《TOFD检测（双语）》课件-1.TOFD对衍射信号检测

TOFD检测技术

TOFDTestingTechnologyTOFD对衍射信号检测

DetectionofDiffractedSignalsUsingTOFD知识目标

Knowledgeobjectives波的衍射现象及TOFD检测原理

WaveDiffractionandthePrinciplesofTOFDTesting1不同角度下衍射信号波幅变化

ChangesinDiffracted-SignalAmplitudeatDifferentRefractedAngles2TOFD图像形成原理

TOFDImageFormation

Principle3教学目标

Teachingobjectives典型的情况是：当超声波作用于一条长裂纹缺陷，在裂纹表面产生超声波反射的同时，还将从裂纹尖端产生衍射波。

Atypicalexampleoccurswhenultrasonicwavesencounteralongcrack:reflectionsaregeneratedfromthecracksurface,whilediffractedwavesaregeneratedfromthecracktips.波的衍射现象及TOFD检测原理

WaveDiffractionandthePrinciplesofTOFDTesting衍射，是指波在传输过程中与界面作用而发生的不同于反射的另一种物理现象。

Diffractionisaphysicalphenomenon,distinctfromreflection,thatoccurswhenawaveinteractswithaninterfaceduringpropagation.TOFD就是利用声束在裂纹两个端点或端角产生的衍射波来对缺陷进行定位定量。

TOFDusesthediffractedwavesgeneratedbyanultrasonicbeamatthetwotipsorcornersofacracktolocateandsizethedefect.衍射波信号比反射波信号弱得多，且向各个方向传播，即没有明显的指向性。

Diffracted-wavesignalsaremuchweakerthanreflected-wavesignalsandpropagateinalldirections,withnopronounceddirectivity.缺陷端点的形状对衍射有影响，端点越尖锐，衍射特性越明显，端点越圆滑，衍射特性越不明显，当端点圆半径大于波长λ时，主要体现的是反射特性。

Theshapeofadefecttipaffectsitsdiffractioncharacteristics.Thesharperthetip,themorepronouncedthediffraction;themoreroundedthetip,thelesspronouncedthediffraction.Whenthetipradiusexceedsthewavelengthλ,reflectionbecomesthepredominantbehavior.波的衍射现象及TOFD检测原理

WaveDiffractionandthePrinciplesofTOFDTesting由于衍射波能量远远低于反射波能量，因此采用单探头作TOFD检测时衍射信号被反射波掩盖难以观察，因此单探头扫查方式，不适合高效的TOFD检测。

Becausetheenergyofdiffractedwavesismuchlowerthanthatofreflectedwaves,diffractedsignalsaremaskedbyreflectedsignalsandaredifficulttoobservewhenasingleprobeisusedforTOFDtesting.Therefore,single-probescanningisunsuitableforefficientTOFDtesting.衍射信号能接收

Diffractedsignalscanbereceived衍射信号被反射波信号掩盖

Thediffractedsignalismaskedbythereflectedsignal波的衍射现象及TOFD检测原理

WaveDiffractionandthePrinciplesofTOFDTestingTOFD采用双探头，一发一收模式进行检测

TOFDtestingusesadual-probearrangement,withoneprobetransmittingandtheotherreceiving波的衍射现象及TOFD检测原理

WaveDiffractionandthePrinciplesofTOFDTesting将TOFD探头放在垂直于试件表面的裂纹的两侧等距位置，分别发射和接收信号，设计的探头声束有足够大的扩散角度，能够同时接收上下尖端的衍射波信号。

PositionthetwoTOFDprobesequidistantlyonoppositesidesofacrackperpendiculartothespecimensurface,withoneprobetransmittingandtheotherreceiving.Theprobebeamsaredesignedwithasufficientlywidebeamspreadtoreceivediffracted-wavesignalsfromboththeupperandlowercracktipssimultaneously.不同折射角下衍射信号波幅的变化ChangesinDiffracted-SignalAmplitudeatDifferentRefractedAngles折射角度为65°时，上尖端信号和下尖端信号波幅均为最大。

Thesignalamplitudesfromboththeupperandlowercracktipsreachtheirmaximumvaluesatarefractedangleof65°.裂纹下尖端的信号，在38°时波幅下降很大，而在20°时波幅又回升，使得裂纹下尖端波幅曲线出现两个峰。

Theamplitudeofthesignalfromthelowercracktipdecreasessignificantlyat38°butincreasesagainat20°,resultingintwopeaksinthelower-tipamplitudecurve.不同折射角下衍射信号波幅的变化ChangesinDiffracted-SignalAmplitudeatDifferentRefractedAngles测试结果表明：Thetestresultsshow:测试结果表明：Thetestresultsshow:在45°~80°区间，裂纹下尖端的信号波幅略大于上尖端的信号波幅。在此区间内，由角度变化引起的波幅变化不大于6dB。

Withintherangeof45°to80°,thesignalamplitudefromthelowercracktipisslightlygreaterthanthatfromtheuppercracktip.Withinthisrange,thechangeinamplitudecausedbyvariationsintherefractedangledoesnotexceed6dB.不同折射角下衍射信号波幅的变化ChangesinDiffracted-SignalAmplitudeatDifferentRefractedAngles衍射信号幅度会随折射角而变化；但是在45°~80°区间，TOFD衍射波信号幅度与折射角关系不大，这是与脉冲回波信号的最大不同点。

Theamplitudeofadiffractedsignalvarieswiththerefractedangle.However,withintherangeof45°to80°,theamplitudeofaTOFDdiffracted-wavesignalisonlyweaklydependentontherefractedangle.ThisisthemostsignificantdifferencebetweenTOFDdiffracted-wavesignalsandpulse-echosignals.TOFD技术一般使用的探头角度为45°~70°、避开了38°这一不利角度，这就保证了衍射信号的强度。

TOFDtestingtypicallyusesprobeswithrefractedanglesrangingfrom45°to70°,therebyavoidingtheunfavorableangleof38°andensuringadequatediffracted-signalamplitude.不使用75°以上探头并不是出于衍射信号波幅的原因，而是因为在此区间声程差减小引起的测量误差会急剧增大。

Probeswithrefractedanglesgreaterthan75°arenotexcludedbecauseofdiffracted-signalamplitude,butbecausethereduceddifferenceinsoundpathlengthwithinthisrangecausesmeasurementerrorstoincreasesharply.不同折射角下衍射信号波幅的变化ChangesinDiffracted-SignalAmplitudeatDifferentRefractedAnglesTOFD技术把一系列A扫数据组合，通过信号处理转换为TOFD图像。

TOFDtestingcombinesaseriesofA-scandataandconvertsthemintoaTOFDimagethroughsignalprocessing.在图像中每个独立的A扫信号成为图像中很窄的一行，通常一幅TOFD图像包含了数百个A扫信号。

Intheimage,eachindividualA-scansignalformsaverynarrowline,andatypicalTOFDimagecontainshundredsofA-scansignals.TOFD图像形成原理PrinciplesofTOFDImageFormationA扫信号的波幅在图像中是以灰度等级显示的。

TheamplitudesoftheA-scansignalsarerepresentedbygraylevelsintheimage.TOFD图像的一维坐标代表探头位移，另一维坐标代表信号传输时间。

OneaxisofaTOFDimagerepresentsprobedisplacement,whiletheotherrepresentssignaltransittime.TOFD图像形成原理PrinciplesofTOFDImageFormation探头扫查过程中，衍射点相对于探头位置不断变化，衍射信号传输时间也不断变化。

Duringscanning,thepositionofthediffractionpointrelativetotheprobeschangescontinuously,causingthetransittimeofthediffractedsignaltovaryaccordingly.TOFD图像形成原理PrinciplesofTOFDImageFormation产生弧形的原因可解释如下：弧形凸起峰的最高点对应的是衍射信号声程的最小位置。

Theformationofthearccanbeexplainedasfollows:theapexofthearccorrespondstothepositionatwhichthediffractedsignalhastheshortestsoundpath.当缺陷位于发射和接收探头的连线中点下方的对称处时，脉冲传输时间最短。

Thepulsetransittimeisshortestwhenthedefectliesdirectlybeneaththemidpointbetweenthetransmittingandreceivingprobes.TOFD图像形成原理PrinciplesofTOFDImageFormation当探头偏离这一位置，无论是平行于焊缝移动（D扫描），还是垂直于焊缝移动（B扫描），传输时间都可能增加。

Whentheprobepairmovesawayfromthisposition,whetherparalleltotheweldinaD-scanorperpendiculartotheweldinaB-scan,thetransittimeincreases.TOFD图像形成原理PrinciplesofTOFDImageFormationTOFD扫查时，探头由远处而来，经过缺陷再离去，由对称位置的一边扫描至另一边，衍射信号的传输时间先是逐渐减小，直到一个最小值，然后再次增加，这样在TOFD图像中就形成一个弧。

DuringTOFDscanning,theprobepairapproachesthedefectfromoneside,passesoverit,andmovesawayontheotherside.Astheprobepairmovesfro