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 2018.11.30
1.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。

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。

裂纹中部的反射波接近平面波，其波阵面由众多子波源反射波叠加构成;裂纹尖端则没有叠加现象发生。

定义：尖端独立的子波源发出的超声波即为衍射波。

衍射波是球面波。

11.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。

12.缺陷端点形状对衍射的影响：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.当端点圆半径大于波长（d>λ)时，主要体现的是反射特性（对大一点的气孔或夹渣类，检测不敏感）。

13.不同角度下衍射信号波幅的变化：裂纹下尖端信号在折射角20°和65°时,波幅曲线出现两个波峰；在38°时,波幅下降很大几乎为零；裂纹上尖端信号在0 ~ 65°区域单调增大，在65°时波幅达到最大值，从65°~ 85°单调降低；折射角为65°时，裂纹上、下尖端信号波幅均达到最大值，在45°~ 80°区间，裂纹下尖端的信号波幅大于上尖端的信号波幅。

在此区间内，由角度变化而引起的信号波幅变化不大于6dB
综上所述：1. 衍射信号幅度随折射角的变化而变化；2.由角度变化引起的信号波幅变化不大于6dB ；3.TOFD技术一般使用45°~70°的探头，避开了38°角度，这就保证衍射信号的强度；因探头角度>70°以上时，会增大测量误差，所以，在实际TOFD检测中一般也不使用75°以上的探头。

14.裂纹相对于两探头中心线偏斜对衍射信号波幅的影响：研究结果：试验中不断改变两探头中心线与裂纹的夹角，即使裂纹走向与两探头中心线不垂直，对衍射信号波幅不会产生严重影响。

1、夹角α由90°→60°时，TOFD衍射信号振幅降低1dB； 2、夹角α由60°→45 °时，TOFD衍射信号振幅降低6 dB 。

15.计算表明当裂纹倾角为±30°时，衍射信号幅度增加不超过3dB，这表明裂纹方向对衍射时差法检测相对不敏感
16.即使缺陷偏离两个探头之间的对称中心达到30mm，衍射信号仅比来自对称放置的直径为3mm平底孔的信号降低
10dB ，这说明裂纹偏离两探头中心对衍射信号幅度没有太大的影响。

17. 不同位置的信号强度分布：1.在60°的声束聚焦中心区域有最高的信号波幅；2.在45°~74°范围可以得到适中
的信号幅度3.虚线内其余区域虽然可以得到信号，但波幅减小到-24dB，特别是在靠近表面的区域减小的更多；4.波
束覆盖范围主要是受探头波束宽度的限制，可以通过使用小直径的探头，或是使用更大折射角探头（例如使用70°
折射角探头）来增大波束覆盖的有效区域。

二、TOFD技术的基本知识
TOFD技术的典型设置
1.双探头的优点：①可避免镜面反射信号掩盖衍射波信号，从而在任何情况下都能很好地接收端点衍射波信号；②测定反射体的准确位置和深度；③易于实现大范围扫查，快速接收大量信号；④双探头系统是TOFD技术的基本配置和特征。

2.在常规超声技术中采用单探头也能发射超声波和接收衍射波，通常情况下，反射信号比衍射信号波幅高6~24dB,
对探头而言,接收到的端点衍射波信号可能被反射信号掩盖，因此衍射波信号是否能看到具有不确定性。

总之，单探
头对端点衍射波信号接收不利，难以实现大范围检测，也难以快速测定反射体的准确位置和深度，虽然，单探头是可
以进行缺陷检测的，但TOFD技术不采用这种方法。

TOFD技术使用的探头
1.TOFD探头的特点：1.采用小尺寸晶片的大扩散角探头；
2.要有良好的发射和接收性能；
3.应具有宽频带和窄脉冲特性；
2.TOFD探头一般使用的频率范围是1MHz~15MHz，晶片尺寸范围是3mm-20mm，通过楔块在钢铁中形成45°-70°的不同角度的折射纵波。

3.纵波探头声场特点：1.纵波与横波同时存在；2.大扩散角和宽波束；3.横波声场的强度比纵波大的多。

4.TOFD技术使用的典型超声探头，是将一个压电传感器安装在有机玻璃或其它类似材料的楔块上组成探头。

压电传感器大多采用复合材料。

5.压电复合材料制作的探头有以下优点：1、横向振动很弱，串扰声压小；2、机械品质因数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，仅需简易的切块和充填技术；8、声速、声阻抗、相对绝缘常数及机电系数易于改变（因这些参数相关于陶瓷材料的体积率）；9、易与声阻抗不同的材料匹配（从水到钢）；10、可通过陶瓷体积率的变化，调节超声波灵敏度。

6.TOFD技术采用的超声波波型：在各种波中，纵波的传播速度最快，几乎是横波的两倍，从而能够领先于其它种类的波，在最短时间内到达接收探头。

使用纵波并利用纵波波速计算缺陷的深度得到的结果是唯一的。

7. 为什么TOFD检测使用纵波而不用横波探头? ①为了避免回波信号难以识别的困难；②利用纵波波速计算缺陷的深度得到的结果是唯一的。

8.在TOFD检测时，工件中存在多种波：首先是探头发射的纵波和横波；其次在波的传播过程中，遇到缺陷，底面，或其它不同声阻抗的界面，会发生波型转换。

因此，到达接收探头的信号包括：所有纵波、所有横波、波型转换后的一部分纵波和一部分横波。

TOFD声场中的A扫信号
1、直通波：两个探头之间沿工件表面直线传播的纵波。

路程最短，最先到达。

当探头间距较大时，直通波可能非常微弱，甚至不能识别。

由于TOFD扫查所发射和接收的信号在近表面区有较大的压缩，因此这些区域的一些有用信号可能隐藏在直通波下。

直通波的频率比声束中心的频率低。

直通波是声束边缘的体积波。

2、缺陷衍射信号：缺陷上、下端点产生的衍射信号，在直通波和底面反射波之间，比直通波信号强，比底面反射波信号弱。

为提高小缺陷的上尖端和下尖端信号的分辨能力，可采取减少信号周期的措施（1.5-2个周期）。

3、底面反射波：纵波在底面的反射波。

因传播距离比直通波长，所以在直通波之后出现。

如果探头的波束只发射到金属材料的上部分或者工件没有合适底部进行反射，则底面反射波可能不存在。

4、波型转换缺陷衍射信号：在底面纵波和底面反射波型转换信号之间会产生各种波型转换信号，波型转换信号到达接收探头时间比底面纵波反射信号长，但比底面反射波型转换信号短。

对于真实存在的较大的缺陷，会再次出现波型转变信号，而且经过横波转换，近表面的缺陷信号可能变得更加清晰。

5、底面反射波型转换信号：在底面纵波反射信号之后将出现一个相当大的信号，这种信号是底面横波反射信号，它有时会被误认为是底面纵波反射信号。

由于直通波和底面反射波的存在，检测时如果只使用TOFD技术，在上表面和下表面存在盲区，一般为几毫米或十几毫米之间，上表面的盲区大于底面的盲区。

相位关系
1.当波束从高阻抗介质中入射到一个低阻抗介质（例如，从钢中入射到钢/水界面或钢/空气界面）时，在界面反射的信号相位改变180˚，波束在碰到界面之前是以正向周期开始传播的，在经过界面反射后变成以负向周期开始传播。

上尖端信号就像底面反射信号一样，相位变化了180°。

缺陷下尖端的衍射信号相位不发生改变，以解释为波束只是在缺陷底部环绕,没有发生界面反射。

如果上尖端信号相位从负周期开始，与底面反射信号相同，那么下尖端信号就是从正向周期开始，其相位与直通波信号相同。

研究表明，如果两个衍射信号的相位相反，可以判断在信号之间一定存在一个连续的缺陷。

因此，相位对分析信号和测定缺陷准确尺寸是非常重要
2.相位的变化：1.直通波（LW）和底面反射波（BW）的相位是相反的；2. 直通波与缺陷的下端点的相位是相同的；
3.缺陷的上端点与底面反射波的相位是相同的；
4.每一个衍射信号的上、下端点衍射波相位是相反的。

5.对不同深度的两个衍射信号，可根据相位变化判断工件中的缺陷是一个缺陷还是两个缺陷
6.如果两个信号的相位相反，可能是一个缺陷（例如一条裂纹）的上下尖端衍射信号;
7.如果两个信号的相位相同，则可判定为两个缺陷。

深度计算
1.探头中心距：两探头入射点之间的距离又称为探头中心距，用符号PCS表示。

PCS＝2S。

由于两探头相对于衍射端点是对称的，
2.超声信号传播距离L可以用下式计算：L= 2(s2 + d2)1/2超声信号传播时间计算式： t = 2(s2 + d2)1/2/c
衍射端点深度的计算式： d = [(ct/2)2 - s2]1/2
3.在TOFD检测中，深度和时间的关系不是线性的，而是呈平方关系的，因此，在近表面区域，信号在时间上的微小变化转换成深度就变化较大。

深度测量的误差随着接近上表面而迅速增大。

4.通过软件计算进行线性化处理可得出B-Scan和D-Scan的线性深度图。

5.由于存在直通波和不断增大的深度误差，TOFD对近表面的缺陷探测的可靠性和准确性并不太高。

这个不能保证区域可以通过减小PCS或采用高频探头来改变。

当工件只作一次扫查时，近表面不能保证距离大约是10mm
6.例如，采用15MHz的探头和较小的PCS，对工件的检测可以达到表面以下1mm深度，不过这些措施会使检测覆盖面减小。

深度校准和PCS设定
1、深度校准
2t0
2.直通波出现的时间公式： t L = 2s/c + 2t 0 底面反射波出现时间公式： t b = 2(s 2 + D 2)1/2
/c + 2t 0
探头的延时式： 2t 0 = t b - 2(s 2 + D 2)1/2/c 波的传播速度： c = [2(s 2 + D 2)1/2 - 2s]/ (t b – t L )
3.缺陷自身高度： 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 ±1mm 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 )
【例题5】衍射点位于两探头连线的中心线上，已知：两探头中心距80mm ，衍射点深度30mm ，声波速度6 mm/μs ，两个探头楔块中的总延时1.6μs ，则从发射到接收超声信号总的传播时间是多少？
解：由公式t = 2(s 2 + d 2)1/2/c + 2t 0 得：t = 2(402 + 302)1/2/6 + 1.6＝18.2
答：从发射到接收超声信号总的传播时间是18.2 μs
【例题6】已知：声波速度6 mm/μs ，工件厚度45mm ，衍射超声信号总的传播时间为18.2 μs ，两个探头楔块中的总延时1.6μs ，两探头中心距80mm ：假设衍射点位于两探头连线的中心线上，则衍射点深度是多少？
解：由公式d = [(c/2)2(t-2t 0)2 - s 2]1/2 得：d = [(6/2)2(18.2-1.6)2 - 402]1/2=30
答：衍射点深度是30mm
【例题7】已知：声波速度6 mm/μs ，工件厚度45mm ，衍射超声信号总的传播时间为18.2 μs ，两个探头楔块中的总延时1.6μs ，两探头中心距80mm ：则直通波信号出现的时间是多少？
解：由公式 t L = 2s/c + 2t 0 得：t L =80/6 + 1.6＝14.9 μs
答：直通波出现的时间为14.9 μs
【例题8】已知：声波速度6 mm/μs ，工件厚度53mm ，衍射超声信号总的传播时间为18.2 μs ，两个探头楔块中的总延时1.6μs ，两探头中心距80mm ：则底面反射波出现的时间是多少？
解：由公式t b = 2(s 2 + D 2)1/2/c + 2t 0 得：t b = 2(402 + 532)1/2/6 + 1.6＝23.6 μs
答：底面反射波出现的时间为23.6 μs
2、检测时PCS 的设定：聚焦深度： d = 2/3 D D ：工件厚度 探头间距： PCS =2S=2d tan θ = (4/3)D tan θ 从公式中可以看出，在工件厚度不变时，角度θ减小，PCS 也要减小，成正比关系。

3.检查A-Scan 采集信号的正确性
直通波的信号非常弱，而横波的底面反射波比纵波的底面反射波还要强，因此TOFD 检测的信号显示应包括：直通波、底面反射纵波、底面反射变形波。

为保证信号采集的正确性，通常需要利用直通波出现时间公式和底面反射波出现时间公式计算，用计算结果来核查所采集的信号是否正确
TOFD 技术的图像显示
1.TOFD 技术把一系列A 扫数据组合，通过信号处理转换为TOFD 图像。

在图像中每个独立的A 扫信号成为图像中很窄的一行，通常一幅TOFD 图像包含了数百个A 扫信号。

A 扫信号的波幅在图像中是以灰度明暗显示的。

通过灰度等级表现出幅度大小
一个8位模/数转换的灰度等级数值是256个， 用数字127(纯白色)代表+100％FSH ，用数字0(中间灰)代表0％FSH ，用数字-128(纯黑色)代表-100％FSH
2.在TOFD 图像中，点状缺陷或线性缺陷端点显示为什么会呈现特殊的弧形？原因解释：弧形凸起峰的最高点对应的是衍射信号声程的最小位置。

在扫查过程中，衍射点相对于探头位置不断变化，衍射信号传输时间也不断变化。

当缺陷位于发射和接收探头的连线中点下方的对称处时，脉冲传输时间最短。

当探头偏离这一位置（无论是D 扫或B 扫），传输时间都会增加。

TOFD 扫查时，探头由远处而来，经过缺陷再离去，由对称位置的一边扫描至另一边，衍射信号的传输时间先是逐渐减小，直到一个最小值，然后再次增加，这样在TOFD 图像中就形成一个弧。

TOFD 扫查类型
TOFD 检测基本扫查类型分类：
1、非平行扫查，扫查得到的图像称为D 扫描图像。

非平行扫查分为两种扫查形式：(1)探头在焊缝两边对称放置的非平行扫查(正常情况) ； (2)探头在焊缝两边不对称放置的偏置非平行扫查（特殊情况）
非平行扫查特点： 1.能够实现大范围检测；2.焊缝余高不影响扫查；3.效率高、速度快、成本低、操作方便 。

D 扫所看到的视图： 1.D 扫描用于采集焊缝及两侧母材中的缺陷；2.D 扫描视图不能判断出缺陷在焊缝中的横向位置。

非平行扫查-D 扫：主要用于缺陷定位和长度方向的定量，不能判断出缺陷在焊缝中的横向位置；在高度方向上的定量不精确。

偏置非平行扫查：探头在焊缝两边不对称放置，扫查方向与超声波束方向不平行。

这种扫查主要针对一些特殊情况，例如解决轴偏离底面盲区问题。

当工件的底面的焊缝较宽时，为提高焊缝底面熔合区和热影响区的缺陷检出率就需要采用偏置非平行扫查。

2、平行扫查，扫查得到的图像称为B 扫描图像。

平行扫查是指扫查方向与超声波束方向是平行的。

平行扫查是跨越焊缝的横截面，扫查中探头需要越过焊缝，多数情况下需要将焊缝余高磨平再进行扫查，平行扫查在深度上能够提供很高的精度。

采用平行扫查-B 扫虽然没有提供缺陷的长度，但可以对缺陷深度和高度进行更精确的定量和缺陷距焊缝中心线的距离，也有助于对缺陷宽度和倾斜角度的判断。

平行扫查-B 扫要想使衍射信号显示曲线凸起更明显，可以采用较小的PCS 和较窄的波束宽度。

对非平行扫查，缺陷高度的检测精度与缺陷距焊缝中线的位置有关，如果缺陷不在焊缝中线，则深度计算将出现误差 如果衍射点不在两探头的中间线上（如果探头相对于焊缝对称设置，则两探头的中间线就是焊缝中线），则深度计算将不准确。

12d d h -=
由TOFD技术的衍射点深度计算公式可知，在以两个探头为焦点形成的椭圆轨迹上的任意位置，衍射信号的传播时间是一样的。

信号的位置的测量
在TOFD扫查的图形中，缺陷显示的两端都呈弧形，这一点在平行扫查的图形中尤其明显，为了比较准确地测量出缺陷的长度和高度，需要采用特殊的测量工具弧形光标拟合缺陷端点的弧形。

TOFD光标有两种：一种是十字光标，用于从A扫信号中测量数据；另一种是抛物线光标，用于从D扫描图中测量数据。

测量信号包括三个参数：
1.平行焊缝方向上距扫查起始点的距离（X），参数X用于确定信号位置和缺陷长度；
2.垂直焊缝方向的横向距离（Y），用于平行扫查，确定缺陷的横向位置；
3.距离检测面的深度（Z），参数Z用于确定缺陷深度和缺陷高度。

1、沿扫查线的位置参数（X）的测量
因X参数是测量缺陷水平位置和缺陷长度的，所以，在测试前，首先应确定扫查的起始点，探头移动时，仪器通过编码器记录下每一个A扫信号相对起始点的位置。

通过移动十字光标就可以从记录中得到任意一个A扫信号的X参数。

2、距检测面的深度参数（Z）的测量
测量缺陷深度和缺陷高度的方法是，首先将十字光标置于A扫直通波的起始位置，记录相应的时间，然后将光标置于缺陷波起始位置，再次记录时间，计算机就会自动显示出缺陷的深度
在缺陷靠近表面的情况下，缺陷信号和直通波信号之间的干涉可能会使测量变得困难，但从D扫描图中可观察到信号的尾部形状，测量方法是将抛物线光标与信号显示的尾部拟合。

为保证准确性也可将直通波去除后在测量。

在近表面区域，抛物线形状的很小变化就会引起较大的深度误差，所以测量时需仔细、认真。

缺陷高度的测量方法：先测量缺陷上尖端信号位置，记下时间，再测量缺陷下尖端信号位置，记下相对的时间，通过计算机即显示缺陷的自身高度。

3、横向位置参数（Y）的测量
在非平行扫查中，无法测定横向位置参数Y值，要想确定缺陷信号的横向位置Y值，就必须在缺陷上方进行平行扫查
首先确定扫查的起始点，以两探头中间的对称点为位置零点，探头移动，编码器记录下过程中每一个A扫信号相对起始点的位置。

用光标测量缺陷信号声程最小的位置，该数值就是缺陷位于探头中间的对称位置的信号，即参数Y的数值。

是缺陷相对于焊缝中心线的位置。

TOFD检测的盲区
1.盲区：是指TOFD技术实施检测时，被检体积中不能发现缺陷的区域
2.上表面盲区就是直通波信号所覆盖的深度范围。

由于上表面缺陷的信号可能隐藏在直通波信号之下，因此直通波信号的深度是盲区。

3.决定上表面盲区深度的因素：1.直通波脉冲时间宽度； 2.探头带宽；3.频率；
4.探头中心间距（PCS值）
一般情况盲区占检测厚度的10~25％；减小上表面盲区的措施：减小PCS，窄脉冲探头，直通波去除；例如对40mm厚焊缝，按照正常规范选择检测参数，其盲区大致为5~15mm。

5MHz探头，周期0.2μs，PCS=100mm，工件厚度40mm，直通波为两倍周期0.4μs，则盲区为11mm
4.下表面盲区：主要是指轴偏离底面盲区，即偏离两探头中心位置的底面区域存在的盲区。

5.决定上表面盲区深度的因素：1.偏离焊缝中心线的位置； 2.焊缝厚度；3.探头中心间距（PCS值）
按TOFD检测一收一发的探头布置，超声衍射信号传输时间相等位置为一个椭圆轨迹。

如果缺陷在椭圆轨迹以下区域，则信号出现在底面反射波之后，因此无法检出。

偏离焊缝中心的缺陷很难在D-扫描的底面反射信号中看到，可能被底面回波信号掩盖。

下表面盲区距中心线越远，盲区高度就越大。

缺陷位置的不确切性导致误差的增大，绝对深度的最大误差低于壁厚8%。

但在具体焊缝检测时，检测区域的最大轴偏离只考虑到热影响区位置，所以盲区没有那么大。

TOFD技术的精度和可靠性试验
1、裂纹高度尺寸测量试验
1979年M.G.Silk公布了利用TOFD技术对缺陷高度尺寸测量试验的数据，用于试验的缺陷为8~15 mm之间疲劳裂纹。

用实线给出裂纹的实际高度，TOFD测量值用圆圈表示，均方根RMS）误差为0.3 mm，证明应用TOFD测量裂纹高度是很准确的。

2、缺陷尺寸测量精度试验
实验表明，衍射时差技术检测精度比其它方法更高，尤其在测量缺陷高度尺寸时，使用衍射时差技术可以得到误差小于1mm的检测精度。

TOFD技术对缺陷高度尺寸的测量精度σ＝1.8mm，试验的缺陷高度为1.5mm～3mm之间的接近衍射时差技术的最小识别能力的缺陷，对这些缺陷的检测偏差稍大。

即使如此， TOFD技术的测量精度也高于其它各种检测方法的精度（标准偏差σ＝2.4~5.0mm）。

3、TOFD技术与基于波幅检测技术在缺陷尺寸测量精度上的比较
1989年Ammirato和Willetts公布了基于波幅技术和TOFD技术对缺陷尺寸测量的试验结果。

试件中的三类缺陷通常出现在核电设备上，第一类缺陷位于碳钢上堆焊不锈钢的过渡层的下面；第二类缺陷位于焊缝里；第三类缺陷在接管与壳体连接处的焊缝中，各种试验方法，TOFD法对缺陷尺寸测量进度最高、误差最小、方法最好。

4、缺陷检出率试验
使用TOFD技术、机械扫查的超声波技术、手工扫查的超声波技术和射线照相技术方法。

得出的缺陷检出率评价是：手工UT，40~60％；γ射线，55~60％；X射线， 55~65％；UT机械扫查，55~85％； TOFD，75~85％；由图可见，
TOFD技术比常规手工UT或RT检测可靠性要高得多，试验指出，将 TOFD 和脉冲反射法相结合时检出率更高，缺陷检出率可达到80~95％
TOFD技术的特点
常规超声检测技术的局限性
1、角度问题：常规超声检测中，当反射面相对于超声波束垂直时，回波幅值最高；反射面倾斜将导致回波幅值迅速下降，仅仅5°的倾斜波幅将下降一半（6dB），而10°或更大的倾斜将使检测无法进行，即探头可能完全接收不到反射波；
在斜射横波检测时，可以在一定的角度范围选择探头，以便获得良好的入射角。

但实际操作中仍会遇到声束与面积型缺陷不垂直，从而影响缺陷检出。

例如垂直于表面的未熔合，由于超声波束无法以适当的角度到达缺陷表面，而导致漏检。

2、波幅问题：
在常规超声脉冲回波检测中，判断缺陷存在及测量缺陷的大小都是基于信号的波幅，如当量比较法或端点6dB法，这是一种简单且实用的方法。

影响信号波幅的因素很多：1.缺陷与标准反射体的表面粗糙度不同；2.工件与标准试块的表面粗糙度不同；3.缺陷的倾斜角度；4.缺陷的形状，5操作时对探头的压紧力等等。

这些都是影响反射信号的波幅。

因此，基于信号波幅的定量方法的准确性难以提高
3、信号记录和存储问题
常规超声脉冲回波检测使用的模拟超声探伤仪和简单数字超声探伤仪都有下列缺点：1.记录信号能力差；2.无法记录存储信号或只能记录存储单个信号;3.不能连续全过程记录信号;4.不能进行大批量信号处理。

3.2 TOFD检测技术的优点
1.可靠性好、定量精度高、检测效率高；
2.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，TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析；
3.TOFD仪器能全过程记录信号，长久保存数据，能高速进行大批量信号处理；
4.TOFD技术除了用于检测外，还可用于缺陷扩展的监控，对裂纹高度扩展的测量精度可高达0.1mm ；
5.对于焊缝中部缺陷检出率很高；
6.容易检出方向性不好的缺陷；
7.可以识别向表面延伸的缺陷；
8.采用TOFD和常规脉冲回波法、表面检测（优选磁粉）技术等相结合可以实现100%焊缝覆盖；
9.沿焊缝做一维扫查，具有较高的检测速度；
10缺陷定量、定位精度高；
11.根据TOFD可进行缺陷寿命评估（ ECA分析）。

3.3 TOFD技术的局限性
1.对近表面缺陷的检测可靠性不够。

在工件上、下表面附近存在盲区；
2.对缺陷定性比较困难；
3.TOFD图像识别和判读比较难，数据分析需要丰富的经验；
4.对粗晶材料，例如奥氏体焊缝检测比较困难，其信噪比较低；
5.横向缺陷检测比较困难（焊缝余高需要打磨）；
6.复杂几何形状的工件检测比较困难，需要实验的基础上制订专门工艺；
7.点状缺陷的尺寸测量不够准确。

采用数字化记录超声波检测数据的优点:
1、TOFD记录的是每个检测点的完整的未经修正的原始的数字化A扫信号
2、可永久记录所有数据信号，包括检测参数、校准方式等
3、可对采集的数据进行处理，提高灵敏度、信噪比、易于识别缺陷
4、可对原始的检测数据再分析，使用多样的可视化显示
模拟信号的局限性，容易失真，精度低，抗干扰能力差，远距离传输和大规模存储困难，无法进行复杂的分析处理等几种典型的TOFD波形
1、外表面存在裂纹时，声束无法从上表面通过，无直通波和上端点衍射波；
2、内表面存在裂纹时，声束无法从下表面通过，无底面反射波和下端点衍射波；
3、水平方向的平面形缺陷 (层间未熔, 冷夹层) 上下端点衍射波合在一起；
不同类型缺陷：1.外表面裂纹 2.根部未焊透 3.根部未熔合 4.侧壁未熔合 5.气孔 6.横向裂纹 7.根部内凹 9.层间未熔合
TOFD检测技术的特点
检测是使用一对宽声束、宽频带、窄脉冲、纵波斜探头，探头频率高于脉冲回波法的探头频率，探头相对于焊缝对称布置；
声束在焊缝中传播遇到缺陷时，缺陷会产生反射波，缺陷上下端点产生衍射波，衍射波比反射波低20～30dB。

接收探头具有极高的灵敏度，接收衍射波和反射波；以精确测量衍射波的传输时间和简单的三角方程为理论基础，使用计算机来完成缺陷尺寸和位置的测量。

焊缝TOFD检测技术和常规超声技术的不同点。