TOFD检测技术在埕岛海底管道中的应用
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检 测 工 艺方案 ，通过在 海底管 道铺设 项 目中与传统 检测 手段进 行 了对 比分析 ，并列举 了部 分典 型 Ｔ ＯＦ Ｄ缺 陷 的 图像 ，阐述 ＴＯＦ Ｄ检 测技 术在 海底 管道 检测 过程 中快捷 、准确 、无 需安全 防护 、可重 复性 的优越 性 ，建议 下一步在 渤海埕 岛海底 管道 大规模 推 广。
量误差通 常小于 ｌ ｍ ｍ 。
沟 、浮拖 ，直至全 部敷 设完成 ，检测 工序 可穿插 完
成 ，对 整个 工期 的影 响非 常 小 。 目前 ，采 用Ｓ Ｌ ９ ０ ２ 铺 管船直接 在海 上连续 作业 ，作业 时在 船上沿 生产 线 设 置 了 多 个连 续 工 序 ，主 要 工 序 包 括组 对 、根 焊 、热焊 、填 充 、盖面 、无 损检 测 、防腐补 口等 工 序 。无损检 测采取 射线检 测 ，一般 执行Ｊ Ｂ ／ Ｔ ４ ７ ３ ０ 标 准 或者 。 由于 船上 作业 的特 殊 性 ， 目前 的检 测方 法越来 越不适 应海底 管线 施工 的
１ ． ４ Ｔ ０Ｆ Ｄ 技 术 特 点
面 波 。Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 可 以用直通 波 和底面 反射 波作 参照 ，缺
陷的深度是从直 通波与衍 射脉冲 的时差来 计算 的。
Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 技 术将 采 集 到 的Ａ 扫 信 号 ，经 过数 据 处理
１ ． ４ ． １ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 技 术 的可靠 性 好 。 由于 其 主要 是 利 用衍 射波进 行 检测 ，而衍 射信 号不 受声束 影 响，
法 还检 测两个 探 头间直 接传 播 的直通波 和 未受缺 陷 影 响直 接抵达 试件 内壁 的 内壁反 射信 号也称 之 为底
利 用计 算机 技术 、 图像处 理技 术和专 用 软件强 大 的处理功 能 ，通过对 Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 图像离 线分析 ，可 对缺
陷进行精 确定性 、定位 、定量 。
２ ０ １ ３年 第 １期 （ 总第 ２ ４ ４期 ）
南
（ Ｃ ｕ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｎ ｔ ｙ Ｏ Ｎ ． Ｏ １ ： ２ ０ １ ３ ２ ４ ４）
．
Ｔ ＯＦ Ｄ 检测 技术在埕 岛海底 管道 中的应用
谢建桥 罗爱 民 罗 光 明
（ 胜 利 石 油 管理 局 海上 石 油工 程技 术 检 验 中心 ， 山 东 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０）
１ ． １ 检测 原 理
１ ． ２ 超 声衍射时差 （ ＴＯＦ Ｄ）检测技术扫查 图像的
形成
Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 检 测是 利用 大扩 散角探 头对 ，在 声束覆 盖 范 围 内的工件 上采 集缺 陷 的端点衍 射信 号 ，从而 来
发现缺 陷并对 之进行定位 。
在每 个Ａ 扫 信 号 上 根 据 采 样 周 期 对 其 进 行 采 样 ，每 个样 点在 屏幕 上分 配相 同 的宽度和 高度 ，在
显 示屏 对应 一个 像素 ，根据 其振 幅确 定每个 像 素 的
衍 射 时差法 （ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ ）是 一种依 靠 从待检 试件 内 部 结构 的 “ 端 角 ”和 “ 端 点 ”处得 到 的衍 射 能量来
检测缺 陷的方法 。超 声波 入射 到线 性缺 陷上 时 ，它
灰 度 ，其 中纯 白表 示 ｌ Ｏ ０ ％ Ｆ Ｓ Ｈ ，经过 在０ ％ 位 置 的 中 间灰色 ，到纯 黑色 的 一Ｉ Ｏ ０ ％ Ｆ Ｓ Ｈ ，这 样一个超 声波Ａ
见 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 检 测技 术 比常规手 ＴＵ Ｔ 的检测 可靠 性要 高 得多 。
４ ９
１ ． ４ ． ２ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 技 术 的定 量精 度高 。采 用衍 射 时 差技术 对缺 陷定量 ，精度 远远 高于常 规手 工超声波
检测 。一般认 为 ，对 线性缺 陷或面 积型缺 陷 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 定量 误差 小 于 ｌ ｍ ｍ ，对裂 纹和 未熔 合 缺 陷 ，高度测
扫信 号 转换 为 由许多淡 灰色 和深灰 色 的色 点交替 组
成 的一行 。 １ ． ３ Ｔ ＯＦ Ｄ图像 的分 析 、评 判
除 了普 通 的反射 波 以外 ，在两端 还会 发 生衍射 。衍
射 能量 在很 大 的角度 范 围 内传播 至接 收探 头 ，可测 量 缺 陷 自身 高度 。除 了缺 陷的衍射 能量 以外 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ
关 键词 ： ＴＯＦ Ｄ 检测技 术 ； 缺 陷 图像 ； 工 艺方案 ；海底管道 中图分 类号 ： ＴＧ１ １ ５ 文献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ２ ３ ７ ４（ ２ ０ １ ３） ０ １ — ０ ０ ４ ９ — ０ ４
１ ＴＯＦ Ｄ检测 技术简 介
摘要 ： 超 声衍 射 时差 法检 测技 术（ Ｔ ＯＦ Ｄ） 成 功应 用 于胜利 埕 岛海底 管道 检 测领 域 。对 于提 高检 测速 度 、保 证
检 测质量 、节 约生产 成本 有着 非常 重要 的意义 。文章 通过 对 Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 的基 本原 理进行 了初 步解析 ，给 出合 理 的
任 何 方 向 的缺 陷都 能 有 效 地 发 现 ， 使 该 技术 具 有 很 高的缺 陷检 出率 。国外研 究机构 的缺 陷检 出率 的 试 验得 出 的评 价是 ：手 Ｚ Ｉ Ｚ Ｕ Ｔ ，５ ０ ％ ～７ ０ ％ ；Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ ， ７ ０ ％ ￣９ ０ ％ ；机械 扫 查Ｕ Ｔ ＋ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ ，８ ０ ％ ￣９ ５ ％ 。 由此可
后与 编码器 所采 集 的探头 位置信 息 一一对 应 ，即得 到 了Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 探伤 的最 原始数据 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 分析 都是基 于这 个 阶段 存储 的序 列Ａ 扫 信 息 ，所 以任 何Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 设 备都 不可 能 在缺 少 序 列Ａ 扫 的情 况 下对 缺 陷进 行 更详 细 的 图像 处理 和分 析 ，换 言之 ，图像分 析 的第一 步是 对序 列Ａ 扫波形 的分 析 。
量误差通 常小于 ｌ ｍ ｍ 。
沟 、浮拖 ，直至全 部敷 设完成 ，检测 工序 可穿插 完
成 ，对 整个 工期 的影 响非 常 小 。 目前 ，采 用Ｓ Ｌ ９ ０ ２ 铺 管船直接 在海 上连续 作业 ，作业 时在 船上沿 生产 线 设 置 了 多 个连 续 工 序 ，主 要 工 序 包 括组 对 、根 焊 、热焊 、填 充 、盖面 、无 损检 测 、防腐补 口等 工 序 。无损检 测采取 射线检 测 ，一般 执行Ｊ Ｂ ／ Ｔ ４ ７ ３ ０ 标 准 或者 。 由于 船上 作业 的特 殊 性 ， 目前 的检 测方 法越来 越不适 应海底 管线 施工 的
１ ． ４ Ｔ ０Ｆ Ｄ 技 术 特 点
面 波 。Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 可 以用直通 波 和底面 反射 波作 参照 ，缺
陷的深度是从直 通波与衍 射脉冲 的时差来 计算 的。
Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 技 术将 采 集 到 的Ａ 扫 信 号 ，经 过数 据 处理
１ ． ４ ． １ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 技 术 的可靠 性 好 。 由于 其 主要 是 利 用衍 射波进 行 检测 ，而衍 射信 号不 受声束 影 响，
法 还检 测两个 探 头间直 接传 播 的直通波 和 未受缺 陷 影 响直 接抵达 试件 内壁 的 内壁反 射信 号也称 之 为底
利 用计 算机 技术 、 图像处 理技 术和专 用 软件强 大 的处理功 能 ，通过对 Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 图像离 线分析 ，可 对缺
陷进行精 确定性 、定位 、定量 。
２ ０ １ ３年 第 １期 （ 总第 ２ ４ ４期 ）
南
（ Ｃ ｕ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｎ ｔ ｙ Ｏ Ｎ ． Ｏ １ ： ２ ０ １ ３ ２ ４ ４）
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Ｔ ＯＦ Ｄ 检测 技术在埕 岛海底 管道 中的应用
谢建桥 罗爱 民 罗 光 明
（ 胜 利 石 油 管理 局 海上 石 油工 程技 术 检 验 中心 ， 山 东 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０）
１ ． １ 检测 原 理
１ ． ２ 超 声衍射时差 （ ＴＯＦ Ｄ）检测技术扫查 图像的
形成
Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 检 测是 利用 大扩 散角探 头对 ，在 声束覆 盖 范 围 内的工件 上采 集缺 陷 的端点衍 射信 号 ，从而 来
发现缺 陷并对 之进行定位 。
在每 个Ａ 扫 信 号 上 根 据 采 样 周 期 对 其 进 行 采 样 ，每 个样 点在 屏幕 上分 配相 同 的宽度和 高度 ，在
显 示屏 对应 一个 像素 ，根据 其振 幅确 定每个 像 素 的
衍 射 时差法 （ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ ）是 一种依 靠 从待检 试件 内 部 结构 的 “ 端 角 ”和 “ 端 点 ”处得 到 的衍 射 能量来
检测缺 陷的方法 。超 声波 入射 到线 性缺 陷上 时 ，它
灰 度 ，其 中纯 白表 示 ｌ Ｏ ０ ％ Ｆ Ｓ Ｈ ，经过 在０ ％ 位 置 的 中 间灰色 ，到纯 黑色 的 一Ｉ Ｏ ０ ％ Ｆ Ｓ Ｈ ，这 样一个超 声波Ａ
见 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 检 测技 术 比常规手 ＴＵ Ｔ 的检测 可靠 性要 高 得多 。
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１ ． ４ ． ２ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 技 术 的定 量精 度高 。采 用衍 射 时 差技术 对缺 陷定量 ，精度 远远 高于常 规手 工超声波
检测 。一般认 为 ，对 线性缺 陷或面 积型缺 陷 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 定量 误差 小 于 ｌ ｍ ｍ ，对裂 纹和 未熔 合 缺 陷 ，高度测
扫信 号 转换 为 由许多淡 灰色 和深灰 色 的色 点交替 组
成 的一行 。 １ ． ３ Ｔ ＯＦ Ｄ图像 的分 析 、评 判
除 了普 通 的反射 波 以外 ，在两端 还会 发 生衍射 。衍
射 能量 在很 大 的角度 范 围 内传播 至接 收探 头 ，可测 量 缺 陷 自身 高度 。除 了缺 陷的衍射 能量 以外 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ
关 键词 ： ＴＯＦ Ｄ 检测技 术 ； 缺 陷 图像 ； 工 艺方案 ；海底管道 中图分 类号 ： ＴＧ１ １ ５ 文献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ２ ３ ７ ４（ ２ ０ １ ３） ０ １ — ０ ０ ４ ９ — ０ ４
１ ＴＯＦ Ｄ检测 技术简 介
摘要 ： 超 声衍 射 时差 法检 测技 术（ Ｔ ＯＦ Ｄ） 成 功应 用 于胜利 埕 岛海底 管道 检 测领 域 。对 于提 高检 测速 度 、保 证
检 测质量 、节 约生产 成本 有着 非常 重要 的意义 。文章 通过 对 Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 的基 本原 理进行 了初 步解析 ，给 出合 理 的
任 何 方 向 的缺 陷都 能 有 效 地 发 现 ， 使 该 技术 具 有 很 高的缺 陷检 出率 。国外研 究机构 的缺 陷检 出率 的 试 验得 出 的评 价是 ：手 Ｚ Ｉ Ｚ Ｕ Ｔ ，５ ０ ％ ～７ ０ ％ ；Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ ， ７ ０ ％ ￣９ ０ ％ ；机械 扫 查Ｕ Ｔ ＋ Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ ，８ ０ ％ ￣９ ５ ％ 。 由此可
后与 编码器 所采 集 的探头 位置信 息 一一对 应 ，即得 到 了Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 探伤 的最 原始数据 ，Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 分析 都是基 于这 个 阶段 存储 的序 列Ａ 扫 信 息 ，所 以任 何Ｔ Ｏ Ｆ Ｄ 设 备都 不可 能 在缺 少 序 列Ａ 扫 的情 况 下对 缺 陷进 行 更详 细 的 图像 处理 和分 析 ，换 言之 ，图像分 析 的第一 步是 对序 列Ａ 扫波形 的分 析 。