可以实现非常高的检测速度TOFD检测简单快捷，最常用的非平行扫查只需一人即可以操作，探头只需沿焊缝两侧移动即可，检测效率高，成本低。而UT检测需做锯齿扫查操作较繁琐耗时长，RT检测需要布片、曝光、洗片、评定过程繁琐，耗时长，效率低下。5. 检测应用在对比试验后，TOFD技术在承压设备对接焊缝现场制造、安装焊缝检测中试用。先后对多台容器筒体对接焊缝在UT检测合格后进行TOFD检测代替RT，并采用与对比试验相同的检测工艺。由于“丁字缝”处几何形状复杂，仍然采用RT。6结果与讨论6.1 TOFD检测结果与RT检测结果都是以二维图像显示，不同的是TOFD能对缺陷的深度和自身高度进行精确测量，而射线
23、只能得到缺陷的俯视图信息，对于判断缺陷危害性程度的重要指标，厚度方向的长度，射线是很困难的。6.2 TOFD技术可探测的厚度大，对厚板探伤的效果比较明显，但射线对厚板的穿透能力非常有限。6.3 TOFD技术检测缺陷的能力非常强，特殊的探伤方式使其具有相当高的检出率，约90%左右，而相比之下，射线检测的检出率稍低，大约75%，在实际工作中，我们也发现有TOFD检测出来的缺陷，X射线未能发现的情况，这给质量控制带来了极大的隐患。6.4 TOFD技术所采集的是数据信息，能够进行多方位分析，甚至可以对缺陷进行立体复原。这是因为TOFD技术是将扫查中所有的原始信号都进行了保存，在脱机分析中我们可以利用计
24、算机对这些原始信号进行各种各样的分析，以得出更加精确的缺陷判断结果；而射线检测只能将射线底片置于观片灯前进行分析，不可以再进一步利用软件对缺陷进行更加全面的分析。6.5 TOFD检测操作简单，扫查速度快，检测效率高；而射线检测过程繁琐，耗时长，效率低下。6.6 TOFD技术是利用超声波进行探伤，对检测时的工作环境没有特殊的要求。超声波检测是一种环保的检测方式，对使用人员没有任何伤害，所以在工作场合不需要特殊的安全保护措施；而射线检测因其放射的危害性受到国家政策的严格控制，现场只能单工种工作，降低了检测工作效率，阻碍了整个工程进度。6.7 TOFD检测成本低，重复成本少；而射线检测，建造暗室需要较高的投入，平时工作中的耗材成本重复发生，综合成本相对较高。-徐生东 1972年 男 汉族 甘肃 兰州石化公司 无损检测责任师 高级工程师 学士学位 RTIII UTIII PTIII MTIII TOFDII
