TOFD超声波衍射时差法

S
接收探头
t0 d
t0
t=
2•
(S
2
+d
2
c
) + 2•t
0
缺陷深度
S
发射探头
S
接收探头
t0 d
t0
c 2 2 d = • (t − 2t0 ) − S 2
2
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 。
TOFD 方法简介
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。
衍射时差技术
衍射现象 TOFD原理 实际操作 校准 TOFD优点和局限性
衍射现象
入射波 衍射波
裂纹 折射波
衍射波
衍射现象
惠更斯原理:
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
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向外表面延伸的裂纹
发射探头 接收探头
直通波被隔开了
内壁反射波 BW
没有直通波 裂纹尖端
向内表面延伸的裂纹
发射探头 接收探头
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
向各个方向传播 裂纹 折射波 能量低 取决于入射角 衍射波
TOFD的基本原理 的基本原理
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TOFD: 典型的设置
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
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
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3（08R018 D203 F2 11.350
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 1
3
2
气孔信号或单个出现，或成串的出现
横向裂纹
1 1 2
1 2 3
2 3
4
3
能够看到裂纹的宽波束信号
根部内凹
1
1
2
2 3
3
内壁反射信号发生扭曲
层间未熔合
1 2 3
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1 （08R018 TK101A F6 7.14m） TOFD数据分析结果：H=28.1mm ⊿H=9.8mm 位置= 174.1mm L = 323.2mm（焊缝位置偏心）
直通波
内壁反射信号被隔开了 LW
尖端信号
没有内壁 反射波
水平方向的平面形缺陷
(层间未熔 冷夹层 层间未熔, 冷夹层) 层间未熔
发射探头
接收探头
直通波
反射信号
内壁反射波 LW BW
反射回波
数据显示
波幅 + 白色
时间
-
黑色
时间 A扫图用带黑度的线表示 扫图用带黑度的线表示
数据显示
LW A扫 扫
D扫 扫
应用 TOFD 技术检测到的缺陷信号
1 2
近表面裂纹
1 2
裂纹上尖端信号将直通波信号打断
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X形坡口中部未焊透 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
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Fra Baidu bibliotek 号
Source: Ginzel
TOFD 扫查图
在一幅好的 TOFD图 图 上可以清晰地看到直 通波。 通波。 一般用于校 准。 如果待检表面比较干 净，则缺陷信号比较 明显。 明显。
校准
PCS t0 T PCS（探头入射点间 （ 距离） 壁厚, 速度, 距离）, 壁厚 速度 探头延时, 探头延时 横向波或 内壁反射信号 t0 A扫 扫
发射探头 直通波
接收探头
上端点 下端点
内壁反射信号
A扫信号 扫信号
发射探头 接收探头
直通波
内壁反射波 LW BW
上端点
下端点
相位变化
直通波
内壁反射波
+
LW -
+ -
BW
上端点 下端点 需要不检波的A扫来显示相位的变化
传播时间
S
发射探头
S
接收探头
t0 d
t0
始脉冲 LW BW
t
传播时间
S
发射探头
BW
内壁 上表面
校准工具
PCS t0 T t0 A扫 扫
c
LW
BW
PCS（探头入射点间 （ 距离） 壁厚, 速度, 距离）, 壁厚 速度 探头延时, 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
测量工具
A扫 扫 d1 h 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 扫
缺陷位置的影响
S
发射探头
S
接收探头
t0 d
t0
x
缺陷位置的不确切性
S
发射探头
S
接收探头
t1 相等时间的轨迹 (t1+t2=ct)
dmin dmax t2
实际上: 实际上 绝对深度的最大误差低于10 绝对深度的最大误差低于 %.
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 扫 这种扫查会产生典型的 反向抛物线
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
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
TOFD 的局限性
在外表面附近有约3mm的盲区 内表面附近也可能存在盲区 对“噪声”敏感 夸大了一些良性的缺陷, 如气孔, 未熔合。 , ,