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1、目录1、前言2简单介绍TOFD3、部分实际操作图片4、常见一些不合格的扫查图片TOFD知识普及教程 TOFD 超声波衍射时差法也叫 “裂纹端点衍射法” 或“尖端反射法”什么是 TOFD?v衍射时差法 (Time of flight diffraction简称TOFD)是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角” 和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。v超声TOFD法可用于材料探伤、缺陷定位和定量。与常规的超声技术不同，TOFD法不用脉冲回波幅度对缺陷大小做定量测定，而是靠脉冲传播时间来定量。 Source: NDT On-lineTOFD 认可vTOFD 已经得到ASTM E2
2、373-04，ASME VIII Code 2235， CEN ENV 583-6 (2000)， BS 7706 (1993)等标准的认可。vTOFD 对于判定缺陷的真实性和准确定量上十分有效。v同时， TOFD 可以和脉冲反射法相互取长补短。 例如， 检出焊缝中部的缺陷，判断缺陷是否向表面延伸等就是它的强项。衍射时差技术vTOFD发展简史v衍射现象vTOFD原理 v实际操作v标准vTOFD优点和局限性 TOFD发展简史v七十年代中期由 UKAEA Harwell 发现的v定量很准 成为了一种标准的定量技术v在九十年代初，线形 TOFD 开始用于管线v单独使用TOFD的检出率很高TOFD应用
3、情况v在国内的特种设备行业，2003年，最早将TOFD技术用于工程检测并申请成为企业标准的是中国第一重型机械集团公司。应用对象是神华煤液化工程中的壁厚达340mm的加氢反应器。v此外，在核工业、电力、石油系统，TOFD技术的研究和应用也在蓬勃发展，影响日益扩大。衍射现象裂纹衍射波衍射波入射波折射波衍射（Diffraction）又称为绕射绕射，波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。 衍射现象v惠更斯原理:缺陷上的每一个点都产生出一个球面子波。入射波使缺陷产生振动。衍射现象缺陷衍射波衍射波入射波反射波向各个方向传播向各个方向传播能量低能量低衍射方向不取决衍射方向不取决于入射角于入射角TOFD
4、的基本原理 扫查分类TOFD: 典型的设置发射探头接收探头直通波上端点下端点内壁反射信号A扫信号发射探头接收探头直通波直通波LW上端点上端点下端点下端点内壁反射波内壁反射波BWTOFD技术采用的是纵波，原因是纵波的传输速度快，在A扫显示上处于最前列，方便进行缺陷分析相位变化直通波直通波LW上端点上端点下端点下端点内壁反射波内壁反射波BW+-+-需要不检波的A扫来显示相位的变化传播时间发射探头接收探头SSdLWBWt0t0始脉冲t传播时间发射探头接收探头SSdt0t0缺陷深度发射探头接收探头SSdt0t0缺陷自身高度发射探头接收探头2Sd1d2由于计算自身高度只需要测量时间由于计算自身高度只需要
5、测量时间, 所以垂直方向定量会很准确。所以垂直方向定量会很准确。 实际操作中，实际操作中，检测裂纹检测裂纹 1-mm 的精度是完全可以达到的的精度是完全可以达到的 (检测人工缺陷时可以达到检测人工缺陷时可以达到0.1 mm )。一些典型缺陷v向外表面延伸的缺陷v向内表面延伸的缺陷v水平方向的平面形缺陷向外表面延伸的裂纹发射探头接收探头裂纹尖端裂纹尖端内壁反射波内壁反射波BW直通波被隔开了直通波被隔开了没有直通波没有直通波向内表面延伸的裂纹发射探头接收探头直通波直通波LW尖端信号尖端信号内壁反射信号被隔开了内壁反射信号被隔开了没有内壁没有内壁反射波反射波水平方向的平面形缺陷(层间未熔, 冷夹层)
6、发射探头接收探头直通波直通波LW内壁反射波内壁反射波BW反射回波反射回波反射信号数据显示白色白色+黑色黑色-波幅时间时间A扫图用带黑度的线表示扫图用带黑度的线表示数据显示D扫扫上表面上表面内壁内壁A扫扫LWBW校准工具A扫扫D-scanPCSt0t0TcLWBWPCS（探头入射点间探头入射点间距离）距离）, 壁厚壁厚, 速度速度, 探头延时探头延时, 横向波或横向波或 内壁反射信号内壁反射信号不需要知道所有的参数不需要知道所有的参数测量工具A扫扫D扫扫指针指针t1t2lPt1,t2 自动计算d1, d2 和 hd1d1h内置的计算器内置的计算器缺陷位置的影响发射探头接收探头SSdt0t0x缺陷
7、位置的不确切性发射探头接收探头SSt2t1相等时间的轨迹相等时间的轨迹(t1+t2=ct)dmindmax实际上实际上:绝对深度的最大误差低于壁厚绝对深度的最大误差低于壁厚10 %.内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的 。横向扫查上表面上表面内壁内壁B扫扫横向波横向波这种扫查会产生典型的这种扫查会产生典型的 反向抛物线反向抛物线当探头相对于当探头相对于缺陷对称时时缺陷对称时时间最短间最短 。校准A扫扫D扫扫PCSt0t0TcLWBWPCS（探头入射点间探头入射点间距离）距离）, 壁厚壁厚, 速度速度, 探头延时探头延时, 横向波或横向波或 内壁反射信
8、号内壁反射信号典型的多通道典型的多通道UT仪器用户界仪器用户界面友好面友好 ，还有软件向导。还有软件向导。TOFD检测工艺的选择v探头的选择（波型、近场、声束宽度、频率、角度、尺寸、数量和位置布置）。v中心间距-PCS的选择v灵敏度的选择v槽型校准试块的选择（当检测超过50MM厚的材料时候必须选用校准试块进行校准设置）v电子仪器的要求（数据记录、脉冲发生器、信噪比、数据采样、信号显示内容和方式）TOFD 扫查图在一幅好的在一幅好的 TOFD图图上可以清晰地看到直上可以清晰地看到直通波。通波。 一般用于校一般用于校准。准。如果待检表面比较干如果待检表面比较干净缺陷信号比较净缺陷信号比较 明明显。
9、显。内壁反射很强。内壁反射很强。典型TOFD 成像直通波底面回波TOFD检测的一般流程v仪器设置。（主要设置一些功能参数，如：触发电压、探头频率、工件厚度、编码器、滤波器、PCS脉冲重复频率等）v扫查工件（一般采取非平行扫查）v校准仪器（校准指针零点，方便测量）v缺陷分析（点、线、面的初步判定甚至性质的精确确定、埋藏深度、自身高度、长度）常见缺陷在TOFD中的显示近表面裂纹裂纹阻挡了直通波，下尖端衍射信号显示在A-扫描中。21根部未焊透注意上下尖端的两个信号1234根部未熔合注意直通波和缺陷信号之间的波形相位转换123侧壁未熔合注意上下尖端的两个信号1234气孔密集型气孔12横向裂纹在直通波上
10、我们可以看到宽波束在缺陷上的反映。1234123根部内凹 底面回波产生变形123层间未熔合TOFD +脉冲回波v技术描述v数据浏览v检测结果v优点 多通道系统允许多通道系统允许TOFD和脉冲回波同时进和脉冲回波同时进行检测和分析。行检测和分析。TOFDPE 45 SWPE 60 SW技术描述TOFD60-SW(右)60 SW (左）45-SW(右)45-SW(左)探头移动方向TOFD&P/E 数据浏览检测结果TOFD不能发现该处的根部缺陷，但P/E可以发现。检测结果TOFD相控阵俯视图侧视图断面视图技术描述 (2) 区域划分技术ADD drawing检测结果TOFD(D-扫描)相控阵(带状图)
11、直通波线性化发射探头接收探头直通波耦合剂厚度变化耦合剂厚度变化时间改变时间改变直通波线性化发射探头接收探头直通波探头间距有小的变化探头间距有小的变化 时间改变时间改变TOFD可靠性意大利意大利SAIPEM公司公司经过研究表明经过研究表明 TOFD 检出率较高检出率较高将将 TOFD 和脉冲反和脉冲反射法相结合时检出率射法相结合时检出率更高更高Source: SonomaticTOFD的优点v对于焊缝中部缺陷检出率很高v容易检出方向性不好的缺陷v可以识别向表面延伸的缺陷v采用TOFD和脉冲回波相结合，可以实现100%焊缝覆盖。v沿焊缝作一维扫查，具有较高的检测速度。v缺陷定量、定位精度高。v根据
12、TOFD可进行ECA分析（缺陷寿命评估）。国内外现有TOFD标准和规范v欧洲标准（BS7706-1993、ENV583-6：2000、CEN/TS-14751：2004等同德国DIN CEN/TS14751和英国DD CEN/TS14751 、NEN1882：2005）v美国标准（ASME code case2235-9、ASTM E2373-2004）v日本标准（NDIS E2423-2001）TOFD 的局限性v在上、下表面附近盲区v对“噪声”敏感，对粗晶材料检测困难。v夸大了一些良性的缺陷, 如气孔, 冷夹层, 内部未熔合。TOFD结语vTOFD设置正确时是一种很好的缺陷定量和定位方法；v根据标准和检出率的要求把TOFD和脉冲反射法相结合。
