TOFD--超声波衍射时差法介绍

TOFD技术介绍TOFD–超声波衍射时差法TOFD也叫“裂纹端点衍射法”或“尖端反射法”衍射时差(TOFD)技术TOFD发展简史衍射现象以往对衍射的利用TOFD原理实际操作以及在现场中的应用(tnlink公司)TOFD优点标准TOFD发展简史七十年代中期由UKAEAHarwell发现的在八十年代早期，以横向的方式用于PISCII和DDT系统定量很准–成为了一种标准的定量技术在九十年代初，线形TOFD开始用于管线单独使用TOFD的检出率很高衍射现象裂纹衍射波衍射波入射波折射波衍射现象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。衍射现象裂纹衍射波衍射波入射波折射波向各个方向传播能量低取决于入射角槽或裂纹以往对衍射的利用端点衍射法(伴生脉冲观察法-SPOT)时间波幅22尖端衍射11棱角反射时间角度时间,角度和声速高度TOFD的基本原理两个探头相对排列在焊缝两边，一发一收工作方式，由发射探头发射的超声纵波在焊缝截面较大的范围内扩散，一部分通过沿表面的路径到达接收探头（边波），该路径是两探头间最短路径，所以是第一个接收到的脉冲；另一部分到达焊缝底部，被底面反射回来，到达接收探头位置形成底部脉冲（底波）；超声纵波在焊缝内部若遇到缺陷，在缺陷的入射正面产生反射波，在缺陷的边缘产生衍射波，其中衍射波基本上是没有指向性的，通常能被接收探头接收到，超声波传输的路径在边波和底波之间TOFD:典型的设置发射探头接收探头直通波上端点下端点底面反射信号A扫信号发射探头接收探头直通波LW上端点下端点底面反射波BW相位变化直通波LW上端点下端点底面反射波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02222tcdSt缺陷深度发射探头接收探头SSdt0t0220222Sttcd缺陷自身高度发射探头接收探头2Sd112ddhd2由于计算自身高度只需要测量时间,所以高度估计会很准确。实际操作中，检测裂纹1-mm的精度是完全可以达到的(检测人工缺陷时可以达到0.1mm)。一些典型缺陷向外表面延伸的缺陷向内表面延伸的缺陷水平方向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底面反射波BW直通波被隔开了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LW尖端信号底面反射信号被隔开了没有底面反射波水平方向的平面形缺陷(层间未熔,冷夹层)发射探头接收探头直通波LW底面反射波BW反射回波反射信号数据显示白色+黑色-波幅时间时间A扫图用带黑度的线表示数据显示D扫上表面内壁A扫LWBW校准工具A扫D-scanPCSt0t0TcLWBWPCS（探头入射点间距离）,壁厚,速度,探头延时,直通波或底面反射信号不需要知道所有的参数测量工具A扫D扫指针t1t2lPt1,t2自动计算d1,d2和hd1d1h内置的计算器缺陷位置的影响发射探头接收探头SSdt0t0x缺陷位置的不确切性发射探头接收探头SSt2t1相等时间的轨迹(t1+t2=ct)dmindmax实际上:绝对深度的最大误差低于10%.内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的。特别应注意靠近内壁的小缺陷横向扫查上表面内壁B扫直通波这种扫查会产生典型的反向抛物线当探头相对于缺陷对称时时间最短。TOFD扫查图TOFD图显示出直通波和内壁回波加上SW横波信号以及缺陷反射信号在线扫查图谱TOFD扫查图在一幅好的TOFD图上可以清晰地看到直通波。一般用于校准。如果待检表面比较干净缺陷信号比较明显。底面反射很强，可以观察到摇动。离线分析图谱校准A扫D扫PCSt0t0TcLWBWPCS（探头入射点间距离）,壁厚,速度,探头延时,直通波或底面反射信号平行扫查D扫上表面内壁A扫LWBW系统允许同时采集和分析TOFD和脉冲反射信号TOFD横波45PE横波60PE直通波线性化发射探头接收探头直通波耦合剂厚度变化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时间改变Source:SonomaticTOFD可靠性•最近的研究表明TOFD在用线形扫查时检出率较高•将TOFD和脉冲反射法相结合时检出率更高TOFD检测过程中的照片TOFD的优点对于焊缝缺陷检出率很高.检测速度快.定量精度高容易检出方向性不好的缺陷可以识别向表面延伸的缺陷使用横向TOFD模式时,特别是有信号处理的帮助下缺陷定量很准。在安全上，不需要一个安全的独立的操作空间，因此可以在不中断工艺生产的情况下进行检测，节约设备制造时间可以在线得到检测结果，并且可以将结果用数字信号型式永久保存在光盘中，以便于以后在役检验进行对比分析因为检测速度快，对于板厚超过25mm的材料，成本比RT少的多可以在200℃以上的表面进行检测（已经有在400℃检测的实例）TOFD检测系统易于搬运，可以在方便的任何地方进行检测由于可以在产品制造期间进行检测，由此可以节约大量的时间和修复成本TOFD标准ASME第V卷，第四篇及附录LASME2235-4《锅炉压力容器规范》ASTM-E2373《超声波衍射技术标准》ASMEB31.3《工艺管道》ASME第VIII卷WGAC9613CEN1997《TOFD检验验收规范》CEN/TC121/SC5/WG2《焊接-焊缝检验TOFD技术应用》BS7706《超声波TOFD技术对缺陷检测、定位和定量的校验与设置指南》JB4730-10《压力容器无损检测》GB/T11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》CEN/TS14751焊接---焊缝检测出使用TOFD时差衍射技术NVN-ENV583-6无损检测---超声检测---第六章，飞越时间衍射技术是一种可以对缺陷定位以及定量的方法NEN1822〔en〕〔TOFD〕检测技术验收规范