TOFD检测技术在建筑钢结构工程中的应用探讨

TOFD检测技术在建筑钢结构工程中的应用探讨冯俊英（河南省基本建设科学实验研究院有限公司，郑州 ）摘要：本文介绍了TOFD检测技术的基本原理、适用范围、优缺点及其在建筑钢结构工程中的应用探讨、前景分析。关键词：TOFD检测技术；建筑钢结构；无损检测TOFD Detection Technology In The Application Of Construction Steel Structure Engineering FENG Jun-ying (Capital of /Henan Institute of Science Experiment Co.,Ltd , Zhengzhou ，China)Abstract: TOFD detection techniques were introduced in this paper the basic principle, advantages, disadvantages, application scope and application in building steel structure engineering were discussed, prospects. Key words: TOFD detection technology；Construction steel structure; Nondestructive testing 1 概述超声波衍射时差法(Time Of Flight Diffraction， TOFD)是一种利用超声波衍射现象，利用缺陷端点的衍射波信号检测和测定缺陷尺寸的超声检测技术。近十几年来在欧洲和美洲等西方发达国家广泛应用；国内核电、石油等行业的大型压力容器及管道焊接检测也正逐渐推广。但是在国内建筑钢结构行业，该技术尚处于刚刚引入阶段。2 TOFD检测技术的基本原理 TOFD检测技术是一种利用超声波衍射现象，非基于波幅的自动超声检测方法。TOFD 技术检测时使用1对或多对宽频带窄脉冲宽声束探头，每对探头分置在焊缝两侧，声束覆盖检测区域，遇到缺陷时产生反射波和衍射波。探头同时接收反射波和衍射波，通过测量衍射波传播时间、利用三角方程，来确定出缺陷的尺寸和位置。图1为 TOFD 技术的工作原理示意图。图1 TOFD 检测技术的工作原理示意图在工件无缺陷部位，发射超声脉冲后，首先达到接收探头的是直通波。然后是底面反射波。有缺陷存在时，在直通波和底面反射波之间，接收探头还会接收到缺陷处产生的衍射波或反射波。除上述波外，还有缺陷部位和底面因波型转换产生的横波，一般会迟于底面反射波到达接收探头。工件中超声波传播的路径见图2.缺陷处A扫描信号见图3.图2 TOFD检测技术的声波传播路径图3 缺陷处A扫描信号一次扫查操作所得到的所有连续A扫描信号按照信号幅度取灰度或色度就形成了B、D 扫描显示。其中，B扫描为进行平行扫查时所得到的工件二维图像；D扫描为进行非平行扫查时所得到的工件二维图像，这样就得到一个完整 TOFD扫查图像（见图4）。图4 TOFD 非平行扫查和典型的D扫描显示3 TOFD检测技术的适用范围、优缺点 3.1 TOFD检测技术的适用范围：a) 材料为低碳钢或低合金钢；b) 截面全焊透的对接接头；焊接中两件表面构成大于或等于135，小于或等于180夹角的角接头。 c) 工件厚度t：12mmt400mm（不包括焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时，取薄侧厚度）。 3.2 TOFD检测技术的优点：a) TOFD检测技术融合了普通超声波和射线检测的优点：既可以检测较大厚度的焊缝，又能比较直观地显示检测结果；b) 检测灵敏度高，缺陷检出率远大于其他常规检测方法；比常规脉冲回波超声检测更能对缺陷精确定位、准确定量；c) 能准确测出侧向波、上端部散射波和下端部衍射波声程，很容易测知缺陷自身高度；d) 检测速度快、效率高、重复性好；e) TOFD检测安全环保、和其他工作可交叉作业。3.3 TOFD检测技术的缺点：a) 由于超声波的局限性对近表面的缺陷难以检出，通常需补充进行磁粉（MT）等表面检测；b) 由于TOFD检测灵敏度很高，对粗晶材料的晶界反射信号不易区别；c) 检测面光洁度要求较高，需打磨光滑平整；d) TOFD检测对缺陷定性需要检测人员有丰富的经验，对焊接知识、生产、设备运行等相关的情况进行掌握；e) TOFD检测需要的对比试块比较多，加工起来难度大，购买费用高。4 TOFD检测技术在建筑钢结构工程中的应用探讨建筑钢结构工程的无损检测主要是脉冲回波超声波、射线和磁粉检测。其中最常用、使用最多的是超声波检测，占建筑钢结构工程无损检测的80%左右；其次是射线和磁粉检测，占建筑钢结构工程无损检测的20%左右。超声波、射线检测都属于内部缺陷的无损检测方法，但是其原理和适用范围区别很大，并且有各自独特的优点和局限性。磁粉检测属于表面无损检测，主要辅助超声波、射线检测铁磁性材料构件表面和近表面的缺陷。根据现场检测情况将TOFD检测技术与脉冲回波超声波、射线检测技术的比较情况见下表。 TOFD 检测技术和脉冲回波超声波、射线检测技术的比较 方 法 项 目TOFD检测脉冲回波超声波检测（UT）射线检测（RT）检测效率很高，线性扫查较高，锯齿形扫查一般，需要曝光和洗片时间灵敏度很高，对缺陷端点信号很敏感较高，需表面耦合保证好一般，对平行表面的缺陷不敏感定位、定量很高，对缺陷能精确定位、准确定量较高，对缺陷定位、定量会有人为误差对缺陷水平定量准，但是无法确定缺陷的深度安全性环保安全、无危害无危害对人体有害，需特别防护；对其他工作面施工干扰大适用性12mmt400mm截面全焊透的对接接头基本能满足各种焊接件的检测对较大厚度的构件无法穿透检测成本数据硬盘存储，无需其它耗材耦合剂、探头等耗材需要底片、洗片等耗材5 结束语通过比较，TOFD 检测技术具有对各种缺陷检出率高、检测速度快、重复性好、对人体无伤害、无须采取特殊环境防护措施、可交叉作业、检测数据经软件分析处理后结果直观并能长期保存等特点。T0FD 检测技术在特种设备、压力容器和水利等行业焊缝质量检测中的成功应用，给建筑钢结构行业也带来了启示：在建筑钢结构工程中，如果工件情况符合T0FD 检测技术的适用范围，我们完全可以把T0FD 检测技术运用到建筑钢结构工程中。使用T0FD 检测技术不仅能提高建筑钢结构工程的焊接质量，而且还能提高工作效率、缩短工期，减少了潜在环保风险，充分体现了现代建筑工程建设中“以人为本”的科学发展观理念。随着TOFD检测技术在国内无损检测领域的推广深入，该技术在建筑钢结构的焊缝质量检测中必将具有广阔的应用前景。作者简介：冯俊英（1981），女，工程师 ，河南省基本建设科学实验研究院有限公司钢结构检测所技术负责人,UT、MT、PT级。参考文献 1 国电大渡河流域水电开发有限公司 华电郑州机械设计研究院有限公司。DL/T330-2010水电水利工程金