[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）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; probe中图分类号：r445.1文献标识码：a 文章编号：0 引言衍射时差法(tofd)是一种新型超声无损检测方法。
无损检测新技术TOFD衍射时差法超声波检测PPT培训课件
二、TOFD在压力容器制造过程中现场应用 3、现场缺陷数据分析 裂纹2（08R063 R713 A10 0.3 H=29 L=40 III级 UT H=28 L=35 SL+13dB III级
X形坡口中部未焊透
2 3 4
1
1
2
3
4
上下尖端都有明显的信号
根部未焊透
1
1 2 3
2 3
直通波的相位与缺陷相位相同
侧壁未熔合
1
1 2 3 4
2 3 4
能够清晰的看到上下尖端信号
气孔
1
2
气孔信号或单个出现，或成串的出现
横向裂纹
1 2
1 2 3
1 2
3
4
3
能够看到裂纹的宽波束信号
根部内凹
1
1
发射探头
S
接收探头
t1
t2
dmin dmax
相等时间的轨迹 (t1+t2=ct)
实际上: 绝对深度的最大误差低于10 %.
横向扫查
当探头相对于 缺陷对称时时 间最短 。
直通波
上表面
内壁
B扫 这种扫查会产生典型的 反向抛物线
TOFD 扫查图
TOFD 图显 示出直通波 和内壁回波 加上 波型转 换信号以及 缺陷反射信 号
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
info@ info@ •
向外表面延伸的裂纹
发射探头
直通波被隔开了
[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
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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。
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(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。
浅谈超声衍射时差法TOFD检测技术
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．５ ＴＯＦＤ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
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 (简易教程)
TOFD技术简易教程
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
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4
注意上下尖端的两个信号
超声波衍射时差法(TOFD)技术分析
超声波衍射时差法(TOFD）技术分析发表时间：2018-12-05T16:15:38.130Z 来源：《科技新时代》2018年10期作者：陈拥军[导读] 针对超声波衍射时差法，在介绍其原理、优缺点的基础上，对其与A型脉冲检测和射线探测两种方法进行了对比，明确其优势和特点所在，为其推广应用提供参考依据。
（中国能建葛洲坝集团机电建设有限公司，湖北宜昌 443000）摘要：针对超声波衍射时差法，在介绍其原理、优缺点的基础上，对其与A型脉冲检测和射线探测两种方法进行了对比，明确其优势和特点所在，为其推广应用提供参考依据。
关键词：超声波衍射时差法；A型脉冲检测；射线探测超声波衍射时差法（Time of Flight Diffraction，TOFD）最初主要用于缺陷测高，经过多年的完善和发展，正不断取代传统检测技术，在缩短检测周期的同时保证检测结果准确性。
1超声波衍射时差法基本原理在不具连续性缺陷尖端进行波形转换，如果完成转换后有衍射波，则该衍射波将覆盖很大范围，继而对缺陷进行检测。
通过对飞越时间的准确记录，就能对缺陷高度进行测量，进而实现缺陷的准确定量，对于缺陷的尺寸，一般被定义成信号对应的飞越时间差，但要注意的是信号波幅和缺陷的定量之间没有关系。
该技术由两部分组成，分别为超声波发射（存在一定间隔距离）和超声波接收探头，因缺陷尖端所在方向波往往较弱，所以常用角度相对较大的探头在一定长度范围内进行一次扫查，这一过程中应做到精确，声波脉冲被探头接收以后，将得到侧向波，该侧向波于工件表面以下进行传播。
若未检出缺陷，则底面回波将被探头接收[1]。
以上信号均可作为参考，若未考虑变形波，则缺陷信号处在这两个信号之间。
当两个信号均已到达以后，发射与接收探头之间的路径会有明显的长短，一般是指缺陷下尖端对应的信号。
对缺陷而言，其高度是指尖端之间的飞越时间，需要注意的是，侧向波和底面回波，两者相位完全相反，同时上、下尖端相位同样完全相反。
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。
TOFD超声波衍射时差法教程(共90张PPT)
➢ 4. 利用TOFD技术探伤沿焊缝进行扫查基本能发现焊缝所有缺陷， 收集扫查数据组成B扫或D扫图像比单纯看A扫更容易判断缺陷的 尺寸和性质。
缺陷位置的不确切性
S
发射探头
S
接收探头
t1
t2
相等时间的轨迹
(t1+t2=ct)
实际上:
绝对深度的最大误差低于壁厚10 %. 内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的 。
dmin dmax
TOFD扫查模式
➢ 平行扫查:又称横向扫查,是指扫查方向与超声波束方向是平行的,扫 查结果称为B-scan,所得结果主要是Ｙ轴和Ｚ轴方向值．该扫查方 法能为我们提供很准确的深度结果，但因扫查时探头须越过焊缝， 操作起来相对烦琐．
➢ 2）TOFD技术可探测的厚度大，对厚板探伤的效果比较明显， 但射线对厚板的穿透能力非常有限
➢ 3）TOFD技术检测缺陷的能力非常强，特殊的探伤方式使 其具有相当高的检出率，约90%左右，而相比之下，射线检 测的检出率稍低，大约75%，在实际工作中，我们也发现有 TOFD检测出来的缺陷，X射线未能发现的情况，这给质量 控制带来了极大的隐患。
探头频率，晶片尺寸，探头角度，探头对数，扫查次数等． ➢ 设置探头间距：
根据工件及探头的选择情况计算并设置探头中心间距． ➢ Ａ扫描采集参数选择：
激发脉冲宽度设置，时间窗口的设置，阻尼设置等．
➢ 增益设置： 根据工件实际情况选择合适检测灵敏度．
TOFD检测中探头的选择
➢ 探头角度 ➢ 探头频率 ➢ 探头晶片尺寸 ➢ 探头对数选择
3-TOFD 超声波衍射时差法
根部未焊透在TOFD中的显示
2 3 4
1
注意缺陷上下尖端的两个信号
根部未焊透在TOFD中的显示
1 2 3
注意直通波和缺陷信号之间的波形相位转换
根部裂纹在TOFD中的显示
1 2 3
缺陷造成底面回波信号减弱
侧壁未熔合在TOFD中的显示
1 2 3 4
注意缺陷上下尖端的两个信号
密集气孔在TOFD中的显示
TOFD技术局限性
• • • • • 在被检工件上、下表面存在盲区 对“噪声”敏感 夸大了一些良性的缺陷, 如气孔, 冷夹层, 内部未熔合。 TOFD一维扫查不能确定缺陷在焊缝Index方向的位置。 注意标准问题 (有待解决) 。
问题？
TOFD+PE检测成像
探头移动方向
45-SW(左)
60 SW (左）
TOFD
60-SW(右)
45-SW(右)
厚壁焊缝TOFD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。
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。
TOFD超声波衍射时差法
TOFD超声波衍射时差法
X形坡口中部未焊透
1
2
3
4
上下尖端都有明显的信号
TOFD超声波衍射时差法
根部未焊透
1
2 3 直通波的相位与缺陷相位相同
TOFD超声波衍射时差法
侧壁未熔合
1 2 3
4
能够清晰的看到上下尖端信号
TOFD超声波衍射时差法
气孔
1 2
气孔信号或单个出现，或成串的出现
TOFD超声波衍射时差法
LW
A扫
D扫
BW
上表面
内壁
TOFD超声波衍射时差法
t0 T
校准工具
PCS t0
c LW
A扫 BW
PCS（探头入射点间 距离）, 壁厚, 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
D-scan
TOFD超声波衍射时差法
测量工具
A扫
h
d1
d1
t1
t2
指针
内置的计算器 l
t1,t2 自动计算d1, d2 和 h
TOFD超声波衍射时差法
校准
PCS
t0
t0
T
PCS（探头入射点间 距离）, 壁厚, 速度, 探头延时, 横向波或 内壁反射信号
c LW
典型的多通道UT仪器用户界 面友好 ，还有软件向导。
A扫 BW
TOFD超声波衍射时差法
D扫
TOFD的优点
F 对于焊缝中部缺陷检出率很高 F 容易检出方向性不好的缺陷 F 可以识别向表面延伸的缺陷 F 通过时间检测缺陷的信号 F 和脉冲反射法相结合时效果更好
TOFD超声波衍射时差法
衍射现象
入射波
ASTM_E2373-04超声波衍射时差技术
ASTM标准：E2373-04超声波衍射时差技术（ToFD）标准该标准发表在E2373中，标准后面的数字代表该标准最初采用的时间或最终回复的时间。
括号内的数字代表最终认可的时间。
上标代表最终回复或认可前的改变次数。
1．范围：1．1．该标准用于确立采用衍射时差法（ToFD）改进超声检测工艺的要求。
1．2．用SI单位规定的值作为标准。
Inch-pound单位内容用于辅助信息。
1．3．与ASTM标准一致，ToFD作为一种超声检测方法，对检测对象的质量和属性进行评估、测量和辨别。
测量结果取决于统计精度与误差或一些功能参数，如波长。
该标准主要用于检测的定性、定量和定位。
1．4．该标准不能适用于所有的安全关系，只限于它的应用。
标准中规定的用户责任是建立专用的安全和健全的标准，并在使用前确定适用性的调整限度。
2．参考文献：2．1．ASTM标准：2E164焊件超声波接触法检测标准E1065超声检测系统特性评估规范E1316无损检测术语E1324超声检测系统的电子特性测量规范2．2．其他文献BS7706（1993）缺陷检测、定位和定量的超声衍射时差（ToFD）技术的校准和设置。
英国标准协会，1993规范2235。
ASME锅炉和压力容器规范3．术语：3．1．定义-在术语E1316中定义的相关术语3．2．标准的特定术语3．2．1．B扫描显示-由A扫描检测数据叠加而成的断面视图。
（一些用户将不平行扫查得到的叠加A扫描数据定义为D扫描，将平行扫查得到的叠加A扫描数据定义为B扫描）3．2．2．底波-被检工件底面（通常假定为平面）的镜面反射波3．2．3．边波-ToFD装置中直接从发射探头到接收探头的纵波3．2．4．平行扫描-探头组移动方向与波束轴向平行的扫查，也叫B扫描3．2．5．PCS-探头中心间距的简称。
参照两个ToFD探头标记的波束出入射点间的距离3．2．6．不平行扫描或纵向扫描-探头组移动方向与波束轴向垂直的扫查，也叫D扫描3．2．7．RF波形-非检波的射频A扫描波形4．意义与用途4．1．标准中描述了超声衍射时差技术作为缺陷检测和定量工具的应用原理。
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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
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)071-0198-01
1 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。
在选择高低通滤波器频率时，推荐滤波器带通宽度的最小范围是0.5到2倍的探头中心频率。
选择信号平均值至最低要求，以获得一个合理的信噪比，设置时间窗口覆盖A扫的有用部分，以便数字化。
分区的A扫数据窗口在深度方向上应该覆盖相邻检测分区。
时间窗口一般根据直通波或底面反射波设置，如果没有直通波或者底面波，就必须通过计算设置时间窗，并在试块上校核。
在工件小于50 mm且单通道检测时，时间窗口的起始位置应设置为直通波到达探头前0.5 μs以上，时间窗口的终止位置应设置为工件底面的一次波形转换波后的0.5 μs以上。
在厚度方向分区检测时，上区的时间窗口起始位置应设置为直通波到达探头前0.5 μs以上，下区的A扫信号时间终止位置应设置为工件底面反射波后的0.5 μs以上；各分区的时间窗口应至少覆盖相邻检测分区在厚度方向上高度的25%。
可利用检测设备提供的深度参数输入，但应采用对比试块校验时间窗口在厚度方向上的覆盖性[3]。
灵敏度的设置三种方法：第一种可直接在被检工件上进行灵敏度设置，一般将直通波信号设置为满屏高度的40%～80%；第二种若直通波信号不适合时，可将底面反射波幅设定为屏高的80%，再提高20 dB～32 dB；第三种若直通波和底波均不适合时，可将材料的晶粒噪声设置为满屏高度的5%～10%作为灵敏度。
在被检工件厚度小于50 mm时，可直接采用第一种方法来调节。
所有灵敏度设置后应该在参考试块上验证或校准所设置的灵敏度。
个人认为以上所有直通波波幅的高度以最高波幅为准，而不是最低波峰或波谷。
因为在实际检测中，直通波一个半周期内的波谷或波峰波幅高度差有时会差一半，若以低
波幅为标准时，在做厚板时晶粒噪声会大于10%，图谱效果很差影响评定。
有条件时最好采用对比试块进行验证。
2 TOFD检测中的综合判定
TOFD检测中的定性定量分析是关键，NB/T47013.10-xx《承压设备无损检测第10部分衍射时差法超声检测》中所提到的相关显示分类如下所示：
很明显在TOFD检测中没有像常规检测需要注意有无裂纹等危害性缺陷的规定。
对缺陷的准确定性，需要检测人员的检测经验，条件允许时可结合常规超声进行检测，来确定其危害性。
缺陷的定位，尤其是对缺陷在焊缝中心线左右侧位置的定位，TOFD检测中比较繁琐，非平行扫查找到缺陷后，再采用平行扫查来确定缺陷偏离中心线的具体位置。
若焊缝宽度很大时，此法将无法正常进行。
建议采用常规超声进行定位，会提高工作
效率。
3 TOFD检测中的误区
TOFD检测会将某些缺陷夸大，尤其是气孔类缺陷，如果多个尺寸较小的气孔间隔不足够大，则这些气孔在TOFD图谱上显示较为严重，但实际上可不作处理，检测人员在评判时必须谨慎，如下图所示。
有条件时可采取与常规超声结合来判定，这将有助于提高检出率和准确度。
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[1]何莎,袁宗明,喻建胜,巩艳,刘从箐.超声衍射时差法检测技术研究[J].中国测试,xx,03.
[2]刚铁,徐艳,迟大钊,吕品.铝合金焊缝超声TOFD检测的信号特征[J].焊接学报,xx,8.
[3]陈建玉,袁榕.热壁加氢反应器深厚焊缝的TOFD检测技术[J].压力容器,xx,08.
内容仅供参考。