《TOFD检测（双语）》课件-2.TOFD检测缺陷深度及自身高度计算原理

TOFD检测缺陷深度及自身高度

计算原理

CalculationofDefectDepthandHeightUsingTOFDTOFD检测技术

TOFDTestingTechnology知识目标

KnowledgeobjectivesTOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD1TOFD检测缺陷自身高度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectHeightUsingTOFD2教学目标

TeachingobjectivesTOFD技术根据信号到达时间，利用简单的三角函数关系来计算衍射端点的深度，而不需要像常规超声波检测那样，寻找最高波，然后根据回波位置计算反射体的深度。TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFDTOFD扫查示意图

SchematicDiagramofTOFDScanning

TOFDcalculatesthedepthofadiffractingpointfromthesignalarrivaltimeusingsimpletrigonometricrelationships.Unlikeconventionalultrasonictesting,itdoesnotrequirethepeak-amplitudeechotobeidentifiedbeforethereflectordepthiscalculatedfromtheechoposition.TOFD扫查示意图

SchematicDiagramofTOFDScanning两探头入射点之间的距离又称探头中心距，用符号PCS表示。PCS=2S。TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD

ThedistancebetweenthebeamentrypointsofthetwoprobesisreferredtoastheprobecenterspacingandisdenotedbyPCS.PCS=2S.

Becausethetwoprobesarepositionedsymmetricallyrelativetothediffractingpoint,theultrasonicsignalpathlengthLcanbecalculatedusingthefollowingequation:式中，L：超声信号传播距离，mm；

whereListheultrasonicsignalpathlength,inmm;s：两探头入射点之间距离的一半，mm；

sishalfthedistancebetweenthebeamentrypointsofthetwoprobes,inmm;d：衍射端点的深度，mm；

disthedepthofthediffractingpoint,inmm;TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD由于两探头相对于衍射端点是对称的，则超声信号传播距离L可以用下式计算：TOFD扫查示意图

SchematicDiagramofTOFDScanning超声信号传播时间可以由下式计算：

Theultrasonicsignaltransittimecanbecalculatedusingthefollowingequation:式中，c：波的传播速度，mm/s

wherecisthewavepropagationvelocity,inmm/s通过上式还可以得到衍射端点深度的计算式：

Theequationabovecanalsoberearrangedtocalculatethedepthofthediffractingpoint:TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD通过信号传播时间可以计算出衍射端点的深度，前提是衍射端点在两探头之间对称中心点的位置上。

Thedepthofthediffractingpointcanbecalculatedfromthesignaltransittime,providedthatthepointliesdirectlybeneaththemidpointbetweenthetwoprobes.TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD裂纹有时并不在两探头之间所对称位置上，算出的深度有误差（对非平行扫查而言）。

Acrackmaynotalwayslieatthesymmetricalpositionbetweenthetwoprobes,resultinginanerrorinthecalculateddepthduringnonparallelscanning.对宽度不大的“V”型坡口焊缝，缺陷偏离焊缝中心轴线不大，因此计算缺陷深度的误差很小，在±1mm之内。ForanarrowV-grooveweld,thedefectgenerallydeviatesonlyslightlyfromtheweldcenterline.Therefore,theerrorinthecalculateddefectdepthissmallandremainswithin±1mm.案例1：衍射点位于两探头连线的中心线上，已知：两探头中心距80mm，衍射点深度30mm，则超声信号传播距离是多少？

Example1:Adiffractingpointliesonthecenterlinebetweenthetwoprobes.Giventhattheprobecenterspacingis80mmandthedepthofthediffractingpointis30mm,calculatetheultrasonicsignalpathlength.解：由公式

Solution:Accordingtotheequation,已知数据，S=40，d=30

givenS=40andd=30,答：超声信号传播距离为100mm。

Answer:Theultrasonicsignalpathlengthis100mm.得

theresultis:TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD发射探头

TransmittingProbe接收探头

ReceivingProbeSSdt0t0假设：缺陷位于两探头入射点连线中心线上，两个探头入射点之间的距离（探头间距，PCS）为2S，超声波从发射探头发射后经衍射点传播被接收探头接收到，传播时间为t，超声波在探头内的传播时间为t0，超声纵波的声速为c，则缺陷深度d。TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD

Assumethatthedefectliesonthecenterlinebetweenthebeamentrypointsofthetwoprobes,andthatthedistancebetweenthetwobeamentrypoints,namelytheprobecenterspacing(PCS),is2S.Anultrasonicwaveemittedbythetransmittingprobetravelstothediffractingpointandisthenreceivedbythereceivingprobe.Ifthetotaltransittimeist,thetimespenttravelingwithintheprobesist₀,andthelongitudinal-wavevelocityisc,thedefectdepthdcanbecalculatedasfollows.

发射探头

TransmittingProbe接收探头

ReceivingProbePCSd1d2TOFD仪器能够精确测量声程时间，所以垂直方向定量会很准确。

TOFDinstrumentscanmeasureultrasonictransittimeaccurately,enablinghighlyaccuratesizinginthethrough-walldirection.缺陷自身高度

DefectHeightTOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD实际操作中，检测人工缺陷高度精度时可以达到0.1mm。

Inpractice,theheightofanartificialdefectcanbemeasuredwithanaccuracyofupto0.1mm.发射探头

TransmittingProbe接收探头

ReceivingProbeSSdt0t021当缺陷处于位置2时，如果和1处缺陷超声波传播时间相同，则TOFD对2处缺陷深度计算依然为d，则其实际深度小于计算深度，但由于被检测焊接接头区域具有一定的宽度，此种误差常常可忽略不计。TOFD检测缺陷深度计算原理

PrinciplesforCalculatingDefectDepthUsingTOFD

WhenadefectislocatedatPosition2andhasthesameultrasonictransittimeasthedefectatPosition1,TOFDstillcalculatesitsdepthasd.Itsactualdepthisthereforelessthanthecalculateddepth.However,becausetheinspectedweldregionhasalimitedwidth,thiserrorisgenerallynegligible.TOFD检测不能够确定缺陷相对于探头的具体位置。

TOFDtestingcannotdeterminetheexactpositionofadefectrelativetotheprobes.01TOFD缺陷深度的计算和高度的计算

CalculationofDefectDepthandHeightUsingTOFD02TOFD检测不能确定缺陷相对于探头的具体位置

TOFDtestingcanno