1、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,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,裂纹,衍射现象,惠更斯原理:,衍射现象,裂纹,衍射波,衍射波,入射波,折射波,向各个方向传播
2、能量低取决于入射角,槽或裂纹,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,TOFD的基本原理 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,TOFD: 典
3、型的设置,发射探头,接收探头,A扫信号,发射探头,接收探头,相位变化,直通波,LW,上端点,下端点,底面反射波,BW,需要不检波的A扫来显示相位的变化,传播时间,发射探头,接收探头,S,S,d,LW,BW,t0,t0,始脉冲,t,传播时间,发射探头,接收探头,S,S,d,t0,t0,缺陷深度,发射探头,接收探头,S,S,d,t0,t0,缺陷自身高度,发射探头,接收探头,2S,d1,d2,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
4、 水平方向平面形缺陷,向外表面延伸的裂纹,发射探头,接收探头,没有直通波,向内表面延伸的裂纹,发射探头,接收探头,水平方向的平面形缺陷 (层间未熔, 冷夹层),发射探头,接收探头,数据显示,波幅,时间,A扫图用带黑度的线表示,数据显示,D扫,校准工具,A扫,D-scan,c,测量工具,A扫,D扫,缺陷位置的影响,发射探头,接收探头,S,S,d,t0,t0,缺陷位置的不确切性,发射探头,接收探头,S,S,t2,t1,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 %. 内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的 。 特别应注意靠近内壁的小缺陷,横向扫查,上表面,内壁,B
5、扫,直通波,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 SW横波信号以及缺陷反射信号,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。,离线分析图谱,校准,A扫,D扫,c,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,平行扫查,D扫,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,接收探头,耦合剂厚度变化 时间改变,直通波线性化,发射探头,接收探头,探头间距有小的变化
6、 时间改变,Source: Sonomatic,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,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 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,因为检测速度快，对于板厚超过
7、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 1997TOFD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指南 JB4730-10 压力容器无损检测 GB/T11345-89钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级 CEN/TS 14751 焊接-焊缝检测出使用TOFD时差衍射技术 NVN-ENV 583-6 无损检测-超声检测-第六章，飞越时间衍射技术是一种可以对缺陷定位以及定量的方法 NEN 1822 en TOFD检测技术验收规范,
