超声TOFD检测课件
无损检测之超声监测--TOFD检测原理
无损检测之超声监测--TOFD检测原理超声在工业设备上的应用以承压设备为例，超声主要用于检测设备的腐蚀情况、焊缝和原材料质量等。
（1）检测在用承压设备的厚度，以确定设备腐蚀程度，综合设备使用年限和使用情况，对设备安全性做出评估；（2）检测奥氏体不锈钢、镍合金等堆焊层厚度，以确定耐腐蚀层是否堆焊均匀；（3）最常用的就是检测焊接接头的质量，检测焊缝是否存在缺陷，确定缺陷的位置和形状；（4）检测板材本身的质量，确保板材是否存在缺陷。
传统的脉冲反射超声检测超声检测可检厚度厚度：检测焊缝质量方面，焊缝所连接工件的适用厚度已经扩展为6-500mm甚至更厚的工件；检测板材质量方面，碳素钢和低合金钢制承压设备的板材适用厚度为6-250mm。
TOFD检测TOFD--Time Of Flight Diffraction超声波衍射时差法，属于超声检测（UT）的一员。
采用一发一收探头对工作模式，利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷位置和尺寸的超声检测方法。
1套TOFD设备主要由自动探伤系统传感器、扫查架、系统电路、主机硬件、系统软件等组成。
单通道手动TOFD扫查器TOFD检测为什么用纵波纵波传播速度快，最先到达接收探头，容易识别缺陷，以纵波计算缺陷深度，不会与横波信号混淆。
TOFD检测的优缺点（1）相比射线检测（RT）的优势a.灵敏度高，缺陷检出率高，可达80-95%；b.穿透力强，探测深度大，可用于超厚设备检测；c.缺陷的位置、大小、形状及性质等方面较为准确;d.仅须从一面接近被检验的物体;e.无放射性危害，操作安全,无须清场；f.设备轻便，检测速度快。
（2）自身缺点a.表面测量存在盲区，易受焊缝表面质量影响；b.图像识别和缺陷定性较难，需要丰富的经验，对人员要求高；c.横向缺陷难检测；d.对粗晶粒材料检测困难，易受干扰等。
e.不规则焊缝检出较难。
TOFD检测原理1典型TOFD检测图像工人现场手动TOFD扫查环焊缝工人现场手动TOFD扫查环焊缝。
超声波衍射时差(TOFD)技术 ppt课件
ppt课件 4
TOFD技术概念
TOFD技术,即Time of flight diffraction technique,超声波衍射 时差检测技术． 概念：
超声波衍射时差法,是采用一发一收两只探头,利用 缺陷端点处的衍射信号探测和测定缺陷尺寸的一 种自动超声检测方法．
发展条件： 因其原理与传统检测方式有很多不同，弥补了传统方法 的不足之处．
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复合压电晶片
优点: 1.横向振动很弱,串扰声压小 2.机械品质因子Q值低 3.带宽大(80~100%) 4.机电耦合系数值大 5.灵敏度高,信噪比优于普通PZT探头 6.在较大温度范围内特性稳定 7.可加工形状复杂的探头 8.易与声阻抗不同的材料匹配 9.可通过陶瓷体积率的变化,调节超声波灵敏度
发射探头
接收探头
+ _
+ _
根据理论和实验证明，如果两个衍射信号的相位相反，则在两个信号间一定存在一 个连续不间断的缺陷。因此识别相位变化对于评定缺陷尺寸非常重要。利用上、下 端点的时间差来计算缺陷深度和自身高度是TOFD探伤最重要的部分
*注在一些特殊情况下，例如气孔，小夹渣之类的缺陷
ppt课件 由于几何尺寸太小不会产生两个分离的端点信号 24
实际上: 绝对深度的最大误差低于壁厚8 %. 内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的 。
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平行扫查
平行扫查时，扩散声 束作用于缺陷时的衍 射信号传播时间较长 ，而当缺陷位于主声 束中心时即当探头相 对于缺陷处于对称位 置时，传播时间最短 。因此会形成一个抛 物线，抛物线的顶点 处所计算的深度为缺 陷实际深度
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多点声源同时激发，产生大扩散声束，由于声束是 由多个声源在不同位置相互干涉和叠加形成，因此 主声束与扩散声束之间的能量差异不像单晶片探头 那么明显，从而达到大范围的扫查。
超声衍射时差(TOFD)技术原理简介(含图表)
超声衍射时差（TOFD）技术原理简介（含图表）1.超声衍射时差(TOFD)技术介绍“TOFD”即Timeofflightdiffraction，译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。
极大地提高了缺陷检出率。
TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。
此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。
上个世纪七十年代早期，英国原子能管理局(UnitedKingdomAtomicEnergyAuthority，即UKAEA)的国家无损检测研究中心的Harwell实验室提出了了超声波衍射在UT中应用的原理。
UKAEA为了开发比常规超声波检测更精确的缺陷定量技术，最早由史可·毛瑞斯(SILKMG)博士开发出了超声衍射时差技术- 1 -(TimeofFlightDiffraction，简称TOFD)。
后来欧美国家的有关机构进行了大量的试验，到80年代早期证实，对于核反应堆的压力容器和主要部件，TOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声检测(即脉冲回波)技术；相比常规的脉冲回波技术，当时的TOFD 技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差<±1mm，而裂纹监测的误差<±0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感，不向脉冲回波技术那样对某些方向的缺陷有“盲区”；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。
后来开发了便携的设备系统(即国际无损检测中心的ZIPSCAN)，TOFD技术被国际工业界广泛公认。
90年代，该项技术开始应用与石油化工管线的检测。
TOFD衍射时差法超声检测技术课件
• 检测速度快，效率高。
折射角度与衍射波幅度的关系
折射角度与衍射波幅度的关系
• 裂纹上尖端信号从0－65°单调增大，从65 ° ~85°单调降低。波幅最大时的折射角为65 ° 。
• 裂纹下尖端的信号波幅曲线在20 °和65 °时 出现两个峰值，在38 °时，裂纹下尖端的信号 波幅下降到最低。
• 可对原始的检测数据再分析，使用多样 的可视化显示。
TOFD技术的优点
1、TOFD技术的可靠性好。 2、TOFD技术的定量精度高。 3、TOFD检测简便快捷，检测效率高。 4、TOFD检测系统配有自动或半自动扫查装置，能够
确定缺陷与探头的相对位置，信号通过处理可转换 为TOFD图像。TOFD图像更有利于缺陷的识别和分 析。
Rx
典型的D扫视图
D 扫所看到的视图
• D扫描用于采集焊缝及两侧母材中的缺陷 • D扫描视图不能判断出缺陷在焊缝中的横向位置
Tx
Rx
平行扫查-B扫
• 采用平行扫查可 以对缺陷深度进 行更精确的定量， 而且有助于对缺 陷宽度和倾斜角 度的判断。
扫查方向
Tx
Rx
波束方向
焊缝
平行扫查
• 当探头相对于缺陷对称时时间最短 。
TOFD中文名称
• Time of Flight Diffraction Technique的中文 翻译为——衍射时差法超声检测技术
• GB/T 12604.1—2005（等同ISO 5577:2000） 翻译为——衍射声时
• 物理学术语翻译为——衍射渡越时间
TOFD发展历程
• TOFD技术发现(20世纪70年代）——摸 索、完善、装备研发
与底波信号时间差至少20个周期的要求，这可 使直通波与底波回波在10％以上的波幅不超过 两个周期，减小盲区，提高时间分辨率。 • 综合考虑晶片尺寸与探头频率，根据标准规定 选择。 • 一般使用的TOFD探头中心频率为1～15MHz， 晶片尺寸为 3～20mm。 • 常用的探头角度为：45 ° 、60 ° 、70 °
TOFD–超声波衍射时差法培训课件
TOFD检测技术的优势
高效性
TOFD检测技术具有高效性，能够快速准确 地检测出缺陷的位损伤，使用安全。
可靠性
由于其非接触性，TOFD检测技术不易受到 外界因素的干扰，检测结果可靠。
可视化
TOFD检测技术能够提供高清晰度的图像， 使缺陷可视化。
检测设备的组成
01
02
03
04
发射器
产生高频超声波信号，发射到 被检测物体上。
接收器
接收从被检测物体反射回来的 超声波信号。
控制器
控制发射器和接收器的操作， 处理和显示检测数据。
显示器
显示检测结果，便于观察和分 析。
检测设备的操作流程
准备工作
检查设备是否完好，确定被检测物体 的材质、尺寸和形状等参数。
检测设备的维护与保养
定期清洁
定期清洁发射器和接收器的探 头表面，保持清洁以免影响检
测结果。
检查电缆
定期检查电缆是否完好，如有 破损应及时更换。
定期校准
定期对设备进行校准，确保检 测结果的准确性。
存储环境
保持设备存储环境的干燥、通 风，避免高温和潮湿等恶劣环
境。
03
TOFD检测技术在实际应用 中的优势与局限性
与其他技术的融合
分析TOFD技术与其他无损 检测技术的融合应用，提 高检测效率和准确性。
应用领域的拓展
展望TOFD技术在更多领域 的应用前景，如航空航天、 新能源等领域。
如何将TOFD技术更好地应用于实际工作中
实践操作技巧
分享实际操作中的技巧和经验，提高 检测效率和准确性。
与其他技术的协同工作
标准与规范的学习
设备操作与维护
讲解了TOFD设备的操作 步骤、日常维护和常见故 障排除，确保学员能够熟 练操作和维护设备。
TOFD–超声波衍射时差法
TOFD–超声波衍射时差法超声波衍射时差法（TOFD）是一种非破坏性检测技术，常用于测量材料中的缺陷尺寸和位置。
TOFD基于超声波传播的原理，通过计算超声波信号的到达时间差来确定材料中的缺陷。
TOFD的原理是利用超声波在材料中的传播速度来测量缺陷。
当超声波传播到材料中的缺陷时，它将发生衍射现象，这导致超声波信号的出射角度和到达时间发生变化。
通过测量这些角度和时间的变化，可以计算出缺陷的尺寸和位置。
TOFD的检测设备包括一个超声波发射器和一个接收器。
发射器将超声波信号发送到被测材料上，接收器接收反射回来的信号。
接收器上的传感器测量信号的到达时间，并将数据发送给计算机进行处理。
TOFD的步骤如下：1.准备工作：确保被测材料表面清洁，并涂上耦合剂以方便超声波的传播。
2.发送超声波信号：发射器发送超声波信号，信号穿过被测材料并遇到任何缺陷。
3.接收超声波信号：接收器接收被缺陷反射的超声波信号，传感器测量信号的到达时间。
4.数据处理：计算机接收到传感器测量的到达时间数据后，使用TOFD原理计算缺陷的尺寸和位置。
TOFD的优点是能够提供准确而详细的缺陷信息。
它可以测量缺陷的尺寸和位置，并且在一次扫描中能够检测到多个缺陷。
此外，TOFD对材料的表面和涂层厚度没有严格要求，适用于不同类型的材料。
然而，TOFD也有一些限制。
首先，TOFD需要高度训练的操作员才能正确操作设备和解读结果。
此外，材料的形状和尺寸可能会影响到信号的传播，导致检测不准确。
此外，TOFD对材料的密度和声波传播速度也有一定要求。
总之，超声波衍射时差法是一种非破坏性检测技术，通过计算超声波信号的到达时间差来确定材料中的缺陷尺寸和位置。
它可以提供准确而详细的缺陷信息，适用于不同类型的材料。
然而，正确操作设备和解读结果需要高度训练的操作员，且对材料的形状、尺寸、密度和声波传播速度有一定要求。
超声波检测新技术-TOFD检测
２ＯＤ Ｆ 检测 的原理和应用 Ｔ ２１ Ｏ Ｄ ．Ｔ Ｆ 检测原理 Ｔ Ｆ 检测原理：当超声波遇到诸如裂纹等缺 ＯＤ 陷时，将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上 的 衍射波 ，探头探测到衍射波 ，可 以判定缺 陷的大 小和深度 。也可理解 为当超声波在存在 缺陷的线 性 不连续处 ，如裂纹等处出现传播障碍 时，在裂
作者简介 ：王清媛 （９ ５ １ ６ 一）， ，吉林市人，大学本科 ，高 女
级工程师。１ ８ 年至今一直从事化工设备与机械 的设计工作 。 ８ ９
第１ 期
王 清嫒 等
超声波检测新技术—Ｔ Ｄ ＯＦ 检测
．３ ４一
缺 陷 ，可 以识 别 判 断 缺 陷是 否 向表 面 延 伸 ，采 用 Ｔ Ｄ￣ 脉 冲 回波 相 结 合 ，可 以实 现 １０ ＯＦ ０ ％焊 缝 覆
一
４ ２一
石油和化工设备 ２ １ 年第 １ 卷 ０２ ５
超声波检测新技术－ Ｏ Ｄ Ｔ Ｆ 检测
王清媛，李建 ，孙壮壮
（ 油东北炼化工程有限公司吉林 设计 院 ，吉林 吉林 １２０ ） 中石 ３ ０ ２
［ 要］介绍 了Ｔ Ｆ检 测技 术的发展过程 、Ｔ Ｆ 检测的原理 、优点及其局限性，对Ｔ Ｆ 检 测主要应用范 围进行 了阐述。 摘 ＯＤ ＯＤ ＯＤ
［ 关键词］超声波；ＴＦ；检 测 ＯＤ
１ 射波时差法检 测技术 （ Ｏ Ｄ）的起 源及相 衍 ＴＦ 关规定
Ｔ Ｄ（ ｉ — ｆ ｉｈ－ ｉ ｒｃｉｎ ｔｃ ｎｑ ｅ检 ＯＦ Ｔｍｅｏ－ ｇ ｔ ｆ ａ ｔ ｅｈ ｉｕ ） ｌ ｆ ｄｆ ｏ 测 技 术 于 １７ 年 ， 由英 国Ｓｌ教 授 根 据 超 声波 衍Байду номын сангаас ９７ ｉ ｋ 射 现 象 首 次提 出 。现 已在 核 电、建 筑 、化 工 、 石
超声波检测ppt课件
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1、表面开口裂纹
1 2
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2未焊透
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3、V形坡口根部未焊透
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4、密集气孔
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5、横向裂纹
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6、根部未焊满
• 按选用超声波波型不同分为：纵波法、横波法、 表面波法超声检测；
衍射波时差法超声检测技术(TOFD).
衍射波时差法超声检测技术(TOFD王庆军大连西太平洋石油化工有限公司 116600简介:本文简要介绍了工业发达国家正在兴起和应用的TOFD技术的起源,原理,优缺点,标准规定和在实际产品订货中节约的费用和时间。
主题词:TOFD起源原理优缺点相关费用1. 衍射波时差法检测技术(TOFD的起源TOFD(Time-of-flight-diffraction technique检测技术是在1977年,由Silk根据超声波衍射现象提出来,意大利AEA sonovatiion公司在TOFD应用方面,已经有15年历史,此技术首先是应用于核工业设备在役检验,现在在核电,建筑,化工,石化,长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用,TOFD技术的成本是脉冲回声技术的1/10。
现在,TOFD检测技术在西方国家是一个热门话题,现在已经开始推广应用,经过几年以后,将有取代RT趋势的可能。
2. TOFD原理及系统组成2.1 TOFD原理是当超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时,将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的衍射波,探头探测到衍射波,可以判定缺陷的大小和深度。
TOFD原理当超声波在存在缺陷的线性不连续处,如裂纹等处出现传播障碍时,在裂纹端点处除了正常反射波以外,还要发生衍射现象。
衍射能量在很大的角度范围内放射出并且假定此能量起源于裂纹末端(图1。
这与依赖于间断反射能量总和的常规超声波形成一个显著的对比。
图11 =发射波2 =反射波3 =穿透波4 =顶部裂纹端衍射波5 =底部裂纹端衍射波除了发现由缺陷衍射的能量变化以外,TOFD方法也探测到一个直接穿过两个探针的表面(横向波和达到试块底部(测试对面没有受到缺陷干涉的底部反射波(图1中的注1和4。
图. 21- 横向波 2 - 顶部裂纹端衍射波3 - 底部裂纹端衍射波 4- 对面器壁反射波这种现象的研究产生了用于下列应用衍射波时差法无损检测方法:■探伤检验因为来自于缺陷范围的信号可记录。
超声检测(共15张PPT)
1. 表面油污和液渍等会使表面波迅速衰减，如果油污较 大还会产生回波，影响缺陷判断。 2. 表面粗糙度对表面波传播有明显的影响，粗晶材料 也会对表面波产生衰减作用。
3. 曲面会影响表面波的传播速度，凸曲面加快，凹曲面减 缓，曲率半径越小，变化也越大。
3. 曲面会影响表面波的传播速度，凸曲面加快，凹 曲面减缓，曲率半径越小，变化也越大。
第11页，共15页。
5.4 按探头数目分类
1. 单探头法：一个探头兼具发射和接受超声波 的功能。操作方便，可以检测大多数缺陷。 局限之处在于只能检测与波束垂直或 倾角不大的面状缺陷以及立体型缺陷。
2. 双探头法：分为并列式，交叉式、V形串列 式、K形串列式、串列式（见书P163的图）。
围内传播，通常只能检测表面下2倍波长以 内的缺陷。
表面波的声速约为纵波的一半，比横 波速度略小；在钢中大约为3000m/s。
表面波产生方法有Y切石英法和纵波折 射法（利用第二临界角原理，这是纵波的入 射角满足sinα i=cl /cr ，约为620 ~640 。
第9页，共15页。
表面波法
表面波会在工件的棱边处产生反射，棱角越小，反射信
没式和局部浸没式，后者又分为喷液式、 表面波产生方法有Y切石英法和纵波折射法（利用第二临界角原理，这是纵波的入射角满足sinα i=cl /cr ，约为620 ~640 。
要求检测面与底面平行，且定位定量不便，灵敏度低。
通水式、满溢式。 可实现聚焦声束，提高灵敏度。
按人工干预程度：手工、自动 多探头法：两个以上的探头组合在一起进行检测的方法，通常为自动化检测。 根据屏幕显示的波形对缺陷进行分析判断的方法；
衍射时差法超声检测技术(TOFD技术)课件整理2018.12.
衍射时差法超声检测技术(T O F D技术）第一章TOFD技术的基本知识 2018.11.301.衍射时差法：是采用一发一收探头对工作模式、主要利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷位置及尺寸的一种超声检测方法。
2.缺陷的衍射信号与哪些因素无关？①与衍射信号的角度无关②与衍射信号的幅度无关因为衍射信号与角度和振幅无关，所以，TOFD技术在原理和方法上与传统脉冲反射超声波检测技术有根本性的区别。
3.传统超声检测技术是： 1、根据缺陷反射信号检出缺陷； 2、根据缺陷幅度评定缺陷尺寸4.传统超声检测技术影响缺陷的定量因素： 1、入射声束角度；2、检测方向； 3、缺陷表面粗糙度；4、工件表面状态；5、探头的压力。
5.TOFD仪器性能：1.更宽的接收放大系统频带；2.更快的数字化采样频率；3.更高的信号处理速度；4.更大的存储量6.TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》于2009年12月1日起施行，做出如下规定：无损检测人员应当按照相关技术规范进行考核取得相应资格证书后，方能承担与资格证书的种类和技术等级相对应的无损检测工作。
7.压力容器焊接接头无损检测方法的选择：压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，超声检测包括衍射时差法超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测（自动检测）和不可记录的脉冲反射法超声检测（手动检测）；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测（手动检测）时，应当采用射线检测或者衍射时差法超声检测做为附加局部检测；8.衍射现象：波在传播路径中遇到障碍物，发生绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象，称为波的衍射。
衍射也是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。
9.裂纹的上下端点都可以产生衍射波。
衍射波信号比反射波信号弱得多，向空间的各个方向传播，没有明显的指向性、能量低、衍射方向不取决于入射角。
10.惠更斯－菲涅尔原理：惠更斯提出，介质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。
无损检测之超声监测--TOFD检测原理
无损检测之超声监测--TOFD检测原理TOFD（Time of Flight Diffraction）是一种无损检测方法，通过测量超声波在材料中传播的时间来检测材料中的缺陷。
TOFD检测原理基于超声波传播时候发生的衍射现象。
在TOFD检测中，使用两个传感器，一个作为发送器发送超声波脉冲，另一个作为接收器接收反射的超声波脉冲。
发送器通常位于材料的一侧，接收器位于材料的另一侧，两个传感器之间形成一个称为扫查区域。
扫查区域内的超声波会与缺陷发生衍射，这种衍射的特征可以帮助我们确定缺陷的位置和尺寸。
TOFD检测的步骤如下：1.发送器发送一个短脉冲的超声波信号，这个信号在材料中传播，并与材料中的缺陷发生衍射。
2.由于缺陷处会有超声波的散射，接收器会接收到由衍射产生的超声波信号。
3.接收器接收到超声波信号后，会将其转换成电信号，并记录到一张扫描图谱中。
4.扫描图谱显示了接收到的超声波信号的幅度和时间信息。
5.根据接收到的超声波信号的时间信息，我们可以确定缺陷的位置。
在扫描图谱上，缺陷通常表现为一对峰值，分别代表超声波因为走两次不同的路径而到达接收器的时间差。
6.根据接收到的超声波信号的幅度信息，我们可以确定缺陷的尺寸。
缺陷越大，衍射的信号幅度越大。
TOFD检测的优点包括：1.可以确定缺陷的位置和尺寸，能够提供更详细的缺陷信息。
2.可以检测到非垂直于表面的缺陷。
3.可以进行实时记录和分析。
然而1.TOFD检测对材料的表面平整度要求较高，因为超声波的散射会受到材料表面的影响。
2.TOFD检测对材料的厚度也有限制，过薄的材料对于超声波的衍射效应较差。
3.TOFD检测可能存在反射波的干扰，需要合理的信号处理和滤波。
综上所述，TOFD检测原理的核心是利用超声波传播时的衍射现象来定位和测量材料中的缺陷。
通过测量超声波的时间和幅度信息，可以准确地确定缺陷的位置和尺寸，为无损检测提供了一种有效的方法。
第三章TOFD检测系统硬件基本知识(共51张PPT)
压电复合材料的几项特性参数
〔2〕机械品质因数Q 机械品质因数Q值小，表征带宽大，脉冲窄，纵向分辨
力好。 压电复合材料的Q值远远小于普通压电材料。
压电复合材料的几项特性参数
〔3〕声阻抗
脉冲宽度的选择
脉冲宽度的选择
• TOFD系统使用的矩形脉冲宽度是可调的，通常在25500ns范围内。
• 矩形脉冲的两个边振动的相位相反，相差180°。
• 脉冲宽度设置成该频率周期的一半〔比方5MHz时使用 100ns〕，信号加强，获得一个振幅更大的脉冲信号， 但是余波也会随之变长。
• 脉冲宽度设置为超声波发射频率的一个周期〔比方5MHz 设置为200ns〕，两个信号反相，获得一个振幅很小的信 号，余波的振动也会明显减小，对于TOFD技术的应用来 说是很有意义的。
• 重复频率越高相应的扫查速度也可以提高。
Ｔ－重复周期
f=1/T －重复频率 Ａ－振幅强度
脉冲重复频率
• 仪器的脉冲重复频率PRF0；触发探头发射超声脉冲的频率 PRF；系统接收存储的信号数三者可能并不相同。
• TOFD探头对数为M，那么：PRF PRF0
• 假设使用N次叠加来获得
M
• 平均波形，那么对其中一PRF 0
2. 计算楔块中纵波声束扩散角：
3. 计算楔块中纵波声束上下边界角：
sinqP
sinqL
CP CL
sin
P
F
CP Df
γP上 = θp＋ γP ；γP下 = θp－γP
4. 由折射角公式计算钢中纵波声束上下边界角：
sinγL上 = sinγP上 CL/CP
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图1 TOFD平面原理示意图
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几点说明
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
检测时使用一对或多对纵波探头，这些探头的特点为 宽声束、高频率，并且每一对探头的频率应相同
➢ 21 世纪初TOFD技术开始引入中国。
➢ 2001年至2005年期间，有部分学者 翻译了一些国外文献，并展开一些应 用研究。
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目前国内对TOFD技术的研究也越来 越广泛。
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2.2不同角度下衍射信号波幅的变化
图2为测定衍射波幅不在同折射角度下变化的实验装置示意 图。
0
相对振幅 -3
裂纹下尖端的信号
பைடு நூலகம்
-6
-9
裂纹上尖端的信号
-14
20 40 60 80
2.3 超声探头 TOFD检测一般使用的是短脉冲、宽频带、高灵敏度的纵
波斜探头。 2.4 探头PCS的设定
当为非平行扫查设置参数时，PCS的最佳选择为：
2s4/3D tan
图3中θ为波速在工件中的角度，D是工件厚度。
图3
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2.TOFD 技术的 基本知识
2.1 TOFD衍射原理 TOFD 是time of flight diffraction technique的 缩写，即超声衍射时 差检测技术，它是利 用超声波在缺陷端部 发生衍射所产生的衍 射波导致的传播时间 差来进行缺陷检测和 定量的方法。图1所示 波的传播路经及各波 的相位图，
迟大钊等利用线性化处理技术来提高 图像的时间分辨率，能够达到对缺陷 的精确定位。
吴军芳等也充分研究了TOFD探头性 能对检测结果的影响。
曹明等提出将反求工程方法应用在 TOFD法无损检测的三维计算机辅助 设计（CAD)建模中，实现了被检测 件及其缺陷的CAD建模模拟图，使得 检测缺陷的显示更直观。
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TOFD: 典型的设置
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从上图可知：
使用一对探头：发射探头和接收探头，是为了尽可能 只接收衍射波，不接收反射波
通过精确测量衍射波传播时间和利用三角方程，确定出 缺陷的尺寸和位置
TOFD检测不是依赖于测量缺陷回波高度而是以精确测 量衍射波的飞行时间确定缺陷的尺寸和位置
在实验室条件下，对于自然裂纹测量精度为1mm，对于 人工反射体测量精度为0.1mm
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波BW之间只存在纵波入射时引起的缺陷衍射纵波 而横波入射到底面引起的反射纵波和纵波入射到底面引起
的反射横波（变型波）都在底面反射波BW之后 横波入射到缺陷两端引起的衍射波和变型波通常也在缺陷
波之后 使用横波检测由于变型波和纵波的影响，难以分辨缺陷
波；而使用纵波检测时，在时间轴上横波等都位于有效评 定区之后，易于波形分析
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问题：TOFD 检测技术为什么采用纵波？
使用纵波的原因： 使用斜探头时，从晶片上发出的纵波传入斜楔后，在检测
工件中产生折射纵波和横波 直通波LW和底面反射波BW均为纵波 由于纵波声速最大，在时间轴上的直通波LW和底面反射
直通波（LW）和内壁反射波（BW）是固定存在的， 无论被检焊缝中是否存在缺陷
由于直通波（LW）存在，检测时如果只使用TOFD检 测，在上表面存在盲区，约为5~10mm左右
直通波（LW）和内壁反射波（BW）相位是相反的 每一个显示的上、下端点衍射波相位是相反的
显示的上端点与直通波相位相反，与底面反射波相位 相同
θ度数
图2 衍射波波幅随角度变化曲线
由图可见，折射角变化，衍射信号幅度也随之变化。但是45 度到80度区间，幅度与折射角关系不大。一般使用45°~70° 的探头角度。
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主要内容
TOFD技术研究现状 TOFD 技术的基本知识 TOFD技术的工艺参数选择 TOFD 检测的典型缺陷 TOFD 优势与局限性 TOFD技术的发展前景展望
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每对探头相对焊缝对称分布，分别为发射探头和接收 探头，声束覆盖检测区域
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声波在传播过程中，遇到缺陷时产生反射波和衍射波， 衍射波比反射波低20～30dB
接收探头具有极高的灵敏度，接收探头接收衍射波（特 殊情况也接受反射波，如检测孔时孔的顶部反射）
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1. TOFD技术研究现状
➢ 20世纪70年代末由英国Harwell试验 室的SiLK和Lidindton先生发明。 ➢ 20世纪80年代以后进行现场检测技 术的开发。
➢ 20世纪90年代, 该技术应用于各个 领域，如铁路、桥梁、石油、核工业 等。