2000 m3液化气球罐的TOFD检测

姜秀海 朱红军

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院）（新疆天维无损检测有限公司)

0 概述

2013年4月至2014年4月,新疆油建委托新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院对哈萨克斯坦让纳若尔油田第三油气处理厂Ⅱ、Ⅲ期产品储运区工程现场安装的15台2000 m3液化气球罐进行组焊监督检验,新疆天维无损检测有限公司对组焊焊缝进行检测。

由于项目工期紧张、现场施工队伍多、当地检测队伍技术水平差等原因，本次技术服务采用衍射时差法 （TOFD）与超声波探伤 （UT）组合方式，即手动可记录的脉冲反射法100%TOFD与100%UT组合方式，对现场组焊球罐的对接焊接接头进行焊缝质量检测，以取代设计图纸中要求的 （规定的）100%RT+100%UT检测[1]。根据该球罐的技术参数、结构及焊缝坡口[2]，新疆特检院与天维公司编制了本检测技术方案。

1 球罐技术参数及结构

球罐技术参数、结构及焊缝坡口尺寸如表1、图1、图2所示。

表1 球罐技术参数

图1 焊接坡口

图2 球罐结构

2 检测设备

超声波设备：汉威HS616e；探头：单晶直探头、斜探头； 试块：CSK-ⅠA、CSK-ⅢA系列试块。

TOFD检测设备：汉威HS810；扫查装置：探头夹持机构和驱动机构，带位置传感器；试块：TOFD专用对比试块；探头：5MØ6探头；楔块：55°楔块、 63°楔块。

3 检测内容

3.1 总体原则

本技术方案采用手动UT与TOFD技术相结合的方式进行检测。对TOFD技术所发现的缺陷，须采用手动 UT（必要时辅助采用相控阵技术）进行复验，以对比评价结果。

3.2 资料审查

在进行评价前一般应审查有关的设计图样和制造加工记录等技术文件，这些文件应包括设计规范、主体材料、设计压力、设计温度、设计壁厚、焊缝系数以及被检工件的名称、编号、规格、材质、坡口型式、焊接方法和热处理状况等内容，还包括绘制的焊缝排版图。

3.3 质量检测前的准备

3.3.1 确定质量检测区域宽度

对于TOFD技术检测，其质量检测区域为:（1）检测区域宽度应是焊缝本身，再加上焊缝熔合线两侧各25 mm的范围。 （2）若焊缝实际热影响区是经过测量、有记录的，并且超声探头的位置可按预先标记得到控制，则质量安全技术评价区域宽度可以减小到包括实际热影响区加上两侧各6 mm的范围。

对于手动UT斜探头检测，质量安全技术评价区的宽度应是焊缝本身，再加上焊缝两侧各相当于母材厚度 30%的一段区域，这个区域最小为5 mm，最大为 10 mm。若采用直射法，探头移动区应不小于0.75P，P=2KT（P——跨距，mm；T——母材厚度，mm；K——探头K值）。

3.3.2 质量检测区域的表面处理

由于TOFD技术的特殊性，需对焊缝两侧表面进行打磨处理，要求检测面的表面平整度尽量好，确保TOFD探头表面与工件耦合良好，采集到准确有效数据。

（1）一般情况下焊缝余高不需磨平，但对于T字形焊缝应将其中的纵焊缝200 mm长范围内磨平。 设计上要求去除余高的焊缝，应将余高打磨到与邻近母材平齐。对于需要保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷等缺陷，也应进行适当的修磨并作圆滑过渡，以免影响检测结果的评定。

（2） 要求焊缝熔合线两侧表面平整，无飞溅、 凹坑等缺陷， 一般粗糙度 Ra≤6.3 μm （与JB/T 4730.3中的规定一致）。

（3）打磨宽度与工件厚度有关 （与 JB/T 4730.3中规定的手动超声探头移动区宽度一致）：工件厚度T≤46 mm时，每侧打磨宽度为150 mm；工件厚度46 mm＜T≤120 mm时，每侧打磨宽度为200 mm。

（4）表面处理的一般做法是先使用砂轮片进行打磨，再使用钢丝刷进行去毛刺处理，或者直接用抛光片打磨。

3.3.3 其它要求

在探头移动区周围空间没有阻挡探头移动的障碍物，离扫查面应保证有300 mm的空间以便实施质量安全技术评价操作。 评价现场需要一定量的自来水 （每检测 1 m约需水 3 L），同时需要 220 V电源。 评价实施时，附近不应有电、磁、声等强干扰信号源。

3.4 工况条件确认

现场确认工件评价部位的壁厚、形态、位置和质量安全技术评价区域的状况。

3.5 TOFD检测

依据新疆天维无损检测有限公司的程序文件《承压设备衍射时差法超声检测》进行TOFD技术评价[3]，必要时还可采用相控阵超声成像技术进行检测。

由于评价件厚度T=46 mm，故采用非平行扫查方式进行初始扫查，探头对称布置于焊缝中心线两侧并沿焊缝长度方向运动。根据程序文件 《承压设备衍射时差法超声检测》分别进行以下几种检测：

（1）对于评价件厚度T=46 mm，采用 5MØ6探头、63°楔块进行单通道扫查。

（2）对于非平行扫查发现的接近最大允许尺寸的缺陷或需要了解缺陷更多信息时，对缺陷部位改变探头设置进行非平行扫查、偏置非平行扫查、平行扫查或进行脉冲反射法超声质量安全技术评价。

（3）若焊缝较宽，应在焊缝两侧各增加一次偏置非平行扫查。

（4）若焊缝中可能存在横向缺陷， 应采取措施使超声波声束与焊缝横截面形成一定的倾角进行检测 （或在手工 UT中增加平行或斜平行方式扫查）。

（5）扫查时应确保探头的运动轨迹与拟扫查路径间的误差不超过探头中心间距的10%。

（6）若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查区的重叠范围至少为 20 mm。对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少 20 mm。扫查过程中应密切注意波幅状况。

（7）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 12 dB以上，或怀疑耦合不好，应重新扫查该段区域。

（8）若发现直通波满屏或晶粒噪声波幅超过满屏高20%，则应降低增益并重新扫查。 对于底面发现的表面可疑部位及其扫查面应按照 JB/T 4730.4～4730.6标准进行磁粉、 渗透技术评价。

（9）若发现焊缝底面形状不规则或成形不好等情况，建议对底面按 JB/T 4730.4～4730.6标准进行磁粉、渗透检测。

3.6 手动UT技术

3.6.1 检测依据

依据新疆天维无损检测有限公司的程序文件《对接焊缝UT指导书》进行手动斜探头 UT技术评价，应注意高强钢横向裂纹的质量安全技术评价，并记录下可疑缺陷部位。

3.6.2 检测实施

依据新疆天维无损检测有限公司程序文件 《对接焊缝UT指导书》和JB/T 4730.3—2005《承压设备无损检测 （第3部分：超声波检测）》[4]，采用直接接触法进行检测。由于工件的厚度T=46 mm，因此采用K=2的斜探头进行单面双侧检测。

3.7 可疑缺陷部位、再次检测和返修后复查

对于可疑缺陷部位、再次检测和返修后复查，可根据本文第3.5、3.6节的质量安全技术评价结果进行综合分析，先确定可疑部位，然后按下述方法进行再次质量安全技术评价[5]：

（1）采用手动 UT进行再次质量安全技术评价，必要时辅助采用相控阵超声成像方式，以判断其形态、位置和尺寸。依据程序文件 《承压设备衍射时差法超声检测》进行缺陷评定和验收。

（2）采用 RT质量安全技术评价进行再次评价。 若发现超标缺陷，由施工单位进行缺陷处理（返修），在施工单位自检合格的基础上采用与初查一致的评价方法进行复查。

3.8 检测程序

检测程序如下：

TOFD质量安全技术评价工作委托→施工方提供焊接工艺、设备基本信息、施工单位自检情况→准备条件具备→现场实施 TOFD质量安全技术评价→数据分析， 确定可疑部位→可疑部位再次质量安全技术评价→出具缺陷处理通知单→返修后（施工单位自检合格后）复查→出具初步结论通知单→出具质量安全技术评价报告。

4 结论

按以上检验方案对其中一台球罐完成TOFD检测，发现较多圆形、条形缺陷，经手工超声验证，其结果与TOFD检测出的缺陷位置基本吻合。对发现的缺陷进行返修及检测，结果缺陷完全消除。由此确定100%TOFD+100%UT组合方式可替代100%射线检测。

[1]TSG R0004-2009.固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2]GB 12337-2010.钢制球形储罐 [S].

[3]衍射时差法 （TOFD）超声检测技术 [S].

[4]JB/T 4730.3-2005.承压设备无损检测 （第3部分：超声波检测） [S].

[5]NB/T 47013.10—2010.承压设备无损检测（第10部分：衍射时差法超声检测） [S].