武汉中科TOFD资料课件

技术报告ABTMI-1锅炉与压力容器及管道焊缝超声波自动探伤机总体目标建立焊缝超声自动检测工艺研制ABTMI-1锅炉与压力容器及管道焊缝超声波自动探伤设备在大多数情况下采用对焊缝进行一维的一次扫查完成检测整个焊缝，提高检测的速度和操作可行性。划分区域的超声横波的脉冲回波检测方法当焊缝壁厚小于30mm时，用划分区域的超声横波的脉冲回波检测方法对实现声束对焊缝的全面覆盖。对焊缝内的缺陷检出，沿焊缝长度方向定位和定量，在焊缝厚度方向确定区域，并测出缺陷偏离焊缝中心的位置。超声衍射时间渡越（ToFD）技术当焊缝壁厚小于75mm时，采用一组ToFD探头对焊缝进行缺陷的检出，沿焊缝长度方向定位和定量，沿焊缝厚度方向定位和定量。焊缝区域划分的超声横波的脉冲回波检测

将焊缝沿厚度方向分成七个区域，当焊缝厚度小于18mm时，每个区域3毫米，当焊缝厚度小于30mm大于18mm时，每个区域5毫米。分别采用横波聚焦探头在焊缝侧面垂直于焊缝长度方向入射，每个探头检测焊缝的一个区域。针对V型坡口的焊缝，超声横波角度选择60度左右，近似垂直于焊缝坡口和熔合面，利于检测平行于熔合面未熔合缺陷。焊缝区域划分的超声横波的脉冲回波检测示意图

焊缝区域划分的超声横波的脉冲回波检测对焊缝根部分区采用一次波检测，对焊缝其他分区均采用二次波检测。每个分区探头的声束在焊缝截面内的检测区域宽度要在约3mm到5mm范围内。良好的指向性和均匀的声场是提高检测质量的关键。焊缝区域划分的超声横波的脉冲回波检测

采用固定相对位置的阵列探头，使探头支架简化，耦合稳定一致。两个阵列探头相对在焊缝两边排列，实现对焊缝截面的全面探伤。研制的阵列探头有两种，分别是3mm分区和5mm分区。前者适于检测厚度小于18mm的焊缝；后者适于检测厚度小于30mm大于18mm的焊缝。分区探头的声束焊缝的厚度方向的覆盖宽度略大于分区的高度，使反射体在被两个相邻探头同时检测到时相对灵敏度在-9分贝到-3分贝之间。附表显示了各个探头的覆盖数据。衍射波渡越时间（ToFD）技术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。衍射波渡越时间（ToFD）技术衍射波渡越时间（ToFD）技术H=C/2*SQRT（T*T+T*A+B）A=（Ttd*Ttd-Tb*Tb+T0*T0）/（Tb-T0）B=（Tb*Tb*T0-Tb*T0*T0-Ttd*Ttd*T0）/（Tb-T0）Ttd=2*D/C。衍射波渡越时间（ToFD）技术假设衍射波的子源近似在接收、发射探头对称中心线上；边波时间T0；底波时间Tb；焊缝厚度D；材料纵波声速C；则根据衍射波渡越时间T计算出该衍射波的子源的埋藏深度H。精度可达到1毫米以下衍射波渡越时间（ToFD）技术随着探头沿焊缝方向扫查，ToFD检测波形被记录下来，积累成ToFD图象，在计算机显示屏上显示出来，灰度代表波形数据，横向位置代表渡越时间，也就是缺陷端点的深度位置，纵向位置代表沿焊缝的扫查位置。操作人员能够很方便地识别缺陷和测量缺陷大小。衍射波渡越时间（ToFD）技术衍射波渡越时间（ToFD）技术缺陷内部声阻抗小于工件材料的声阻抗，超声波到达缺陷上端点时产生的衍射波要使端点界面上正应力和的绝对值小于入射前入射波的应力绝对值或近似为零：│Pi+Pd│<│Pi│，或│Pi+Pd│=0，═>Pd=-Pi；和透射波反相位的衍射波来自缺陷上端点子源衍射波渡越时间（ToFD）技术超声波到达缺陷下端点时产生的衍射波要使端点界面上正应力和的绝对值大于入射前入射波的应力绝对值或近似为两倍（因为空隙消失了，材料更致密）：│Pi+Pd│>│Pi│，或│Pi+Pd│=2*│Pi│，═>Pd=Pi。所以和透射波同相位的衍射波来自缺陷下端点子源。衍射波渡越时间（ToFD）技术衍射波出现在某个时间表示衍射波子源可能发生在半个椭球表面上。因为超声波的指向性，衍射波子源可能是两个探头中间区域的缺陷产生的。沿焊缝扫查后，衍射波的最近点假设衍射波子源在探头入射点连线正下方。严格的ToFD方法应该沿垂直焊缝方向也做扫查，找到衍射波最近的位置，这时衍射波子源确实在探头入射点连线中点的正下方。这时计算埋藏深度最为准确，并且能够给出缺陷偏离焊缝中心的位置。衍射波渡越时间（ToFD）技术超声探伤仪器系统超声波探伤数据采集器具有4个子单元组成。每个单元有4套独立的超声波同步发射、接收放大和数据采集电路。各个单元通过局域网络接口和计算机相连。整个系统的每个超声波探伤电路能够除了脉冲回波、一发一收方式，还能工作在任意通道之间的串列方式以较高地脉冲重复频率进行超声波检测，又能避免相互之间的声波干扰。超声波探伤仪达到了较高的性能指标参数，除了满足常规通用超声波探伤的要求，同时满足TOFD技术和多通道超声波自动探伤对超声波设备在性能上的特殊要求。重要性能指标通道数：16重复频率：1000Hz脉冲电压：300V脉冲宽度：100ns上升时间：15ns频带宽度：15MHz通带增益：90分贝增益范围：110分贝增益步进：0.1分贝采样频率：100MHz垂直线性：4%分辨力：30分贝记录长度：10米探伤软件自动探伤系统操作软件工作在Windows2000或WindowsXP操作系统上，人机界面美观、大方、友好，能进行超声探伤参数输入、超声探伤扫查自动控制、超声探伤数据记录、显示和分析，打印输出超声探伤报告。探伤扫查记录能将各个通道的数据以B扫图象、TOFD图象、双门带状图象及焊缝截面切片图象显示出来。探伤软件在采集超声波探伤数据同时采集了自动扫查的位置，形成和实际扫查位置对应的二维图象显示，能在图象上读出缺陷扫查位置、相对位置、缺陷在焊缝方向长度，缺陷在声程坐标中相对熔合面的位置，及在TOFD图象中读出缺陷在焊缝深度方向的位置和大小。提出对焊缝验收有用的信息和数据。扫查器扫查器包括爬行器、爬行轨道、超声波探头夹持和耦合支架，耦合水分水器、探头电缆分线器等组成。爬行器架持在轨道上，由导轮限制沿轨道做扫查运动。爬行器速度可以控制，最快150mm/S，最慢15mm/S。扫查的位置有光电编码器采集，实时输送给计算机。扫查器超声波探头安装在探头小车上，能够沿扫查方向灵活扫动，滚动摩擦非常小，所以耦合稳定、可靠。探头小车用万向叉夹持，保持对探伤面的贴合。探头小车通过线形导轨安装在探头臂上，能够方便地调节距焊缝中心的位置或探头间距。焊缝分区当焊缝高度小于20mm时，将焊缝沿高度方向按：N=D/2.8，使分区高度不超过3mm。当焊缝高度大于20mm并小于30mm时，将焊缝沿高度方向按：N=D/4.6，使分区高度不超过5mm。当焊缝填充区高度大于8mm时，将焊缝沿高度方向按：N=D/6.5，使分区高度不超过8mm。设计制作试块焊缝内部的每个填充分区焊缝中心线段点设置45°角的Φ2mm平底孔。在焊缝上表面熔合线上刻槽，深度1mm，宽度2mm，长度15mm。焊缝中心线下表面刻深度为壁厚四分之一的纵向槽，槽底为锐角，槽长15mm，用于显示TOFD检测的缺陷上端点衍射。设计制作试块焊缝中心线上钻Φ2mm垂直通孔。焊缝中心线上表面刻深度为壁厚四分之一的纵向槽，槽底为锐角，槽长15mm，用于显示TOFD检测的缺陷下端点衍射设计制作试块设备