超声TOFD技术在小径厚壁管检测中的应用

目前TOFD技术多应用于厚壁板或直径较大的压力容器管道的环缝和纵缝检测厂[1一2]。ASME标准规定超声TOFD检测适用的板厚可达 12.7mm[3]。在石油、化工、电力等行业经常存在直径较小但壁厚相对较大的管道。由于管道壁厚较厚，无法采用X射线法检测，采用y源检测工作效率低。根据目前的TOFD检测设备条件，其应用于小径厚壁管检测主要存在以下两方面的困难:

(l)现有的TOFD扫查装置较大，无法放置于被检测管道表面。

(2)TOFD探头的楔块底部为平面，由于管道外壁为曲面，扫查过程中不能保证楔块底部与被检表面祸合良好，有可能影响检测的灵敏度。笔者通过试验验证了采用TOFD方法检测小径厚壁管环向对接焊缝及其热影响区的可行性，对TOFD检测技术的进一步推广应用，具有一定的指导意义。

1试验方法

1.1试样制作

选取笋 80mm火 19mm的Q235钢管，在管材周向等距离分别加工5个笋 2mm圆锥底孔，1一5号孔的深度分别为5，8，11，14和 17mm，如图1所示。将加工好的60°的楔块沿底面宽度方向修磨至与被检验管材曲率相匹配，为对比楔块修磨前后检测灵敏度的变化.采用相同材料的 250mm× 250mm × 19mm钢板进行楔块修磨前后灵敏度对比试验

1.2扫查装置制作

采用铝合金型材制作了小径管TOFD扫查装件.如图2所示。将修磨后的楔块安装后能够保证与被检管材祸合良好，该扫杏装置两端支架方一向可调，与不同曲率楔块配合可调，与于不同直径管材的检测。

2仪器系统设置

2.1仪器

TOFD仪器选用ISONIC探头频率为5MHz、晶片尺寸为势Φ 6mm，选用水作为耦合剂。

2.2参数调节图l

通常TOFD检测只要将两楔块相对，用闸门套们最高波.此时显示的时间即为探头延迟2to,重叠区域即为探头前沿2Lo.如图3所示。但楔块磨成曲面后.两楔块相对时中间存在较大的间隙，仪器无波城小.显然不能再采川该方法测定探头延迟和前沿。

设探头间距PCS=2S.纵波声速为C，管材壁厚为D.汽通波和底波的传播时问分别为tL和tB则根据TOFD检测原理:

可见.对于任意的PCS从仪器上可读出直通波传播时间tL，及底波传播时间tB，在已知壁厚和声速的情况卜即可计算出探失延时。对于本次试验所用试样，从仪器中分别读出汽通波和底波时间为8.84和12.28μs，如图4所示，代人式(4)·求得2to=4.53μs将探头延时输人仪器。依据TOFD检测理沦.将超声波主声束聚焦于被检试件厚度的2D/3处.则直通波时间t1=-(4D/3 X tan600) /5 900=7.04μs,调节探头间距使改通波时间显示为7.04μs此时超声波束对不同深度圆锥孔的传播路径如图5所示。