5-TOFD – 超声波衍射时差法

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[超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法

[超声波衍射时差法（TOFD）检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法摘?要在TOFD检测过程中，相关参数的设置非常为重要，关系到采集图谱质量的好坏。

下面，就结合现场情况，把TOFD检测实践中的一些见解归纳分析一下，主要以ISONIC系列仪器进行研究。

关键词 TOFD检测；ISONIC；参数设定；研究TN914 A 1673-9671-(xx)071-0198-011 TOFD检测中的参数设置的重要性TOFD检测扫描前主要注意的参数有：探头真实频率，脉冲宽度，重复频率，阻抗，感抗，滤波频率，信号平均值，时间窗口，增益等参数。

脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接受信号的形状。

改变脉冲宽度可以导致不同周期部分减弱或加强。

如果想使两个超声脉冲组成单一频率的信号，则应将脉冲宽度设置为所用探头频率周期的一半（例：5 MHz时使用100 ns）；为了使信号持续最低周期数，应将脉冲宽度设置为所用探头频率的一个周期（例：5 MHz时使用200 ns）。

其中探头频率必须是探头实际频率，而不是探头的标称频率。

在实际工作中必须通过试验来获得最优脉冲宽度。

如果使用手动采集数据，则需要注意脉冲重复频率PRF与探头移动速度必须相匹配，由于手动扫查时计算机不能判断和控制探头移动，只能由操作者正确选择PRF来保证能正常采集A扫数据。

若采用编码器或者电机驱动，则PRF相对不重要，因计算机可以计算出探头位置，在规定的A扫采样率间隔采集数据。

若PRF设置不当时将采集到空白A扫。

阻抗Tuning项匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。

对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。

在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。

感抗damping项的单位是欧。

知道了交流电的频率f（Hz）和线圈的电感L（H），就可以把感抗计算出来。

在实际调节射频波波幅时，需要不断地改变感抗值来选择最优波幅，使图谱效果达到最佳。

无损检测技术衍射时差法超声TOFD检测基本原理

无损检测技术衍射时差法超声TOFD检测基本原理无损检测（Nondestructive Testing，简称NDT）技术是一种应用于工程领域的检测方法，其目的是在不损伤被测物体的情况下获得其内部和表面的缺陷信息，以判断材料的质量和可靠性。

衍射时差法超声TOFD（Time of Flight Diffraction）是无损检测中一种常用的超声检测技术，它通过分析超声波在被测物体内部的衍射图样和所传播时间的差异来确定缺陷的位置和尺寸。

衍射时差法超声TOFD检测的基本原理如下：1.超声波传播：超声波在被检测材料内部的传播速度是已知的，传播路径是直线传播的。

超声波发射器发射出短脉冲的超声波信号，经过材料中的声阻抗不一致表面发生反射；然后通过被检材料内部传播，当超声波遇到缺陷时，会部分反射、散射和透射；最后，超声波信号达到接收器并被记录。

2.衍射现象：当超声波遇到边界或缺陷时，会发生衍射现象。

衍射现象是指波通过开口或缝隙时，从波的前向运动方向上的边界或缝隙中发射出去一部分。

3.TOFD测量：TOFD测量的关键在于将两个特征回波的衍射声波进行时间差测量。

超声波发射器和接收器之间有一对平行排列的接收器，其中一个接收器用于接收来自发射器产生的超声波的第一个回波，另一个接收器用于接收来自发射器产生的超声波的第二个回波。

4.TOFD信号分析：通过同时接收两个回波，并测量二者之间的时间差，可以确定缺陷的位置和尺寸。

当超声波传播到缺陷区域时，由于缺陷的存在，衍射声波将被传播到两个接收器之间。

通过测量两个回波的时间差，可以计算出衍射声波的传播路径，从而确定缺陷的位置。

5.结果分析：将TOFD信号进行处理和分析，可以得到缺陷的尺寸、位置和形态。

同时，根据TOFD原理的高度灵敏度特点，可以检测到非常小的缺陷。

衍射时差法超声TOFD检测技术具有以下优点：1.高敏感性：TOFD检测技术可以检测到相对较小的缺陷，对大多数工程材料和结构缺陷的检测效果非常好。

超声波衍射时差法(TOFD)检测过程控制要点

超声波衍射时差法(TOFD)检测过程控制要点超声波衍射时差法(TOFD)是采用一发一收探头，利用缺陷端点的衍射波信号探测缺陷和测定缺陷尺寸的一种超声检测技术，其对垂直于探测面缺陷的尺寸测量具有独特的优势，在结构焊缝检测上的应用已经较为成熟。

随着国内标准NB/T 47013.10-2010《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》的颁布，TOFD检测技术在国内得到迅速推广。

TOFD检测不是一个基于幅度响应的超声检测技术，但需要足够的灵敏度以使待检测的缺陷能够被识别。

TOFD检测的一个弱点是检测面和底面附近存在盲区，为了确保声束覆盖检测区域，必须在确定检测工艺时考虑这一因素。

探头选择和探头配置很大程度上决定着TOFD检测技术的整体精度、信噪比和覆盖区域。

进行仪器设置是为了确保足够的系统增益和信噪比，以便发现所关注的衍射信号，确保分辨力可接受、声束能够覆盖所关注的区域以及系统动态范围的有效使用。

TOFD检测过程和现场评审中有以下几点需要重点关注：一、检测区域覆盖根据任务要求的检测区域和检测级别，首先通过选择探头角度、测定探头前沿及声束扩散角来确定探头组合和间距，并根据厚度决定是否需要分区检测。

然后进行上下面盲区的确认，以决定是否需要补充超声横波检测，或偏置非平行扫查。

二、数据采样间距进行TOFD扫查时，沿扫查方向的数据采样间距在各标准中有明确规定。

三、仪器设置和验证1．灵敏度:TOFD检测不是基于幅度对缺陷进行当量评定的检测技术，TOFD检测灵敏度的设置方式也与常规超声不同，不是以人工缺陷的幅度作为基准。

灵敏度的设置只是为了保证信号幅度在一定范围内，并具有较高的信噪比。

通常要求直通波高度为满刻度的40%~90%，或在底波80%的基础上再增益20~32dB，或噪声在满刻度的5%~10%。

有时标准会要求在试块上验证探头指定区域缺陷的检出性。

2．深度校准:TOFD检测中，探头接收的信号到达时间与反射体的深度并不是线性关系，反射体的深度是在假定信号位于两探头中心的正下方的情况下，依据已知的声速和信号与直通波的时间差由软件自动计算得到的。

超声波衍射时差法(TOFD)与超声波相控阵检测方法对比

摘要:超声波衍射时差法，即Time Of Flight Diffraction(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，用于缺陷的检测、定量和定位。

该技术已经在我国得到了广泛的应用，后来在无损检领域又兴起了一项新的检测方法，即超声波相控阵检测方法，这项新技术已经在医疗领域得到了广泛的应用，本文主要是对这两项检测技术进行简要对比。

关键词:超声波衍射时差法（TOFD）超声波相控阵对比目前我国无损检领域应用最广泛的是TOFD技术，业界人士已经普遍认可了TOFD技术，这项技术在我国的工业领域已经有了数不胜数的成功案例。

21世纪初，我国引入了Isonic系列便携式超声波成像检测系统（以色列的IsonotronNDT公司出品），经由一系列的实际的对比以及验证加之不断改进和创新了的扫查器系统，TOFD技术被更多的应用到各工业现场检测中。

TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝及直径大于500mm的纵缝中厚板检测方面具有很大的优势，但是该技术也存在一些弊端，比如对于复杂几何形状的结构件、焊缝检测盲区等束手无策。

到目前为止超声相控阵技术已经在我国发展了20年，在早期主要应用在医疗领域，利用该技术可以在实际的医学超声成像中对被检器官进行成像，有益于医学的不断发展和进步，但是由于很多客观因素的限制，比如系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等，使得该技术的应用面受限。

在这种情况下，在超声相控阵成像领域应用压电复合材料、数据处理分析等高新技术是大势所趋，未来超声相控阵检测技术一定会得到更加广泛的应用。

超声相控阵是采用多晶片控制声束聚焦技术，探头可以在同一位置实现很大声束及角度范围内的电子扫查，适用于复杂几何形状结构件的检测。

下面对TOFD和相控阵的检测技术做简要对比。

1TOFD的技术特点1.1TOFD的优点TOFD技术不仅具有很强的缺陷检出能力，还具有很高的缺陷定量精度，除此之外还具有很高的时效性和安全性，可永久保存其检测数据。

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．
ppt课件 17
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。
ppt课件
30
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
ppt课件 18
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。

TOFD(衍射时差法)的原理及应用[1]

一TOFD原理超声TOFD（Time of Flight Diffraction Technique –衍射时差法）技术就是用两个探头相向对置，一发一收，利用缺陷端部产生的散射波和衍射波，来检测出缺陷和评定缺陷的方法。

下图即表示TOFD法的探伤原理、探伤波形的模式图。

（a）TOFD原理图（b）波形图图（a）中，①为发射探头发射横向纵波沿试件表面传播的正向侧向波（Lateral wave），它是区分和测量缺陷的参考。

④为底面负向反射波（Back-wall reflection），当有裂纹缺陷存在时，在①④间会接收到缺陷上端的负向衍射波②（Upper Crack Tip Signal）和缺陷下端的正向衍射波③（Lower Crack TipSignal ）。

这里只考虑纵波声速V ，忽略缺陷处的波形变换产生的横波等。

说明：TOFD 技术采用一发一收的方式，通常使用高阻压、窄脉冲压力探头，主压力波的反射角范围是45º至70º。

假定两探头间的距离为S ，试件的厚度为H ，裂纹在试件厚度方向的高度为L ，裂纹上端距离试件表面的埋藏深度为D ，沿试件表面传播的侧向波的接收时间为t L , 接收到缺陷上端的负向衍射波的时间为t 1，接收到缺陷下端的正向衍射波的时间为t 2，接收到底面负向反射波的时间为t BW 。

试件的纵波声速为V 。

则：CS t L = CS D t 2214+= CS L D t 222)(4++= CS H t BW224+= 根据以上各个时间可以求出：裂纹上端距离试件表面的埋藏深度 222121S C t D -=裂纹在试件厚度方向的高度 D S C t L --=222221二 TOFD 应用超声TOFD 法之所以引人注目，是由于此法对缺陷检测、定位、定量较一般的波幅法容易、直观，且有客观记录。

这对在役设备检测中的缺陷评价特别有价值。

如果结合常规的缺陷测长方法，就可掌握缺陷二维形状，就可利用断裂力学对被检测设备进行寿命评价。

浅谈超声衍射时差法TOFD检测技术

在扫查凹面板时，可以引人爬波取代直通波；在扫查凸面板时，可以引入横波作为组合压缩的爬波，以及沿着检测表面爬行信号产生的爬波（折射模式压缩）。另外，在检测异面板、不同壁厚和不同直径的承压设备、Ｔ型接头盒管座角焊缝时要求采用特殊的检测工艺，必要时需设计相应的试块进行试验。
４超声ＴＯＦＤ扫描方式及波形成像特征
对ＴＯＦＤ缺陷成像的图形进行分析，进而对缺陷定性、定量。
首先，依据缺陷成像的形状对缺陷进行定性分析，
要多个ＴＯＦＤ探头组，此时可能看不到表面波或底面回
区分缺陷为何种形式。例如，熔焊试件的主要缺陷有气
波，应通过计算对壁厚进行合理分区，不同区域分别采用ＴＯＦＤ探头组扫查。在检测奥氏体或高衰减的材料时，
ｌ超声ＴＯＦＤ检测基本原理
超声ＴＯＦＤ检测方法的物理基础是惠更斯原理。
９６航窄制造技术·２００９年增刑
万方数据
惠更斯原理由荷兰物理学家惠更斯于１６９０年提出。该原理指出，介质中的波动传到的各点，都可以看作是发射声波的新波源（或称次波源），以后时刻的波阵面，可由这些新波源发出的子波波前的包络面做出。
描为主，Ｂ扫描为辅，可以利用相位信息有效地检测出缺陷。有时遇到Ｄ扫描或Ｂ扫描得到的图像比较模糊，又要求对缺陷长度进行定量，此时需要对得到的灰度图进行数字化处理。常用的数字化处理方法有：利用中值滤波保护图像边缘，同时去除噪声；利用双曲线指针来拟合缺陷的边缘；直通波或底波的拉直；直通波或底波的消除等。ＡＳＴＭ标准Ｅ２３７３—２００４中提到结合双轴曲线捏合运算或合成孔径聚焦技术（ｓＡ盯）改善缺陷长度方向定量。
Ｆｉｇ．５ＴＯＦＤｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
很多因素影响ＴＯＦＤ的检测效果，在实际检测中需要一一加以考虑。

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超声成像技术浅析

TOFD超声成像技术浅析作者：大同电力机车有限公司工艺开发部李仁摘要：本文着重介绍TOFD(超声波端点衍射技术)的技术原理、优点和局限性。

从检测效率和缺陷检出率等方面，将其与传统A扫描技术、射线照相技术进行比较，总结出TOFD技术的应用特点和前景。

“TOFD”即Time off light diffraction,译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术是利用超声波遇到诸如裂纹等缺陷时，在缺陷尖端产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。

一、TOFD技术原理超声衍射时差技术(TOFD)是一种依靠从检件工件内部结构，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。

当超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，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。

当超声波在存在缺陷的线性不连续处(欧洲很多标准中都使用discontinuity一词，即理解为材质的不连续结构)，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。

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。

超声波在工件内的传播遵循惠更斯原理，除在缺陷表面产生超声波的反射波外，还在缺陷的端点或端角处产生衍射波。

衍射波被接收后经过仪器放大，由于缺陷端点和端角间的传播时间的差异，检测仪器可以自动记录和计算出时间差，进而对缺陷大小进行计算；同时计算机系统还搜集相关的数据，通过全功能的A扫、B扫和C扫，对该缺陷进行数字成像，形成易于理解的被检工件的截面图，对缺陷进行成像显示，进而对缺陷进行定性。

如图1所示。

图1二、TOFD技术的优势TOFD技术使用两个超声波探头，一个发射超声波信号，另一个接收衍射信号、表面横波和底波，因此在A扫显示四个幅值信号，结合软件技术可以实现全功能的A扫、B扫和C扫。

TOFD – 超声波衍射时差法 (简易教程)

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惠更斯原理:
入射波使缺陷产生振动缺陷上的每一个点都产生出一个球面子波
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1、向各个方向传播 2、能量低 3、衍射方向不取决于入射角
入射波折射波裂纹
衍射波
衍射波
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• 衍射和反射的区别:
h d 2 d1
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由于计算自身高度只需要测量时间, 所以垂直方向定量会很准确。实际操作中，检测裂纹 1-mm 的精度是完全可以达到的 (检测人工缺陷时可以达到0.1 mm )。
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扫查类型
非平行扫查或B扫: 扫查方向与波束方向成90° 平行或D扫: 扫查方向平行于波束方向
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北京燃气集团球罐焊缝TOFD检测中石油第Βιβλιοθήκη 建设公司TOFD技术简易教程
TOFD典型缺陷
近表面裂纹
1 2
1
2
裂纹阻挡了直通波，下尖端衍射信号显示在A-扫描中
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根部未焊透
1 3 4
2
1
2
3
4
注意上下尖端的两个信号
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根部未熔合
1 2 3
1
2
3
注意直通波和缺陷信号之间的波形相位转换
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侧壁未熔合
1 2 3 4
1
2
3
4
注意上下尖端的两个信号

TOFD超声波衍射时差法原理

缺陷自身高度
2S
发射探头接收探头
d1 d2
h = d 2 − d1
由于计算自身高度只需要测量时间, 所以高度估计会很准确。实际操作中，由于计算自身高度只需要测量时间所以高度估计会很准确。实际操作中，检检测人工缺陷时可以达到0.1 测裂纹 1-mm 的精度是完全可以达到的 (检测人工缺陷时可以达到 mm )。检测人工缺陷时可以达到中国工业检验检测网。
培训教程
TOFD – 超声波衍射时差法
也叫 “裂纹端点衍射法” 或 “尖端反射法”
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什么是 TOFD?
衍射时差法 (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。
c
LW
BW
典型的多通道UT仪器用户界典型的多通道仪器用户界还有软件向导。面友好，还有软件向导。
D扫扫
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TOFD的优点的优点
对于焊缝中部缺陷检出率很高容易检出方向性不好的缺陷可以识别向表面延伸的缺陷通过时间检测缺陷的信号和脉冲反射法相结合时效果更好
裂纹
向各个方向传播能量低取决于入射角
衍射波
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TOFD的基本原理的基本原理
中国工业检验检测网
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实际操作中检测裂纹1mm的精度是完全可以达到的检测人工缺陷时可以达到01mmwwwrdtechcom一些典型缺陷向外表面延伸的缺陷向内表面延伸的缺陷水平方向的平面形缺陷infoleepipecom向外表面延伸的裂纹发射探头接收探头裂纹尖端内壁反射波bw直通波被隔开了没有直通波向内表面延伸的裂纹发射探头接收探头直通波lw尖端信号内壁反射信号被隔开了没有内壁反射波水平方向的平面形缺陷冷夹层发射探头接收探头直通波lw内壁反射波bw反射回波反射信号数据显示白色波幅时间时间上表面内壁lwbw校准工具dscanpcslwbwpcs探头入射点间距离速度探头延时横向波或内壁反射信号不需要知道所有的参数测量工具内置的计算器缺陷位置的影响发射探头接收探头缺陷位置的不确切性发射探头接收探头max实际上

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。

超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用分析

超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用分析[摘要] 本文介绍了超声TOFD法的检测原理及应用状况。

超声TOFD(时间渡越衍射法)检测技术具有检测速度快，定量精度高，定位准确和可确定缺陷尺寸等优点，是其它检测方法无法比拟的，已开始广泛应用于焊缝和压力容器等特种设备的检测。

[关键词] 声波衍射时差法；射线检测；精确测量；缺陷尖端；探头[pick to] this paper introduces the method of ultrasonic TOFD the detection principle and application conditions. Ultrasound TOFD (time over the diffraction method) detection technology has the detection speed, quantitative high precision, accurate positioning and defect size can determine etc, and is other detection method of the incomparable, has started to widely used in weld and pressure containers of special equipment detection.[key words] sound waves diffraction method of time difference; The X-ray testing; Accurate measurement; Defect tip; probe0 引言衍射时差法(TOFD)是一种新型超声无损检测方法。

利用声波传播时间进行缺陷定量的准确性优于传统超声回波幅度法，因而得到许多无损检测研究人员的关注，投入了大量的研究力量，从而发展了各种检测方法，如表面波法，尖端衍射法，超声衍射时差法（TOFD）等，其中TOFD 法以检测速度快，能够很好的消除检测信号中的电噪声，对缺陷尺寸定量准确而获得越来越多的应用。

无损检测技术,衍射时差法超声TOFD检测基本原理

无损检测技术,衍射时差法超声TOFD检测基本原理目录1.TOFD检测技术定义及原理2.TOFD检测技术基本知识3.TOFD检测技术的盲区4.TOFD检测技术的特点5.几种典型缺陷TOFD图谱1TOFD检测定义及基本原理1.1TOFD检测的定义衍射时差法超声检测（Time of Flight Diffraction ，英文缩写TOFD）是依靠超声波与被检对象中的缺陷尖端或端部相互作用后发出的衍射信号来检测缺陷并对缺陷进行定位、定量的一种无损检测技术。

概况起来说 TOFD技术就是一种基于衍射信号实施检测的技术。

1.2 TOFD检测原理1.2.1 衍射现象衍射现象：是指波在传播过程中，遇到障碍物，能够绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象。

缺陷端点衍射现象可以用惠更斯－菲涅尔原理解释：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。

菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加。

图1.1缺陷端部衍射信号的解释由图示可见:当一束超声波入射到裂纹缺陷时：（1）在裂纹中部会形成有一定方向的反射波，其方向满足反射定律。

反射波接近平面波，其波阵面是由众多子波源反射波叠加构成;（2）在裂纹尖端则没有叠加现象发生。

这种裂纹尖端以独立的子波源发射的超声波即为衍射波。

衍射波的重要特点：1.没有明显的方向性；2.衍射波强度很弱。

衍射波的这两个特点都是由于裂纹尖端独立发射超声波没有波的叠加所造成的图1.2裂纹端点衍射波特点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，且向空间的各个方向传播，即没有明显的指向性。

图1.3 端角反射与裂纹端点衍射信号波幅比较根据惠更斯-菲涅尔定理可知，缺陷端点形状改变会对衍射信号产生影响：（1）端点越尖锐，衍射特性越明显，（2）端点越圆滑，衍射特性越不明显，（3）当端点曲率半径大于波长（d>λ）时，主要体现的是反射特性。

衍射时差法TOFD和相控阵超声检测PAUT技术应用指南CCS

衍射时差法TOFD和相控阵超声检测PAUT技术应用指南CCS衍射时差法TOFD（Time-of-Flight Diffraction）和相控阵超声检测PAUT（Phased Array Ultrasonic Testing）技术是目前非破坏检测中常用的超声波检测技术。

本文将介绍这两种技术的基本原理、应用领域和操作指南。

一、TOFD技术TOFD技术是一种全声程全记录的方法，通过检测超声波从缺陷的前端和后端边界发生的绕射波，通过分析绕射波到达的时差来确定缺陷的位置和大小。

TOFD技术具有以下特点：1.高灵敏度：TOFD技术能够检测到非常小的缺陷。

2.高精度：通过分析超声波的传播时差可以得到精确的缺陷位置和大小。

3.全声程扫描：TOFD技术能够扫描整个检测区域，不会遗漏任何可能的缺陷。

TOFD技术主要应用于以下领域：1.裂纹检测：TOFD技术能够准确地检测到各种裂纹，特别适用于高温、高压管道等环境下的裂纹检测。

2.焊缺陷检测：TOFD技术能够检测到焊缺陷的位置、大小和形态，对焊接质量的评估非常有帮助。

3.壳程检测：TOFD技术能够检测到壳程中的腐蚀、磨损等缺陷，有助于判断设备的安全性和可靠性。

TOFD技术的操作指南如下：1.设定扫描参数：包括扫描范围、扫描步长、发射和接收的超声波参数等。

2.放置探头：将探头与被检测物表面接触，并按照指定位置进行扫描。

3.开始扫描：根据设定参数开始扫描，同时记录采集到的数据。

4.数据分析：根据采集到的数据，分析缺陷的位置、大小和形态。

5.缺陷评定：根据分析结果进行缺陷的评定和分类。

二、PAUT技术PAUT技术是一种利用超声波的相位控制技术，通过控制多个发射和接收元件的相位差，达到改变超声波束的方向和焦点位置的目的，从而实现对被检测物的全面检测。

PAUT技术具有以下特点：1.快速扫描：PAUT技术能够快速地扫描整个检测区域。

2.高分辨率：通过控制超声波的发射和接收，可以实现高分辨率的检测。

TOFD超声波衍射时差法介绍

因为检测速度快，对于板厚超过25mm的材料，成本比RT少的多
可以在200℃以上的表面进行检测（已经有在 400℃检测的实例）
TOFD检测系统易于搬运，可以在方便的任何地方进行检测
由于可以在产品制造期间进行检测，由此可以节约大量的时间和修复成本
TOFD标准
ASME 第V 卷，第四篇及附录L ASME 2235-4《锅炉压力容器规范》 ASTM-E2373《超声波衍射技术标准》 ASME B31.3《工艺管道》 ASME 第VIII 卷 WGAC9613 CEN 1997《TOFD检验验收规范》 CEN/TC 121 /SC 5/WG 2《焊接-焊缝检验TOFD技术应用》 BS7706《超声波TOFD技术对缺陷检测、定位和定量的校验与设置
TOFD: 典型的设置
发射探头
直通波
接收探头
上端点下端点
底面反射信号
发射探头
A扫信号
直通波
接收探头
底面反射波
LW
BW
上端点下端点
相位变化
直通波
底面反射波
+ LW
+
BW
-
-
上端点下端点需要不检波的A扫来显示相位的变化
发射探头
t0
传播时间
S
S
d
接收探头
t0
始脉冲
LW
BW
t
发射探头
t0
传播时间
NEN 1822 〔en〕〔TOFD〕检测技术验收规范
THANKS
谢谢聆听
直通波
接收探头
反射信号
LW 反射回波
底面反射波 BW
波幅 +
数据显示
白色
时间

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。