衍射时差法（TOFD）超声检测及超声相控阵（PAUT）检测技术对不等厚度单面焊双面成形焊缝检测局限性分析

1 前言

衍射时差法（TOFD）超声及超声相控阵（PAUT）检测技术作为可记录超声检测技术，它们克服了模拟超声探伤仪和简单数字超声探伤仪记录信号能力差的缺点，不仅能全过程记录信号，长久保存数据，而且能高速进行大批量信号的信息处理，环保、无污染，对人体无伤害，在工业上已锋芒毕露，备受青睐；其中衍射时差法（TOFD）超声检测已广泛应用于厚壁容器检测，尤其在厚壁球罐容器的检测方面发挥更重要作用，甚至取代常规射线检测方法；而超声相控阵（PAUT）检测与衍射时差法（TOFD）超声相比，更有先进性，具有直观易读的多视声成像，如：B 显示可用来显示检测区域（如焊缝）宽度方向横断面图像；C 显示为被检区域（如焊缝缺陷）顶视图；D 显示与 B 显示方向垂直，可表示焊缝长度方向的纵断面显示；S 显示是相控阵所特有的显示，可展示反射体实际位置，另外相控阵可通过编程制作扫查模拟模块，检测几何形状复杂的工件，如叶片、铁轨、三通管座等。

当然，任何一种技术方法，在开发其优越性的同时，也免不了存在一定的局限性，本文即展示一例衍射时差法（TOFD）超声及超声相控阵（PAUT）检测对现场不等厚度单面焊双面成形焊缝底部可疑性缺欠检测所显示图像的局限性分析，意在与各位无损检测同行们共勉。

2 不等厚度管道单面焊双面成形焊缝衍射时差法（TOFD）超声检测

云南大唐国际红河发电有限责任公司2017 年9 月2#机组检修，委托我公司对其部分管道焊缝进行衍射时差法（TOFD）超声检测；其中一个焊道规格为∅ 812.8^*19.05mm 与∅ 812.8*30mm 对接，管道工件结构见图 1 照片，工件参数见表1；

表1 工件信息

采用 SIUI -SYCNSCAN 单通道 TOFD 检测仪，7.5M φ3 探头，楔块角度 700，探头中心间距设置为 70mm，灵敏度设置为工件本体上直通波波幅达到满屏的80%进行手动非平行扫查。

在TOFD 检测中发现一条长约210mm 的衍射波信号显示，见衍射波显示 TOFD 图谱如图2 所示，图谱测量出的结果，见表2 数值。

表 2 TOFD 图谱分析结果

但从TOFD 图谱上看，纵波底面反射信号及波型转换波的底面反射波基本上无变化，不具备下表面开口缺陷信号特征［1］之一，即底面反射波消失或减弱；则此图谱中衍射信号显示不可能为底部未焊透或裂纹，可判定为一个走向倾斜的缺陷显示，但缺陷衍射显示长210mm，对于熟练手工焊接技术，不应该有如此长的倾斜但又不开口的底部缺陷。

为了弄清这个 TOFD 图像显示的真面目，我们又使用超声相控阵（PAUT）检测技术及 X 射线（RT）检测分别进行复检。

3 超声相控阵（PAUT)检测

3.1 采用 SIUI -SYCNSCAN 超声相控阵（ PAUT）检测仪，5.0L16-0.5-9 探头，采用 CSK-ⅠA 和 CSK-ⅡA-1 试块对检测系统设置与校准［2］，将对比试块上最大声程处的φ2X40 横孔回波调至满屏适当高度（例如 80%) 作为扫查灵敏度，进行沿线扫查+扇扫描。

3.2 超声相控阵（PAUT)检测获得图像显示如图3，通过图谱分析软件测量出的结果见表3；从超声相控阵（PAUT)图谱上分析，仅能判为可疑性底部缺欠显示，不能准确判定和解释是什么缺陷。

表3 PAUT 图谱分析结果

4 X 射线（RT）检测

采用 XXG3005 射线机，Kodak-C7 胶片，管电压 270kV，管电流 5mA，曝光时间 19min（分多次曝光），摄取得底片如下图4；

从底片上，见到一条长 210mm，有一定宽度的黑色影像，经分析，可判定为管道内表面凹槽或局部减薄所造成的内表面缺欠，不属焊缝内埋藏缺陷，也不属内表面开口缺陷。

5 结果分析

5.1 前面阐述的检测结果表明，外径相同，而内径不同的管道对接，形成内表面不平整结构在执行衍射时差法（TOFD）超声及超声相控阵（PAUT）检测时，所得图像显示难以分辩出缺欠的真伪，容易造成将表外不规则凹槽图像显示为缺陷的错误判断。

5.2 从射线检测所得底片上分析表明，蒸汽管道焊缝不存有埋藏缺陷和内表面开口性缺陷，底片上长210mm的黑影为焊缝两侧不同厚度的管件，在较厚侧管件口打磨减薄时，产生的不均匀减薄、未形成圆滑过度，射线透照时底片上形成黑色影像，仅为结构性外表非相关显示，不是缺陷显示。

5.3 在实施衍射时差法（TOFD）超声及超声相控阵（PAUT）检测前，要了解受检工件的几何结构、表面状态、焊接方法等相关信息；当发现难以解释的图像显示时，应结合工件的相关信息进行综合评判，条件允许时，使用其他检测方法（如射线拍片）进行复检验证。

5.4 常规射线检测方法对缺陷定性方面较其他方法更清晰、直观、且易于接受。

5.5 衍射时差法（TOFD）超声及超声相控阵（PAUT）检测技术，对内表面不平整结构的回波形成的图像识别和判读比较难，结果分析需要丰富的经验。

参考文献：

［1］强天鹏，衍射时差法（TOFD）超声检测技术，2012 年版本

［2］GB/T32563-2016 相控阵超声检测方法 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 发布