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TOFD－TimeofFlightDiffraction技术与标准中国特种设备检测研究院研究开发部无损检测研究室胡斌2010/8/302主要内容一、TOFD技术概述二、TOFD技术验证与优缺点三、国外TOFD标准四、我国TOFD发展及标准法规五、典型案例或图谱一、TOFD技术概述2010/8/3041、TOFD定义定义：TimeOfFlightDiffraction衍射时差法超声检测TOFD方法利用缺陷端点的衍射波信号探测和测量缺陷的尺寸TOFD基本结构：一发一收双探头宽角度纵波斜探头（通常）2010/8/3052、TOFD检测显示A扫描显示TOFD图像2010/8/3063、TOFD起源技术起源－1974，英国AEANDTHarwell，Silk首台设备英国AEAA-EATechnologySonomatic首次应用1985核电设备用途：缺陷尺寸测量2010/8/3074、物理基础－衍射缺陷上的每一点形成新的子波源称为衍射惠更斯原理入射波2010/8/3084、物理基础－衍射缺陷衍射波衍射波入射波反射波特点：1、全方位2、低能量2010/8/309发射探头接收探头直通波直通波上端点下端点底面反射波底面反射波5、检测原理——埋藏缺陷2010/8/30105、检测原理——扫查面开口缺陷发射探头接收探头缺陷下尖端底面反射波底面反射波直通波中断无直通波2010/8/30115、检测原理——底面开口缺陷发射探头接收探头直通波直通波缺陷上尖端底面反射波中断无底面反射波2010/8/30125、检测原理——层间缺陷发射探头接收探头直通波直通波底面发射波底面发射波反射波反射信号2010/8/30136、TOFD检测图像的形成（灰度图）白+黑-幅度时间时间将每一个A扫描信号转化为灰度线，沿探头的运动方向拼接成二维灰度图2010/8/30147、TOFD扫查方式与成像特点直通波底面反射波（1）非平行扫查2010/8/30157、TOFD扫查方式与成像特点A扫描信号非平行扫查lPPCS非平行扫查成像特点2010/8/30167、TOFD扫查方式与成像特点扫查面底面直通波形成抛物线形TOFD图像2、平行扫查方式二、TOFD技术验证与优缺点2010/8/30181、欧洲TOFD技术试验日期试验名称1980DTIMEMTRequirementBoard(Weldingdefectsinplates34-94mm)1983UKAEADDTTrials1985PISC-llTrials1989EPRITrials1983-86DutchNILTrials1990-91GF.10-38mmplate&welds1991-95NDP6-15mmplate&welds2002－05TOFDPROOF2010/8/30192、TOFD图谱—表面开口裂纹21122010/8/30202、TOFD图谱—X形坡口根部未焊透21123412342010/8/30212、TOFD图谱—V形坡口根部未焊透根部未焊透1231232010/8/30222、TOFD图谱—密集气孔123122010/8/30232、TOFD图谱—横向裂纹12341231232010/8/30242、TOFD图谱—根部未焊满1231232010/8/30252、TOFD图谱—层间未熔合1232010/8/30262、TOFD图谱—根部未熔合TOFDtechniqueLackofrootfusiondefect2010/8/30272、TOFD图谱—根部凹陷TOFDtechniqueRootConcavitydefect2010/8/30282、TOFD图谱—根部过厚TOFDtechniqueOverpenetrationdefect2010/8/3029（1）能探测不利取向的缺陷，缺陷检出率高；荷兰焊接协会的试验结果POD缺陷检出率FCR误报率R可靠性3、TOFD优点2010/8/3030欧洲TOFDPROOF的试验结果2010/8/30313、TOFD的优点（2）超声波束覆盖区域大，效率高；（3）缺陷高度测量精确；（4）实时成像，快速分析；（5）非基于波幅，波幅影响小；（6）快速、安全、方便。2010/8/30324、TOFD的局限性（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壁厚20mm5mm壁厚28mm6mm2010/8/30334、TOFD的局限性（1）底面盲区（2）非平行扫查时焊缝横截面相似深度的缺陷在TOFD显示中会叠加2010/8/30343、TOFD的局限性（3）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。2010/8/30353、TOFD的局限性（4）TOFD信号较弱，对信噪比敏感；（5）TOFD数据分析对检测人员要求高。熟练掌握设备；扎实的理论基础；丰富的对比试验经验：工厂、试块（RT、解剖）现场经验(跳动、滑移、耦合、表面、运动方式对图谱影响)2010/8/30364、TOFD检测适用对象可检工件壁厚：欧洲：6mm美国ASTM：9mmASME:12.7mm以上时可替代射线我国：12mm对接焊接接头（主要）各种缺陷：裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣错边、腐蚀减薄、未焊满等材料：低碳钢和低合金钢（主要）对其他粗晶和各向异性材料应有特殊方法，如不锈钢三、国外TOFD标准2010/8/30381、欧洲TOFD标准BS7706-1993英国ENV583-6:2000无损检测（法国标准化协会）CEN/TS-14751:2004焊接（德国标准化协会）共识EN标准NEN1822：2005荷兰验收标准铁素体钢接受准则2010/8/30392、美国、日本的标准美国ASMEcodecase2235－1，1996年；自动超声检测，规范性质（含验收标准）ASTME2373-2004采用超声波衍射时差法的标准实施规程ASMESec.V附录N、ASMESec.V附录III日本NDIS2423-2001ＴＯＦＤ法によるきず高さ測定方法2010/8/30403、关于国际TOFD标准的分类方法BS7706ENV583-6CEN/TS14751ASTME2373NDIS2423验收ASMEcc2235NEN1822综合规范ASMEcc22352010/8/30414、关于ASMEcc2235国内重点关注特殊的标准案例2235的主要内容—超声替代射线(核心和争议所在)2235的历史－1（1996）；－3（2000），＋动力锅炉；－6（2003），改动较多－8，－9，2005年10月（＋相控阵9早于8）对象任何适用的自动超声检测方法，并非特指TOFD条件—基于计算机的自动数据采集、原始数据完整存储方法分为两种：基于波幅、非基于波幅（TOFD）2010/8/30424、关于ASMEcc2235(续)超声替代射线的提出1995荷兰VerkooijenJINSIGHT欧洲？直接原因：日本建造ASME的大型容器，申请特批技术原因面状缺陷的检出率（面状缺陷对容器的影响更大）深度定位和测高（RTNO)教训：工厂RT、现场UT总是发现一些RT漏掉的大缺陷需求：HSE、效率、成本仪器和技术的进步2010/8/30434、关于ASMEcc2235(续)2235主要特点1、强调自动超声检测（非人工手动超声）2、强调演示3、强调数据（数据采集、完整存储）4、设备、程序、人员、试块要鉴定（qualification）5、检测区域、扫查方案文件化保证可重复性6、缺陷评定缺陷不定性矩形表征接受原则（材料力学计算）考虑2个因素：断裂力学分析＋超声对缺陷检测能力4种材料：SA516-70/SA517-F/9Ni/304SS—欧洲ECA/FFP、国内的安全评定并非指单独的TOFD代替射线检测，需同时满足各要求四、我国TOFD发展及标准法规2010/8/30451、TOFD在我国的发展20世纪90年代TOFD技术引进理论研究、设备购置中国特种设备检测研究院端点衍射法研究无锡华光锅炉公司李衍介绍TOFD原理和国外标准核动力研究所、中国第一重型机械集团设备引进与试验2000年左右试应用西气东输工程中石油管道局相控阵分区聚焦＋TOFD技术中石油企标ASTME19612010/8/30461、TOFD在我国的发展TOFD检测实际应用（举例）2001年大庆龙凤炼油厂加氢反应器(206mm/192mm)中国一重与中国特检院2005年神华煤液化工程340mm厚加氢反应器中国一重2007年新疆独山子石化和天利高新中国特检院质检总局第1个TOFD科研试点2008年广西石化23球罐、大连日立宝源中国特检院TOFD企业标准2004年中国一重企业标准（一重和中国特检中心合作编写）2007年中国特检院、合肥通用院、中特创业、中国二重2008年江苏省特检院开展TOFD应用的特种设备相关检验单位湖北省院、山东省院等其他行业机械、核工业（105）、石油系统（中海油、中石油）、大专院校（北交大、哈工大）2010/8/30471、TOFD在我国的发展国产TOFD设备2003年带TOFD功能的超声手动扫查成像仪中国特检院（林树青、马殿忠等）2005年第一台单通道TOFD设备中科创新、湖北省特检院2008年铁轨TOFD检测设备北京市铁道局、北京交大TOFD检测人员全国特种设备无损检测UT资格中分项TOFD专项截至目前共5期，约合计150人。展望能源工业发展，安全环保的强调，对检测质量、成本和效率的不断重视——越来越广泛的应用2010/8/30482、国内TOFD法规关于进一步完善锅炉压力容器压力管道安全监察工作的通知国质检特函[2007]4022007年6月7日六、关于衍射波时差法超声波检测（TOFD）方法的应用对现场制造壁厚度60mm以上的压力容器，可以采用TOFD检测方法替代射线法进行无损检测。从事TOFD检测的无损检测机构必须符合以下条件：（一）在我国TOFD无损检测标准未公布前，应当参照国外成熟标准制订相应的企业标准，经全国锅炉压力容器标准化技术委员会审核通过后，按照《中华人民共和国标准化法》规定进行备案。（二）从事TOFD检测的无损检测机构至少应具有超声波无损检测（UT）Ⅲ级人员1名，UTⅡ级资格4年以上（含4年，下同）人员2名，作为TOFD检测责任人和操作复核人员。（三）从事TOFD检测人员应当具有UTⅡ级资格4年以上（含4年），其TOFD操作技能经全国无损检测考核委员会考核合格。2010/8/30493、《容规》（征求意见稿）《蒸规》《容规》（征求意见稿）：第八十三条压力容器焊接接头检测方法的选择要求如下：(一)压力容器壁厚小于等于38mm时，其对接接头应当采用射线检测或可记录的超声检测。(二)压力容器壁厚大于38mm（或小于等于38mm，但大于20mm并且使用材料抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）时，其对接接头如采用射线检测，则每条焊缝还应当附加局部超声检测；如采用超声检测，每条焊缝还应当附加局部射线检测。„„(三)可以采用衍射时差法超声检测（TOFD）代替射线检测。„„第八十五条„„采用衍射时差法超声检测（TOFD）的焊接接头，其合格级别不应低于Ⅱ级。第九十条„„妥善保管好无损检测档案和底片（包括原缺陷的底片）或超声检测资料，保存期限不应当少于7年。《蒸规》修订意见：TOFD有望纳入正式正文2010/8/30504、TOFD检测标准TOFD标准1、JB/T4730.10《承压设备衍射时差法超声检测》草案2006年9月5日中国特检院提出全国锅容标委归口“标准起草组”成立成员状况组长：林树青技术总负责：寿比南特设局、中国特检院、全国锅容标委、全国特种设备无损考委会、省市检验检测机构、承压设备制造单位、国内外设备生产厂家、电力系统代表、石油系统代表目前进度2008年6月发改委通过立项,2009年4月标准组最后集体会议2、企业标准要求：机构具有设备