TOFD检测工艺

TOFD检测工艺中国特种设备检测研究院无损检测技术中心杨齐2主要内容一、TOFD工艺编制关键参数二、案例讲解一、TOFD工艺编制关键参数1、TOFD工艺编制至少应包含的内容①被检工件情况；②检测设备器材；③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；④表面盲区及其补充检测方法；⑤横向缺陷的补充检测方法（必要时）；⑥检测系统设置和校准；⑦检测；⑧数据分析和解释；⑨缺陷评定与验收。2020/3/1432020/3/1442、关键参数确定①检测区域ua）检测区域由其高度和宽度表征。ub）若焊缝实际热影响区经过测量并记录，检测区域宽度为两侧实际热影响区各加上6mm的范围。uc）若未知焊缝实际热影响区，检测区域宽度为焊缝本身再加上焊缝熔合线两侧各10mm的范围。ud）若对已发现缺陷的部位进行复检或已确定的重点部位，检测区域可缩减至相应部位。2020/3/145②厚度分区及PCS的计算（NB/T47013.10-2010)工件厚度mm检测分区数深度范围mm标称频率MHz声束角度（°）晶片直径mm50~10020~2t/57.5~570~603~62t/5~t5~360~456~12100~20030~t/57.5~570~603~6t/5~3t/55~360~456~123t/5~t5~260~456~20200~30040~407.5~570~603~640~2t/55~360~456~122t/5~3t/45~260~456~203t/4~t3~150~4010~202020/3/146实例：工件厚度150mmu按照NB/T47013.10标准，分为3个区检测：u1、0mm～30mmu2、30mm～90mm（22.5mm～90mm）u3、90mm～150mm（75mm～150mm）u探头中心间距——PCS计算u第一分区：7.5MHz3mm探头，70度楔块u聚焦点：30*(2/3)=20mm，故PCS=2*tg70*20=110mmu第二分区：5MHz6mm探头，60度楔块u聚焦点：(90－30)*(2/3)+30=70mm,故PCS=2*tg60*70＝242mmu第三分区：3.5MHz9.5mm探头，55度楔块u聚焦点：(150－90)*(2/3)+90=130mm,故PCS=2*tg55*130＝371mm2020/3/147探头声场的计算及厚度方向覆盖验证声束覆盖范围计算公式：折射角公式声束半扩散角公式实例（以第二分区为例）：5MHz6mm探头，60度楔块，工件中纵波声速5.95mm/us楔块中纵波声速2.4mm/usu计算步骤：u（1）由折射角公式计算出楔块中纵波入射角：u（2）计算楔块中纵波的声束扩散角：（3)计算楔块中纵波的声束上下边界角：（4）计算钢中纵波的声束上下边界角：2020/3/148;349.095.5/4.260sinsin0044.20)56/(4.27.0//sin1DfFCDF0121.3v0165.2321.344.20＝上v0123.1721.344.20＝下v4.2/95.565.23sinsin2上v020.84＝上v4.2/95.523.17sinsin2＝下v0222.47＝下v2020/3/149厚度方向覆盖验证：u根据以上－12dB声束扩散角的计算，采用5MHz6mm探头，60度楔块时，声束下半扩散角为47.22°，上半扩散角为84.0°。u第二分区覆盖厚度为：22.5mm～90mm，PCS=242mmu在焊缝的中心线上，－12dB声束覆盖深度范围为：u经计算，满足厚度方向上深度覆盖的要求。u实际工作中，应在对比试块上通过对各深度缺陷的检测效果进行验证。212122.470htgmmh11221121840htgmmh1312020/3/1410③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8mm理论上：直通波宽度所反映的厚度试算：若采用5M、ϕ6mm、60度探头对检测壁厚t=40mm工件，直通波周期数为1，则表面盲区高度？PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92T=1/5=0.2*10-6sV*T=ABC-PCS，得到ABC=93.18mm,则x=7.4mmABCu扫查面表面盲区表面开口缺陷表面盲区高度近表面不开口缺陷表面盲区高度实测值取其中较大值。2020/3/14112020/3/1412对于表面盲区应采取其他有效的检测方法进行补充，如对扫查面和底面可按照JB/T4730.3～4730.6标准进行超声、磁粉、渗透或涡流检测等。如：爬波检测优点：1、受工件表面刻痕、不平整、凹陷、液滴等的干扰较小，有利于检测近表面缺陷。2、易安装于扫查架实现焊缝整体检测缺点：衰减快，检测距离较小F1F2xy0底面盲区主要是轴偏离盲区4mm3mm2mm1mm12222byax椭圆曲线方程为：x2/a2+y2/b2=x2/[(0.5PCS)2+t2]+y2/t2=1试算：若采用5M、ϕ6mm、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40-39.5=0.5mm2020/3/1414xy2020/3/1415④横向缺陷横向缺陷检出率低是TOFD两种初始扫查方式的固有局限性原因：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。2020/3/1416当需要检测横向缺陷时，应采取其他有效的检测方法进行补充，如按照JB/T4730.3中B级检测的规定进行横向缺陷的超声检测或采取措施使超声波声束与焊缝横截面形成一定倾角进行的TOFD特殊扫查方式等。什么时候需要？低合金高强钢等具有横向裂纹倾向材料的焊接接头、设计文件规定的脉冲反射法斜平行扫查脉冲反射法平行扫查2020/3/1417⑤扫查方式的选择位置1位置2何时需增加偏置非平行扫查？1、-12dB非平行扫查覆盖不了检测区域2、底面检测区域边界处的轴偏离盲区高度超过检测需要时位置1位置2轴偏离盲区高度1.5mm2020/3/1418⑥A扫描时间窗口设置若工件厚度不大于50mm时，可采用单检测通道，其时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5μs以上，窗口宽度应设置为包含工件底面的一次波型转换波后0.5μs以上。——提供缺陷有关辅助信息若在厚度方向分区检测时，最上分区的时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5μs以上，最下分区的时间窗口的终止位置应设置为底面反射波到达接收探头后0.5μs以上；各分区的A扫描时间窗口在深度方向应至少覆盖相邻检测分区在厚度方向上高度的25％。可利用检测设备提供的深度参数输入，但应采用对比试块校验时间窗口在厚度方向上的覆盖性。150mm工件时间窗口设置1、0-3030*1/4=7.52、22.5-9060*1/4=153、75-150底面反射波后0.5us2020/3/1419⑦灵敏度设置（1）灵敏度设置一般应采用对比试块。当采用对比试块上的反射体设置灵敏度时，需要将较弱的衍射信号波幅设置为满屏高的40%～80%，并在被检工件表面扫查时进行表面耦合补偿。（2）若被检工件厚度不大于50mm且采用单检测通道时，也可直接在被检工件上进行灵敏度设置。一般将直通波的波幅设定到满屏高的40%～80%；若采用直通波不适合或直通波不可见，可将底面反射波幅设定为满屏高的80%，再提高20dB～32dB；若直通波和底面反射波均不可用，可将材料的晶粒噪声设定为满屏高的5％～10％作为灵敏度。有条件时，建议采用对比试块进行验证。2020/3/14202020/3/1421⑧关于最大扫查速度的规定最大扫查速度不得超过（其中PRF为探头激发的脉冲重复频率，Hz；X为设置的扫查增量，mm；n为设置的信号平均次数），同时应保证耦合效果和数据采集的要求。举例：若某仪器PRF=500次/秒，采用单通道检测，扫查增量设置为1mm，信号平均次数为4，则最大扫查速度为：500*1/4=125mm/sXnPRFv谢谢！