在役长输管道环焊缝TOFD与RT检测结果对比分析

武丁 王雪臣 张洪飞 张钊

海洋石油工程股份有限公司 山东青岛 266500

1 射线检测的特点

因X射线机受自身能量限制，对于壁厚较薄20mm以下（双壁单影透照条件下）时较为适用。对于壁厚较大（焊缝厚度增大，X射线透照难度增大）常采用γ射线进行检测。与X射线检测相比，采用γ射线检测在役长输管道环焊缝，具有省时、省力、高效的优点。因而，大部分厚壁在役长输管道环焊缝检测通常采用γ射线进行检测[1]。

射线检测的优点是：

（1）射线检测结果比较直观，射线检测底片上反映的图像是缺陷的几何投影形状，因此对检测结果评定较容易。

（2）焊缝中的缺陷定性容易，定量、定位也方便。

（3）检测结果可以长期保存。

射线检测的不足：

（1）对体积型缺陷的检测灵敏度高，对面积型缺陷的检测灵敏度较低，若当射线透照方向与面积型缺陷垂直时，射线就很难检测出来，只有当面积型缺陷与射线方向平行或接近平行时才能够对其进行有效的检测，因而为了提升缺陷检出率，需借助于超声波检测进行补充检测。

（2）从环保和安全角度考虑，射线对周边环境影响较大，对操作人员的身体产生伤害。

（3）若采用γ射线检测时，考虑半衰期的影响，γ射线源会逐步衰减，单次曝光时间逐渐延长；随着曝光时间的延长，底片的灰雾度会增大，清晰度会降低，影响缺陷检出率。

2 TOFD检测特点

TOFD衍射时差法超声检测，是采用一发一收探头工作模式。以焊缝检测为例，在焊缝两侧，将一对频率相同的纵波斜探头相向对称放置（入射角的范围通常是45°-70°），一个作为发射探头，另一个作为接收探头。发射探头发射的纵波从侧面入射到被检焊缝断面，在无缺陷部位，接收探头会接收到沿工件表面传播的直通波（lateralwave）和底面反射波（backwallecho），而在有缺陷存在时，在上述两波之间，接收探头会接收到缺陷上端部和下端部的衍射波。根据直通波和由缺陷上下端点产生的衍射波及底波到达接收探头的传播时间差与声速的关系，即可准确地测出缺陷（如裂纹）的埋藏深度和自身高度。若有缺陷，缺陷上下端点形成的衍射波便在直通波之后，早于底面反射波到达之前被接收到。

3 检测效率

TOFD检测因其声束指向性特点，焊缝覆盖范围大，只须进行线性扫查，即可对焊缝完成扫查，平均5-10分钟可完成1道直径1016的长输管道环焊缝的检测工作量，检测完成后半小时内便可以出结果。射线检测因其需要经历曝光、洗片等环节，耗费时间多，检测周期较长，检测效率较低。以直径1016mm的长输管道环焊缝为例，一般情况下，定向X射线机一次透照长度不超过800mm，根据管电压不同，拍片一次需要30-50min不等（甚至更长）。γ射线源虽然一次拍片数量较多，但由于大部分采用双壁单影曝光，根据γ源的活度和工件壁厚不同，透照时间一般在20-60min不等。因而，射线检测从拍片开始，经底片冲洗到评定出结果需要约4-6小时时间，且射线检测经常由于照射角度、检测位置、冲洗环节失误等经常造成废片，还需要重新补拍。以1道Φ1422×30．8mm的在役长输管道环焊缝为例，采用TOFD检测用时1-2小时天就可以完成该环焊缝的一次全面扫查工作并给出检测结果，采用X射线检测5-10小时才能完成环焊缝的拍片、洗片、评片，给出检测结果。相比之下，在役长输管道环焊缝检测时，TOFD检测的检测速度较快，效率较高[2]。

4 适用厚范围

TOFD方法可以通过调整探头的设置来确保对检测区域的覆盖和良好的检测效果，适用于厚度为12-400mm的对接焊缝检测，在此厚度范围内，该方法具有较高的缺陷检出率和灵敏度。射线检测方法在检测厚工件时需要高能量的射线检测设备，350kV便携式X射线机透照厚度一般小于50mm，对厚度大于100mm的工件照相需要使用加速器或Co60，在在役长输管道检测现场一般难以实现。此外，随着被检管道的壁厚增加，射线检测的绝对灵敏度下降，小尺寸缺陷以及一些面积型缺陷漏检的可能性也随之增大。

5 安全性

TOFD是利用超声波对工件缺陷状况进行检测，对检测人员无任何身体伤害且环保。射线检测有较强的电离辐射危害，会对人体组织造成损伤，因此射线检测作业时需要对作业区域进行清场并封闭或者隔离，射线检测工作人员的受照剂量也有着严格的限制。随着近年来公共安全的不断加强，射线检测的安全要求也越来越严格。

6 局限性

任何一种检测方法的应用都有局限性，TOFD检测和射线检测也不例外。射线检测的结果虽然直观，但是较难检测出焊缝中存在的细小裂纹和层间未熔合；当长输管道直径较大采用γ射线源进行中心曝光法时，较难检测出焊缝中存在的面状缺陷；此外，射线检测较难确定缺陷的埋藏深度和自身高度。TOFD检测虽然能较为准确地检测出缺陷的长度、自身高度和埋藏深度，但是较难检测出扫查表面和近表面存在的缺陷，也较难确定缺陷的性质。可以依据合理的工艺改善减小[3]。

7 结语

在长输管道环焊缝检测中，TOFD检测技术在一定条件下可以代替射线检测，随着我国工业化进程的加快，TOFD技术在我国将会得到更广泛的应用前景。

对射线检测结果和TOFD检测结果不一致时，应根据检测对象和可能的缺陷类型进行理论分析，辅助UT、MT等其他检测方法进行补充检测。

TOFD检测技术具有缺陷检出率较高、实时成像记录、环保等优点，对于长输管道环焊缝检测是一种新型有效的无损检测方法。