TOFD技术在海底管线检测中的应用研究

【摘要】TOFD衍射时差技术是一种重要的无损检测方法，技术优点及特性可以满足诸多特殊的应用场所，海底管线的铺设有其特殊的工艺要求，而将TOFD技术应用于海底管线的铺设检测，可以解决传统射线检测效率低、核辐射及环境污染严重的困扰，本文通过对海底管线无损检测的特殊要求，结合TOFD技术的特性开发TOFD检测工艺以提高检测效率和解决环境污问题。

【关键词】油气管线；缺陷；TOFD技术

1.前言

海底管道内外工作条件恶劣，储存介质具有高压、高腐蚀性等特征，使得海底管道环焊缝容易产生腐蚀穿孔、疲劳裂纹等危险性致命损伤，当达到一定程度，会造成泄漏和爆炸等大的环境污染事故，因此对管道焊缝质量提出了非常高的要求。海底管道铺设工期要求比较紧，要求焊缝焊接和检测速度都要快，并且具有很高缺陷检出率。常用的海底管线焊缝检测有射线检测和AUT相控阵超声波检测，其中射线检测工序多，周期长，射线容易对施工人员的健康造成伤害。AUT相控阵超声波检测设备重，费用昂贵，操作较复杂。因此需要新的方便高效、环境污染小的检测方法作为替代检测方法。

2.TOFD技术的原理及优点

Time Of Flight Diffraction（TOFD）超声波衍射时差法，是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。其原理如图1所示。

衍射现象是TOFD技术采用的基本物理原理，波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象，根据惠更斯原理，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。TOFD技术采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。 其主要的技术优点如下：

（1）扫查覆盖范围大，检测速度快，缺陷检出率高，可靠性好；

（2）能够发现各种类型的缺陷，对缺陷的走向不敏感；

（3）采用D-扫描成像，缺陷判读更加直观；

（4）对缺陷垂直方向的定量和定位非常准确，精度误差小于1mm；

3.TOFD技术海底管线检测工艺应用研究

（1）TOFD设备自动化检测工装设计与研究

目前TOFD检测扫查器和耦合剂的添加，均为手动式，特别是大管径检测中，长时间推动扫查器容易产生疲劳，推动的力度不均匀，且有时抖动，这对检测结果产生不利的影响，为了提高检测效率，保证检测结果的可靠、有效性，需要研制自动扫查机构，即手持遥控自动爬行扫查机构，实现平稳行走，传感器匀速获得焊缝质量信息信号，不至于抖动产生扭曲失真，同时实现根据实时图像结果和检测人员命令反复微距离、灵活扫查运动。

（2）TOFD技术海底管线焊缝检测应用研究

在理解理论、标准及具体设备技术性能的基础上，开展实际海底管线焊缝检测工程方面的应用研究。通过制订缺陷标准试块、现场实际管焊缝检测以及其它辅助检测方法验证等手段，获得包括管径和壁厚等多种检测工况TOFD海底管线焊缝检测经验和大量的实验数据等相关资料，同时针对于TOFD自身技术弱点，对软件系统进行升级，改装优化检测工装，增加2只PE探头，减少检测盲区的影响。

4.TOFD技术海底管线检测应用技术关键

（1）TOFD检测技术标准缺陷试块和海底管线环焊缝自然缺陷试件制作

根据海底管线环焊缝检测特点及典型缺陷类型标准试块的制定用于仪器设备的校准。自然缺陷试件的制作用于设备的进一步验证，结合其它辅助检测手段，如磁粉渗透、射线等，验证TOFD检测技术的高灵敏度。

（2）自动扫查机构研发

扫查机构能否平稳、可靠运动，将直接影响检测结果的稳定性及有效性，要实现扫查机构精确稳定爬行，必须有稳定可靠的爬行机构作为运动载体，因此自动扫查机构的设计研制是实现TOFD技术海底管线焊缝检测的基础。

（3）对TOFD软件系统进行升级，使系统集成常规超声检测功能，减少盲区影响

与厂家结合，进一步升级软件系统，扩充原有功能，增加2只常规UT探头，并对检测工装进行改装，使其同时携带2只PE探头，对上下盲区进行监控，实现一次扫查就可以实现整条焊缝的无损检测。

参考文献

[1]孔立峰，李树学等.TOFD检测技术的应用，2009，5.

[2]孔令昌，TOFD检测技术及其工艺参数设置[J].无损检测，2010，07.

作者简介：纪虎（1977―），男，山东东营人，主要从事无损检测工作及相关工艺开发研究。