導(dǎo)讀

本文主要介紹非平面工件對(duì)接焊縫TOFD檢測(cè)工藝的設(shè)置，針對(duì)特種設(shè)備行業(yè)比較常見的不等厚工件組焊時(shí)，厚的一側(cè)會(huì)進(jìn)行削邊處理，對(duì)TOFD檢測(cè)時(shí)探頭的放置及聲束角度都會(huì)產(chǎn)生影響。

本文通過仿真軟件模擬探頭聲場(chǎng)對(duì)被檢工件的覆蓋及計(jì)算，對(duì)不同形狀的非平面工件，總結(jié)了2個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的計(jì)算公式，幫助現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員快速方便地對(duì)這類工件的對(duì)接焊縫進(jìn)行TOFD檢測(cè)。

TOFD檢測(cè)的應(yīng)用在深化

TOFD（衍射時(shí)差法）超聲檢測(cè)技術(shù)近年來在國(guó)內(nèi)各行業(yè)發(fā)展很快，包括檢測(cè)人員的培訓(xùn)交流、檢測(cè)儀器的研究開發(fā)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施等，特別是在特種設(shè)備行業(yè)，許多大的壓力容器制造單位、檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)都陸續(xù)開始應(yīng)用此項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)。

隨著TOFD檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的越來越廣泛，一些TOFD檢測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)也突出出來，有些是屬于技術(shù)的局限性帶來的難點(diǎn)，如檢測(cè)面的盲區(qū)、橫向裂紋的檢測(cè)等，也有一些是屬于檢測(cè)人員數(shù)據(jù)分析的經(jīng)驗(yàn)不足帶來的，如缺陷的定性、定量、定位等，還有一些是由于工件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜給TOFD檢測(cè)帶來的，如非平面工件的對(duì)接焊縫、管座的對(duì)接焊縫等。

非平面工件對(duì)接焊縫坡口型式

非平面工件包括不等厚工件的對(duì)接、錐體與筒節(jié)的對(duì)接、法蘭與筒節(jié)/直管的對(duì)接以及管道或筒節(jié)的縱縫（此類一般稱之為曲面工件，本文中不予討論）等，其中比較常見的是壓力容器中的不等厚工件的對(duì)接焊縫，如封頭與筒體的焊縫，經(jīng)常焊縫兩側(cè)母材是不等厚的，厚的一側(cè)母材一般都會(huì)削邊處理，其結(jié)構(gòu)有以下兩種形式：

單面削邊(圖1)和雙面削邊(圖2)：

其它的類似結(jié)構(gòu)還有法蘭與筒節(jié)/直管(圖3)、錐體與筒節(jié)(圖4)等部位。

聲場(chǎng)覆蓋的仿真及計(jì)算

目前大多TOFD檢測(cè)儀器的設(shè)置和測(cè)量計(jì)算都是基于探頭是在同一水平面對(duì)稱放置的條件進(jìn)行的，在此條件下，一般將發(fā)射和接收探頭的中心線對(duì)準(zhǔn)焊縫的中心線即可完成非平行掃查，此時(shí)PCS 的設(shè)置、探頭、楔塊等按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的推薦方法設(shè)置[1]就可以。

但是在圖1或圖2類似的兩側(cè)不等厚的焊縫進(jìn)行TOFD檢測(cè)時(shí)，如按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦方法以及常用的工藝設(shè)置[2] [3]，探頭在焊縫中心線兩側(cè)對(duì)稱放置時(shí)，探頭中心聲束交點(diǎn)則會(huì)偏離焊縫中心線位置，對(duì)檢測(cè)結(jié)果會(huì)造成探頭聲束覆蓋不足甚至漏檢的可能。

本文根據(jù)筆者多年從事TOFD現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，通過仿真軟件模擬探頭聲場(chǎng)對(duì)被檢工件的覆蓋及計(jì)算，根據(jù)實(shí)際情況總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算公式，希望在類似工件的檢測(cè)中能幫助到更多的相關(guān)人員。

(1) 探頭聲場(chǎng)的仿真計(jì)算

采用超聲仿真軟件進(jìn)行超聲檢測(cè)模擬計(jì)算可以減少很多加工試塊等成本，還可以幫助相關(guān)人員更直觀地了解檢測(cè)過程及結(jié)果[4]。

CSSP diffraction simulator 是一款簡(jiǎn)單的超聲聲場(chǎng)模擬軟件，可以進(jìn)行普通超聲探頭、相控陣超聲探頭的聲場(chǎng)模擬計(jì)算，其應(yīng)用界面如圖 5。

為了顯示更直觀和便于計(jì)算， 本文設(shè)定一個(gè)焊縫工件，左側(cè)母材厚度80mm，右側(cè)母材厚度50mm，坡口角度50°，削邊坡口角度一種為30°，一種為16°。

用CSSP diffraction simulator分別模擬5Mφ6mm60°縱波楔塊和5Mφ6mm70°縱波楔塊的聲場(chǎng)(圖6a、圖6b)覆蓋該檢測(cè)區(qū)域，見圖7a~圖7e。

圖7a~圖7d楔塊角度全部都是60°，圖7e左側(cè)楔塊角度為70°。

圖6a~6b及圖7a~7e中黃色虛線是理論計(jì)算所得-12dB下擴(kuò)散角值（擴(kuò)散因子取0.8，楔塊聲速 2.4mm/us），與軟件仿真結(jié)果相比，該下擴(kuò)散角值略微偏大，覆蓋區(qū)域則會(huì)偏小。

表1是5Mφ6用60°和70°縱波楔塊理論計(jì)算時(shí)-12dB聲束擴(kuò)散角的范圍以及聲束所覆蓋下邊緣寬度，和仿真軟件的聲場(chǎng)覆蓋范圍相比略微偏小一些。

表1聲束擴(kuò)散角及聲束覆蓋下邊緣寬度