TOFD超声波衍射时差法培训教程

1、 inford- www.rd-TOFD培训教程培训教程 TOFD 超声波衍射时差法超声波衍射时差法也叫 “裂纹端点衍射法” 或“尖端反射法”Source: NDT On-line什么是什么是 TOFD?F衍射时差法 (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。 TOFD 认可认可FTOFD 已经得到ASTM E2373-04，ASME VIII Code 2235， CEN ENV 583-6 (2000)， BS 7706 (1993)等标准的认可。FTOFD 对于判定缺陷的真实性和准确定量上十分有效。F同时， TOFD

2、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。衍射时差技术衍射时差技术FTOFD发展简史F衍射现象FTOFD原理 F实际操作F标准FTOFD优点和局限性 TOFD发展简史发展简史F七十年代中期由 UKAEA Harwell 发现的F定量很准 成为了一种标准的定量技术F在九十年代初，线形 TOFD 开始用于管线F单独使用TOFD的检出率很高衍射现象衍射现象裂纹衍射波衍射波入射波折射波衍射现象衍射现象F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向各个方向传播能

3、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 inford- www.rd-TOFD的基本原理的基本原理 TOFD: 典型的设置典型的设置发射探头接收探头横向波上端点下端点内壁反射信号A扫信号扫信号发射探头接收探头横向波横向波LW上端点上端点下端点下端点内壁反射波内壁反射波BW相位变化相位变化横向波横向波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传播时间发射探头接收探头SSdLWBWt0t0始脉冲t传播时间传播时间发射探头接收探头SSdt0t002222tcdSt缺陷深度缺陷深度发射探头接收探头SSdt0t0220222Stt

4、cd缺陷自身高度缺陷自身高度发射探头接收探头2Sd112ddhd2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 )。 inford- www.rd-一些典型缺陷一些典型缺陷F向外表面延伸的缺陷F向内表面延伸的缺陷F水平方向的平面形缺陷向外表面延伸的裂纹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横向波被隔开了横向波被隔开了没有横向波没有横

5、向波向内表面延伸的裂纹向内表面延伸的裂纹发射探头接收探头横向波横向波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水平方向的平面形缺陷(层间未熔层间未熔, 冷夹层冷夹层)发射探头接收探头横向波横向波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

6、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缺陷位置的影响发射探头接收探头SSdt0t0 x缺陷位置的不确切性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 。横向扫查横向扫查上表面上表面内壁内壁

7、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 扫查图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

8、净缺陷信号比较 明明显。显。内壁反射很强。内壁反射很强。典型典型TOFD 成像成像直通波底面回波不同类型缺陷在不同类型缺陷在TOFD中的显示中的显示近表面裂纹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。2112根部未焊透根部未焊透注意上下尖端的两个信号12341234根部未熔合根部未熔合注意直通波和缺陷信号之间的波形相位转换123123侧壁未熔合侧壁未熔合注意上下尖端的两个信号12341234气孔气孔密集型气孔12312横向裂纹横向裂纹在直通波上我们可以看到宽波束在缺陷上的反映。1234123123根部内凹根部内凹 底面回波产生变形123123层间未熔合层间未熔合123TOFD

9、 +脉冲回波脉冲回波F技术描述F数据浏览F检测结果F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 数据浏览数据浏览检测结果检测结果TOFD不能发现该处的根部缺陷，但P/E可以发现。检测结果检测结果TOFD相控阵俯视图侧视图断面视图技术描述技术描述 (2) 区域划分技术区域划分技术ADD drawing检测结果检测结果TOFD(D-扫描)相控阵(带状图)横向波线性化横向波线性

10、化发射探头接收探头横向波耦合剂厚度变化耦合剂厚度变化时间改变时间改变横向波线性化横向波线性化发射探头接收探头横向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Source: SonomaticTOFD可靠性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TOFD的优点的优点F对于焊缝中部缺陷检出率很高F容易检出方向性不好的缺陷F可以识别向表面延伸的缺陷F采用TOFD和脉冲回波相结合，可以实现100%焊缝覆盖。F沿焊缝作一维扫查，具有较高的检测速度。F缺陷定量、定位精度高。F根据TOFD可进