超声波衍射时差法分层检测技术在球罐安装检测中的应用

1、超声波衍射时差法分层检测技术在球罐安装检测中的应用贺全伟平雪原何云陈德超邓昌明（武汉一冶钢结构有限责任公司，武汉430415）摘 要：随着我国超声波衍射吋差法（简称tofd）检测标准的出台，应用tofd检测技术对1000m3<气球罐进行了 t0fd检 测，采用该技术对壁厚58 mm的安装焊缝对接接头进行了分层检測。通过合理设置工艺参数，得到了良好的检测效果。tofd 检测技术具有安全环保、扫查记录数字化存储、可以长久保存等优点。通过采用tofd检测技术，不仅降低了检测成本，提 高了检测效率，而且避免了球罐因采用传统y射线检测需多次拆装脚手架，节约了施工成本，保证了施工进度，同时也提高 了

2、检测的可靠性。关键词：t0fd检测；球罐；安装焊缝；对接接头；分层application of tofd layered technology in the spherical tank installationhe quanwei ping xueyuan he yun chen dechao deng changming（wuhan yiye steel structure co., ltd, wuhan 430415 china）abstract: with the introduction of tofd testing standards in china, the tofd dct

3、ection technology was applied to a 1000 ms the oxygen spherical tank and the butt joints of 58 mm wall thickness layered weld by setting reasonable process parameters, the good detection resul ts were got tofd detection technology has the tidvantages of safety and environmentai protection, seanning

4、records digi taily stored tofd detection technology not only reduce the cost of testing, and improve the detection officiency, and avoid the repeatedly dismantling scaffolding for the spherical tank traditio nal gamma-ray detection, and save con struct! on cost, and ensure the con struct! on schedul

5、e, as well as improve the detection reliabilitykey words: tofd detection； spherical tank； installation weld； butt joint； layered随着我国特种设备行业第一部超声波衍射时差 法（tofd）检测技术的标准规范nb/t47013. 10-2010 承压设备无损检测的岀台,我国特种设备无损检 测行业开始应用t0fd检测技术。由于t0fd检测技术 具有检测结果可靠性好、缺陷检岀率高、定量精度高、 检测过程方便快捷、拥有可靠的tofd打查图像、打查 记录数字化存储、可以长久保存、安

6、全环保等优点， 开始了在球形储罐安装焊缝对接接头无损检测领域的 研究和应用。2011年5月，应用tofd检测技术对云 南安宁某公司的1000代氧气球罐安装焊缝对接接头 进行了 tofd分层检测。该球罐的主要技术参数见表1, 坡口形式见图lo60° ±5°图11000 m3氣气球罐球壳板组对接坡口示意表1： 1000m3氧气球雒设计基本参数名称规格/mm材质焊接方法坡口形式工作介质设备状态焊缝宽度/mm1000m3球罐<1)12300x58q370r焊条电弧焊x氧气在制（安装内50,外281球罐检测工艺的确定1.1探头的选择该球罐壁厚为58mm,根据nb/t4

7、7013. 10-2010标 准的规定，当工件厚度t > 50mm时，应在厚度方向 分区域检测。标准推荐的不同壁厚范圉可达到足够分第一作者：贺全伟.男.1983年出生.大专.助理工程师email : 124315708收稿日期:2012-10-26辨力和评定范围的探头参数如表2所示。根据表3所示的分层参数，采用非平行扫查可以 覆盖到的检测范围见图2。工件厚扫查次深度范标称频声束角晶片直声束度/mm数/次fis/nui率/mhz&/c )径/mm交点12 1510t15770-60242t/315 3510t10570 60262t/335 5010t5370-603621/302

8、t/57. 5570 6036lt/155010022t/5t5360 45612lt/5表2：不同壁厚时tofd探头参数推荐值注：t为工件厚度，mnu图2：球壳板对接接头tofd非平行扫查示意由表2所示，综合讣算，选择分2层进行检测。 上层选择频率5mhz、晶片直径2 6、声束角度70°探 头，下层选择频率3m11z.晶片直径26、声束角度60° 探头叫探头前沿、探头声束交点、探头中心间距（简称 pcs）值和声束扩散角等分层参数见表3所示。表3：分层参数分层厚度 /mm探头 频率 /mhz声束角度 /c ）晶片 直径 /inm探头前沿/mm鷲/nlmpcs 值/mm声束扩

9、做角/（o ）023257061215.4784. 9954-9023.2-5836061246.4160.740 90当采用非平行扫查时，从图2可以看出，热影响 区没有全部覆盖到。所以我们必须增加偏置非平行打 查补充检测热影响区。从图2述可以看出，偏置余量 为16. 5mm,但考虑到焊缝边缘的不平直性，我们选择 了左右各偏置15mm进行偏置非平行扫查。图3所示为釆用左偏置15mni的偏置非平行扫查示 意图。从图3上可以看出，左侧内表面有宽度为3. 32mm 的热影响区未覆盖到。此时的其覆盖范围的最大轴偏 离盲区即为3. 49mmo35 一 15.内壁图3：球壳板对接接头toed左偏芒15mm

10、非平行扫査示意1.2盲区计算t0fd检测存在2个表面盲区。1）扫查面盲区，其高度为：式中：c为声速；几为直通波宽度（直通波脉冲持续 时间，与频率和探头带宽有关）；s为探头屮心间距 的一半；实测盲区值大致在亿值取1.2个信号周期和1.5 个信号周期的计算值之间。几值取1. 5个信号周期， 通过计算得出，第1层的扫查面盲区最大为8. 8mm, 第2层的扫查面盲区最大为15. 5mmo2）底面轴偏离盲区，其高度为：式中：h为工件厚度；s为探头中心距的一半；x为轴 偏离值。通过采用非平行扫查及左右各偏置15rmn非平行 扫查时，如图3所示，探头屮心距热影响区下表面的 最大距离为35mm,故最大轴偏离盲

11、区为3. 49mnio 1.3扫查方式的确定图4所示为釆用非平行扫查及左右各偏置15mm 非平行扫查3种方式组合后焊接接头所覆盖到的检测 范围。图4：球壳板组对焊缝对接接头tofd 3种 扫查方式组合片的检测覆盖范国示意从图4上可以看岀上表面有深度为5. 97mm的扫杳 面盲区，下表面冇深度为3. 49mm的轴偏离盲区。将再采取磁粉检测方法和脉冲反射法超声检测方法进行补 充检测。1.4 a扫描时间窗口的设置确定好分层和pcs后，第1层的时间窗口设置为 023. 2mmo根据标准规定，下层必须向上至少覆盖上 层的25%,则第2层的时间窗口至少为17. 458mmo 综合考虑，我们将第2层的时间窗

12、口设置为1658mm。 1.5对比试块nb/t47013. 10-2010标准规定材质及规格的对 比试块。1.6深度校准采用对比试块进行深度校准。深度校准应保证深 度测量误差不大于工件厚度的1%或0.5mm （取较大 值）。1.7灵敏度设置釆用对比试块上的反射体进行灵敏度设置，将较 弱的反射体衍射信号波幅设置为满屏高的40%80%, 并在实际扫查时进行表面耦合补偿。2工艺验证检测前，采用对比试块对检测工艺进行验证试验。 检测区域及滚轮移动区域内必须清除焊缝余高、飞溅、 铁屑、油污及其他杂质。3耦合剂配制检测用耦合剂采用工业浆糊，浓度稍稠为宜，为 保证仰面检测时，浆糊的附着性较好，一般500g浆

13、糊 纤维素配15kg水为宜。4实施检测扫查1）扫查顺序为由上至下:上极一上极环缝带一赤 道带一下极环缝带一下极的检测顺序在球罐外表面进 行扫查。2）非平行扫查和偏置非平行扫查时应保证实际 扫查路径与拟扫查路径的偏差不超过探头中心间距的 10%。3）对焊缝进行分段划线，每段为lm,在长度方 向上进行分段检测，各段打查区重叠范圉至少为 20mmo整条焊缝不足以分两段的按一段检测。4）扫查速度约为2m/min进行匀速扫查。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 或怀疑耦合不好时，应重新打查该段区域。若发现直 通波满屏或晶粒噪声波幅超

14、过满屏高20%时，则应降 低増益并重新扫查。5检测数据分析和解释1）检测数据的有效性评价。采集的数据量满足所 检测焊缝长度的要求；2）信号波幅改变量满足nb/t47013. 10-2010标 准，110.4条的规定。3）若数据无效，应纠正后重新进行扫查。4）完成数据分析后，依据标准规程对图像中的缺 陷进行评价。5）经t0fd检测，发现的缺陷图谱如图5所示, 图示中纵坐标为图谱长度，单位为mm。i'lw*®阳密集气孔yyy夹渣、< 14. 14552|i 499.7-回544.1-b喜/刪*braca-密集气孔；b-夹渣；c-裂纹图5缺陷图谱6）对tofd检测发现的埋藏性

15、缺陷进行脉冲反射 法超声波检测复验，发现图5中的缺陷位置与tofd 检测结果得到的检测位置、长度基本一致。经现场剖验，发现图5中缺陷为密集型气孔、夹 渣、裂纹。实践证明了 tofd检测结果完全可靠。6表面盲区的补充检测对于扫查面盲区和轴偏离盲区，我们釆用磁粉检 测7和脉冲反射法超声检测方法按照承压设备无 损检测jb/t4730c5-t6的规定进行补充检测。7检测报告依据标准要求岀具检测报告。检测报告至少应包括如 下内容：1）委托单位；2）检测标准；3）被检工件: 名称、编号、规格、材质、坡口型式、焊接方法和热 处理状况；4）检测仪器型号及编号、扫查装置、试块、 耦合剂；5）检测条件：检测工艺编

16、号、探头设置、检 测系统设置和校准的数值、扫查方式、温度；6）检测 示意图：检测部位、检测区域以及所发现的缺陷位置 和分布；7）检测数据：数据文件名称、缺陷位置与尺 寸、质量级别及缺陷部位tofd图像；8）检测结论；9） 检测人员和责任人员签字；10）检测fi期。8工程效果经过tofd分层检测技术检测合格后的球罐，经热 处理、水压试验，没有出现任何焊接质量问题，实践 证明：tofd分层检测技术对球壳板对接接头检测，取 得了良好的检测效果。9结语1）球形储罐存储的大多是易燃、易爆和有毒介 质，因此，提高球罐焊接质量至关重要。2）对于tofd检测技术的表面盲区，我们应采取 有效的检测方法，可釆用脉

17、冲反射法超声检测、磁粉 检测、爬波法和其他表而检测方法进行辅助检测。3）由于tofd检测技术具有检测结果可靠性好、 缺陷检岀率高、定量精度高、检测过程方便快捷、拥 有可靠的tofd扫查图像、扫查记录数字化存储、可以 长久保存、安全环保等优点。从长远看，在球罐的安 装检测过程中，tofd检测有替代射线检测的趋势。4）tofd检测技术在球罐中的应用，解决了因透 照厚度过大，x射线机无法检测和射线防护问题，并 且降低了检测成本。参考文献1jnb/t47013.10-2010承压设备无损检测 第10部分:衍射时差 法超声检测s.2 牟彦春，金南辉，宋庆红.tofd检测技术在球罐检验中的应用j. 2011. 33（3）:68-72.3 李衍.超声tofi）原理和方法要领j.无损检测.2007. 29（2）:88-93.4 强天爾.衍射时差法（tofd）超声检测技术m, 2010. 9；5 国家发展和改革委员会.承压设备无损检测1.北京:新华出 版社