超声TOFD检测课件
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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
-6
-9
裂纹上尖端的信号
-14
20 40 60 80
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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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
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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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
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
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
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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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，
➢ 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。
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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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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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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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。
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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
-6
-9
裂纹上尖端的信号
-14
20 40 60 80
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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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
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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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
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
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
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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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，
➢ 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。
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
Nanchang Hangkong University
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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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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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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。