tofd技术、标准与应用

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1、TOFD 技术、标准与应用JB/T 4730.10 标准起草组 中国特种设备检测研究院 郑晖主要内容主要内容u一TOFD技术简介u、TOFD技术简介u二、标准中关键技术规定u三、检测应用一般要求2011-8-142一、TOFD技术简介一、TOFD技术简介物理基础衍射1、物理基础衍射衍射波入射波缺陷上的每一点形成新的子波缺陷反射波缺陷的每点形成新的子波 源称为衍射惠更斯原理特点：特点：衍射波1、全方位 2、低能量1、全方位 2、低能量视频2011-8-1442检测原理埋藏缺陷2、检测原理埋藏缺陷2011-8-1452检测原理扫查面开口缺陷2、检测原理扫查面开口缺陷2011-8-1462检测原理底

2、面开口缺陷2、检测原理底面开口缺陷2011-8-147检测图像的形成（灰度图）3、TOFD检测图像的形成（灰度图）将每一个将每一个A扫描信号转 化为灰度线，扫描信号转 化为灰度线， 沿探头的运动方向拼沿探头的运动方向拼沿探头的运动方向拼沿探头的运动方向拼 接成二维灰度图接成二维灰度图2011-8-1484、基本扫查方式与成像特点（1）非平行扫查（2）偏置非平行扫查（3）平行扫查2011-8-1495TOFD图谱表面开口裂纹5、TOFD图谱表面开口裂纹1 1221212011-8-14105TOFD图谱X形坡口根部未焊透5、TOFD图谱 X形坡口根部未焊透1234211234212011-8-1

3、4115TOFD图谱V形坡口根部未焊透5、TOFD图谱 V形坡口根部未焊透11232 3根部未焊透2011-8-14125TOFD图谱密集气孔5、TOFD图谱密集气孔1212 32011-8-14136TOFD优点（1）能探测不利取向的缺陷缺陷检出率高6、TOFD优点（1）能探测不利取向的缺陷，缺陷检出率高； 常规超声-入射角度RT-穿透方向POD 缺陷检出率 FCR 误报率 R可靠性2011-8-14146TOFD的优点6、TOFD的优点（2）缺陷高度测量精确； 误差范围1mm（3）实时成像，检测数据全记录； 法规认可 按新容规，对于对接接头，与射线检测同等地位（4）快速环保（4）快速、环保

4、。 无辐射，尤其适合现场组焊（球罐、超大容器等2011-8-14154O的局限性4、TOFD的局限性1、表面盲区1、表面盲区 （1）扫查面盲区： 直通波有一定的宽度处于此范围的缺陷波难以被发现直通波有定的宽度，处于此范围的缺陷波难以被发现2011-8-14164O的局限性4、TOFD的局限性（2）底面盲区（2）底面盲区2011-8-14173O的局限性3、TOFD的局限性2、横向缺陷检出率较低；2、横向缺陷检出率较低；横向裂纹信号一般是可以采集到的，但是信号没有长度，因为看起来象 是来自于一个微小的点状反射体（例如气孔）的信号，容易被忽略。是来自于个微小的点状反射体（例如气孔）的信号，容易被忽

5、略。2011-8-14183TOFD的局限性3、TOFD的局限性3、TOFD图像识别和判读比较难，数据分析需要丰富的理论知3、TOFD图像识别和判读比较难，数据分析需要丰富的理论知 识和检测经验4、粗晶材料检测比较困难5、 复杂几何形状的 工件检测比较困难工件检测比较困难6点状和线状缺陷的尺寸6、点状和线状缺陷的尺寸 测量不够准确2011-8-1419二、TOFD标准中关键技术规定二、TOFD标准中关键技术规定标准适用范围u承压设备1、标准适用范围u承压设备 锅炉、压力容器(固定式固定式、移动式、气瓶和氧舱)、压力管道与承压设备有关的支撑件和结构件可参照使用与承压设备有关的支撑件和结构件可参照

6、使用 容规、蒸规、管规（30mm 设计单位）2011-8-1421标准适用范围1、标准适用范围u方法要求、质量分级标准u适用于同时具备下列条件的焊接接头： a）材料为碳钢或低合金钢； b）全焊透结构型式的对接接头对接接头 b）全焊透结构型式的对接接头； c）工件厚度t：12mm12mmt400mm（不包括 焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时， 取薄侧厚度值）045取薄侧厚度值）。 对接接头：焊接中两件表面构成大于或等于 135，小于或等于180夹角的接头u对于其他细晶各向同性和低声衰减金属材料，也可参照本部分使用，但应考虑声速 的变化。（比如锅炉主蒸汽管P91/92） 压力容器复合板（对接接头的

7、基材一般是低合金钢可以执行JB/T4730 10进行压力容器复合板（对接接头的基材般是低合金钢，可以执行JB/T4730.10进行 TOFD检测。但复材部分焊缝一般是奥氏体不锈钢，或镍基合金，其焊接组织晶粒粗 大，不可以参照本标准进行TOFD检测） 奥氏体不锈钢对接接头不能参照JB/T4730 10标准进行TOFD检测2011-8-1422奥氏体不锈钢对接接头不能参照JB/T4730.10标准进行TOFD检测。检7.2 TOFD 检测显示u7.2.1TOFD检测显示应至少包括A扫描信号和TOFD图像。u7.2.1 TOFD检测显示应至少包括A扫描信号和TOFD图像。u7.2.2 TOFD应使用

8、射频波形式的A扫描信号。 (演示）2011-8-1423检艺验试验7.3 TOFD检测工艺和验证试验u检测前，应根据本标准并结合被检工件编制TOFD检测工艺uTOFD检测工艺至少应包括如下内容： a) 被检工件情况； b) 检测设备器材； c) 检测准备：包括确定检测区域、厚度分区及探头设置、扫 查方式的选择扫查面准备等查方式的选择、扫查面准备等； d) 表面盲区及其补充检测方法； ) （必要时）横向缺陷的补充检测方法e) （必要时）横向缺陷的补充检测方法； f) 检测系统设置和校准； g) 检测；g) 检测； h) 数据分析和解释； i) 缺陷评定与验收。2011-8-1424i) 缺陷评定

9、与验收。检艺验7.3 TOFD检测工艺验证u检测工艺应应采用模拟试块进行验证试验，以验证缺陷检出能 力和寸测量靠性(演示模拟试块力和尺寸测量可靠性。 (演示模拟试块） 模拟试块应满足如下要求： a)模拟试块一般采用焊接工艺制备或使用以往检测中发现的含真实缺陷的)模拟试块般采用焊接工艺制备或使用以往检测中发现的含真实缺陷的 工件。 b)模拟试块的材质、结构应能代表被检工件的特征和满足扫查要求，厚度 应为工件厚度的0.91.3倍且两者间最大差值不大于25mm。 c)模拟试块中的缺陷类型应为工件中易出现的典型焊接缺陷，一般包括裂 纹、未熔合、气孔、夹渣、未焊透等。缺陷一般应平行于熔合线，若焊 接接头

10、有产生横向缺陷的倾向时还应增加横向模拟缺陷。 d)模拟试块中的缺陷位置应具有典型性且至少应包含外表面内表面和d)模拟试块中的缺陷位置应具有典型性，且至少应包含外表面、内表面和 内部。若模拟试块可倒置，则可用一个表面缺陷同时代表内、外表面。 e)模拟缺陷的尺寸可参照表5中II级规定的最大允许缺陷尺寸。可由制造单位或无损检测机构自己进行，也可委托独立第三方进 行工艺验证试验的见证2011-8-1425表面盲区7.4 表面盲区u7.4.1采用非平行扫查和偏置非平行扫查时，TOFD检测在u7.4.1 采用非平行扫查和偏置非平行扫查时，TOFD检测在 扫查面和底面均存在表面盲区。u7.4.2 TOFD检

11、测前，应根据探头设置及所选择的扫查方式 通过试验测定其扫查面表面盲区高度扫查面表面盲区高度，并在检测工艺中注明 底面盲区不需实测，可通过理论计算2011-8-1426表面盲区7.4 表面盲区表面盲区是TOFD技术的固有局限性扫查面表面盲区A BC8mm理论上： 直通波宽度所反映的厚度试算：若采用5M、 ?6mm、60度探头对 检测壁厚t=40mm工件，直通波周期数为 2则表面盲区高度？2，则表面盲区高度？ PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92 T=1/5=0.2*10-6s V*2T ABC PCS得到ABC 93 18V*2T=ABC-PCS，得到ABC=93.18mm, 则x

12、=7.4mm2011-8-14277 4 底面盲区计算7.4 底面盲区计算yxu椭圆曲线方程为： x2/a2+y2/b2= x2/(0 5PCS)2+t2+y2/t2 =1x /a +y /b= x /(0.5PCS) +t +y /t =1u试算：若采用5M、 ?6mm、60度探头对检测壁厚t=40mm工件，X型坡口， 底面焊缝宽度20mm，则熔合线处的底面轴偏离盲区高度？ PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92，则a=(462+402)1/2=61,b=t=40,椭圆方程为： x2/612+y2/402 =1。将x=10代入得：y=39.5 故熔合线处的底面轴偏离盲区高度为40

13、 39 5=0 5mm故熔合线处的底面轴偏离盲区高度为40-39.5=0.5mm2011-8-1428横向缺陷7.5 横向缺陷u横向缺陷检出率低是TOFD两种初始扫查方式的固有局限性u横向缺陷检出率低是TOFD两种初始扫查方式的固有局限性u原因：当超声波声束与缺陷走向平行时，缺陷端点的衍射波 在TOFD图谱上形成圆形显示，从而难以分辨出来。2011-8-1429四、检测应用一般要求四、检测应用一般要求四检测应用般要求四、检测应用一般要求1、制造厂：1、制造厂： 人员：TOFD 级2人+常规UT 级1人；暂定 相应的无损检测仪器设备；（仪器、试块、其他器材）相应的无损检测仪器设备；（仪器、试块、其他器材） 设计文件。 2、检测单位：2、检测单位： 核准规则3号修改单 单独项TOFD单独项TOFD 条件： 级 3TOFD +1(RT)+2(MT)+1(PT)，UT级1人 仪器（2通道以上）探头扫查装置试块数探仪仪器（2通道以上）、探头、扫查装置、试块、数探仪 加分项2011-8-1431谢谢 谢谢！谢谢 谢谢！