TOFD检测规程.docx

四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测规程（试行稿）华电郑州机械设计研究院有限公司二滩水电开发有限责任公司2010 年 8 月前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅱ1范⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12范性引用文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3和定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4一般定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7等⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 8准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 9系置和校准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 10⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 11数据的分析和解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 12非平行的相关示的助⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 13缺欠定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 14告⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16附 A（料性附）参考⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18附 B（料性附）缺欠深度、高度及表面盲区高度的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20附 C（料性附）衍射差法超声告格式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21衍射时差法超声检测技术作为一种独立的无损检测方法，具有环保、对人体无伤害、缺欠检出率高、缺欠尺寸定量精度高、检测结果能图像化存储及便于实现自动扫面等优点，目前该项检测技术已经在许多大型水电站的焊缝检测中应用。

本规程起草过程中查阅了大量国内外技术资料和相关标准，同时参考了GB/T 23902-2009 《无损检测超声检测超声衍射声时技术检测和评价方法》，CEN/TS 14751-2004《焊接---衍射时差法超声检测在焊接检验中的使用》，ASTM2373-2004《采用衍射时差法超声检测的标准实施规程》，NVN-ENV583-6-2000《无损检测超声检测第六部分:超声衍射声时技术检测和评价方法》，BS 7706-1993《用于缺陷探测、定位和定量的衍射时差法超声检测的校准和设置指南》， NEN 1822-2005《衍射时差法超声检验技术验收规范》，ASME code case 2235-9《锅炉压力容器案例——超声波代替射线检验》等标准中的部分内容；进行了大量的试验研究，并结合其他水电工程中的实际应用经验，在力求技术先进、经济合理和安全可靠的原则下，明确了四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测的方法及缺欠评定要求。

本规程的附录A、附录B、附录 C 均为资料性附录。

本规程起草单位：华电郑州机械设计研究院有限公司、二滩水电开发有限责任公司。

四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测规程1 范围本规程规定了四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测的方法及缺欠评定的要求。

本规程适用于母材厚度为20mm～ 300mm 的工程结构用非合金钢、低合金钢及合金钢对接焊接接头衍射时差法超声检测。

其它类型金属材料可参照执行，但应充分考虑材料的几何特性、声学特性及检测灵敏度的影响。

2规范性引用文件下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单 (不包括勘误的内容 )或修订版均不适用于本规程，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规程。

GB/T无损检测术语超声检测（GB/T，ISO5577:2000，Non-destructive testing-Ultrasonic inspection-Vocabulary ， IDT ）GB/T 超声探伤用 1 号标准试块技术条件GB/T 20737无损检测通用术语和定义（GB/T 20737-2006 ， ISO/TS18173:2005 ， IDT ）JB/T 10061 A 型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件3术语和定义GB/ 和 GB/T20737 确立的以及下列术语和定义适用于本规程。

衍射时差法超声检测TOFD Time of Flight Diffraction technique是利用缺欠端点的衍射波信号发现缺欠和测定缺欠尺寸的一种超声检测方法，一般使用纵波斜探头，采用一发一收模式，见图 1。

直通波lateral wave从发射探头沿工件以最短路径到达接收探头的超声波，见图1。

底面反射波back wall echo经底面反射到接收探头的超声波，见图1。

发射探头接收探头直通波上端点衍射波下端点衍射波底面反射波a) 平板工件发射探头接收探头直通波上端点衍射波下端点衍射波底面反射波b) 凸面工件发射探头接收探头直通波上端点衍射波下端点衍射波底面反射波c）凹面工件图 1衍射时差法超声检测示意图探头中心间距PCS probe center separation发射探头和接收探头入射点之间的距离，见图2。

缺欠上端点upper tip of imperfection距扫查面最近的缺欠端点，见图2。

发射探头接收探头扫查面上端点下端点底面图 2缺欠的上、下端点、深度、高度和探头中心间距缺欠下端点lower tip of imperfection距扫查面最远的缺欠端点，见图2。

缺欠深度imperfection depth缺欠上端点与扫查面间的距离，见图 2 中的 d1。

缺欠高度imperfection height在一个缺欠长度范围内，缺欠最高上端点与最低下端点在工件厚度方向上的投影距离，其中扫查面开口缺欠高度指缺欠下端点到扫查面的距离，底面开口缺欠高度指缺欠上端点到底面的距离，见图2中的h。

非平行扫查non-parallel scan探头运动方向与声束方向成直角的扫查方式。

也叫 D 扫描，见图 3 a）。

平行扫查 parallel scan探头运动方向与声束方向平行的扫查方式。

也叫 B 扫描，见图 3 b）。

1562278349XY234YZa）非平行扫查和TOFD 检测图像15627 834X9Y2Y34Zb）平行扫查和TOFD 检测图像1562278349 XY2Y34Zc）偏置非平行扫查1—参考线；4—接收探头；7—缺欠的上端点；2—探头移动的方向；5—通过整个厚度范围内的传送时间；8—缺欠的下端点；3—发射探头；6—直通波；9—底面反射波。

图 3非平行扫查、平行扫查和偏置非平行扫查TOFD 检测图像偏置非平行扫查offset non-parallel scan在焊缝 TOFD 检测时，探头组主声束的交点偏离焊缝中心线的非平行扫查，见图 3 c）。

纵向平行扫查portrait scan焊缝 TOFD 检测时，探头组沿着焊缝方向移动的平行扫查，见图4。

234XY图 4 纵向平行扫查横向非平行扫查landscape prientation焊缝 TOFD 检测时，探头组垂直于焊缝方向移动的非平行扫查，见图5。

231X24Y图 5 横向非平行扫查A 扫描显示A-scan display超声波信号的射频波型显示图，一个轴代表波幅，另一个轴代表声波的传播时间。

TOFD图像TOFD imageTOFD数据的二维显示，是将扫查过程中采集的 A 扫描信号连续拼接而成，一个轴代表探头移动距离，另一个轴代表深度，一般用灰度表示 A 扫描信号的幅度。

坐标定义coordinate definitionX、 Y 和Z 坐标的含义，见图6。

规定检测起始参考点O点以及X扫查面OY底面Z图 6 坐标定义O—设定的检测起始参考点X —沿焊缝长度方向的坐标Y —沿焊缝宽度方向的坐标Z—沿焊缝厚度方向的坐标4一般规定按照本规程进行TOFD 检测、分析图谱、出具和签发报告的人员，应取得电力行业或中国无损检测学会等超声检测 2 级及以上资格证书和TOFD 检测 2 级及以上专项资格证书，并有从事TOFD 检测的工程实际经验。

检测前应针对被检工件编制作业指导书。

应根据被检工件的厚度和结构形式制作对比试块。

5检测系统检测设备5.1.1 TOFD 检测设备应具有线性A- 扫描显示、超声波发射、接收、数据自动采集和记录、显示和信号分析等功能。

根据需要可使用单通道或多通道设备。

5.1.2 设备性能满足以下要求：a) A 扫描水平线性误差不大于1％，垂直线性误差不大于5％；b)脉冲接收器带宽应大于等于探头公称的频率带宽；c) 增益应在80dB以上，其步进级小于等于1dB，且连续可调；d) 数字采样率至少为 4 倍探头公称频率，若需对原始数据进行数字信号处理，采样率应增加到探头公称频率的8 倍。

5.1.3设备其余指标应符合JB/T10061的规定。

探头用于 TOFD 检测的超声探头应满足以下要求：a）探头的波型模式为纵波；b）探头类型可以选用单晶片或相控阵探头、非聚焦或聚焦探头；c）探头对中两个探头中心频率偏差不大于20%；d）探头对中两个探头应具有相同的晶片尺寸；e）在信号峰值下降20dB 处测得的探头脉冲持续时间不得超过两个周期；f）连续发射脉冲的声信号间无干扰产生。

扫查装置扫查装置应保证扫查时两探头入射点间距相对稳定，且在母材厚度不等或具有一定角度的对接接头检测时使探头与扫查面耦合良好。

扫查装置可以采用动力或人工驱动。

扫查装置上应安装位置编码器。

数据采集、记录和显示系统数据采集、记录和显示系统应具备以下功能：a）应当采用自动的计算机数据采集装置，原始数据应自动记录且不可更改；b）可自动形成扫描图形；c）至少应记录和显示 A 扫描信号以及指示波型与其相邻波型之间相对位置的信息；d）设备应具有检测数据的存取功能。

6试块校准试块校准试块采用GB/ 中的 1 号试块，用于仪器、探头、系统性能校准和检测校准。