TOFD超声波衍射时差法介绍

TOFD 技术介绍
TOFD – 超声波衍射时差法
TOFD也叫 “裂纹端点衍射法” 或 “尖端反射法”
衍射时差(TOFD)技术
TOFD发展简史 衍射现象 以往对衍射的利用 TOFD原理 实际操作以及在现场中的应用(tnlink 公司) TOFD优点 标准
TOFD发展简史
接收探头
直通波线性化
发射探头
直通波
接收探头
探头间距有小的变化 时间改变
TOFD可靠性
•最近的研究表明 TOFD 在用线形扫查 时检出率较高 •将 TOFD 和脉冲反 射法相结合时检出率 更高
Source: Sonomatic
TOFD检测过程中的照片
TOFD的优点
对于焊缝缺陷检出率很高.检测速度快.定量精度高 容易检出方向性不好的缺陷
S
S
d
接收探头
t0
2 S 2 d 2
t
c
2t0
发射探头
t0
缺陷深度
S
S
d
接收探头
t0
d

c 2
2

t

2t0
2

S
2
发射探头
缺陷自身高度
2S
d1 d2
接收探头
h d2 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，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 )。
一些典型缺陷
向外表面延伸的缺陷 向内表面延伸的缺陷 水平方向平面形缺陷
发射探头
向外表面延伸的裂纹
直通波被隔开了
接收探头
没有直通波
底面反射波 BW
裂纹尖端
发射探头
向内表面延伸的裂纹
直通波
接收探头
底面反射信号被隔开了 LW
尖端信号
没有底面 反射波
水平方向的平面形缺陷
(层间未熔, 冷夹层)
发射探头
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
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
P
D扫
发射探头
t0
缺陷位置的影响
S
S
d x
接收探头
t0
发射探头
缺陷位置的不确切性
S
S
接收探头
t1
t2
相等时间的轨迹
(t1+t2=ct)
dmin dmax
实际上: 绝对深度的最大误差低于10 %. 内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的 。
可以识别向表面延伸的缺陷
使用横向TOFD模式时, 特别是有信号处理的帮助下缺陷 定量很准。
在安全上，不需要一个安全的独立的操作空间，因此可 以在不中断工艺生产的情况下进行检测，节约设备制造 时间
可以在线得到检测结果，并且可以将结果用数字信号型 式永久保存在光盘中，以便于以后在役检验进行对比分 析
两个探头相对排列在焊缝两边，一发一收工作 方式，由发射探头发射的超声纵波在焊缝截面 较大的范围内扩散，一部分通过沿表面的路径 到达接收探头（边波），该路径是两探头间最 短路径，所以是第一个接收到的脉冲；另一部 分到达焊缝底部，被底面反射回来，到达接收 探头位置形成底部脉冲（底波）；超声纵波在 焊缝内部若遇到缺陷，在缺陷的入射正面产生 反射波，在缺陷的边缘产生衍射波，其中衍射 波基本上是没有指向性的，通常能被接收探头 接收到，超声波传输的路径在边波和底波之间
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 。
衍射现象
入射波
衍射波
折射波
裂纹 衍射波
向各个方向传播 能量低
取决于入射角
以往对衍射的利用
端点衍射法 (伴生脉冲观察法 - SPOT)
时间, 角度 和 声速 高度
波幅
1
2 时间
角度 2 1
时间
尖端衍射
槽或裂纹 棱角反射
TOFD的基本原理
七十年代中期由 UKAEA Harwell 发现的 在八十年代早期，以横向的方式用于PISC
II和DDT系统 定量很准 – 成为了一种标准的定量技术 在九十年代初，线形 TOFD 开始用于管线 单独使用TOFD的检出率很高
衍射现象
入射波
衍射波
折射波
裂纹
衍射波
衍射现象
惠更斯原理:
离线分析图谱
PCS t0
T
PCS（探头入射点间 距离）, 壁厚, 速度, 探头延时, 直通波或 底面反射信号
校准
t0
c LW
A扫 BW
D扫
平行扫查
LW
A扫
D扫
Biblioteka BaiduBW
上表面
内壁
横波 45 PE
TOFD
横波60 PE
系统允许同时采集和分析TOFD 和脉冲反射 信号
直通波线性化
发射探头
直通波
耦合剂厚度变化 时间改变
特别应注意靠近内壁的小缺陷
当探头相对于 缺陷对称时时 间最短 。
横向扫查
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 图显 示出直通波 和内壁回波 加上 SW横 波信号以及 缺陷反射信 号
TOFD 扫查图
在线扫查图谱
TOFD 扫查图
在一幅好的 TOFD图 上可以清晰地看到直 通波。 一般用于校 准。 如果待检表面比较干 净缺陷信号比较 明 显。 底面反射很强，可以 观察到摇动。
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
-
黑色
时间
A扫图用带黑度的线表示
数据显示
LW
A扫
D扫
BW
上表面
内壁
校准工具
PCS
t0
t0
T
c LW
PCS（探头入射点间 距离）, 壁厚, 速度, 探头延时, 直通波或 底面反射信号
不需要知道所有的参数
A扫 BW
D-scan
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