TOFD檢測技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

孔明

西安三環(huán)科技開發(fā)總公司 陜西西安 710077

1 TOFD檢測技術(shù)

1.1 TOFD檢測技術(shù)的基本原理

TOFD檢測技術(shù)使用惠更斯原理，以一對角度，頻率與尺寸相同縱向傾斜探頭以特定距離（即探頭中心間距（PCS））放置在焊接接頭的兩側(cè)。如果焊縫接頭不存在缺陷，接收探頭將沿著最短路徑到達工件，從發(fā)射探頭沿著工件接收到發(fā)射波，而只有從發(fā)射探頭反射到發(fā)射探頭底部的發(fā)射波。如果焊接接頭存在缺陷，則接收探針還會接收在缺陷頂部和底部產(chǎn)生的衍射波。由于超聲波在異質(zhì)界面上產(chǎn)生波形變換，例如縱波變成橫波，因為在同一介質(zhì)中這兩個波具有不同的波速，所以接收探頭接收到的兩個波之間的時間差即超聲波檢測技術(shù)的衍射視差[1]。

1.2 TOFD掃描方法

TOFD掃描方法可以分為三種方法：非平行掃描，偏移非平行掃描和平行掃描。當(dāng)探頭被放置在焊頭的兩側(cè)時，將沿著焊頭的長度進行掃描。非平行掃描可以實現(xiàn)廣泛的檢查范圍，焊接補強不影響掃描，并且被用作TOFD檢查的初始掃描方法，速度快，效率高。但是，它不能有效地檢測出側(cè)面缺陷，也不能掃描出缺陷在焊頭中心的位置。當(dāng)探頭非對稱地放置在焊頭的兩側(cè)時，將沿著焊縫的長度進行掃描，這稱為偏移非平行掃描。偏移非平行掃描能夠很好的解決軸偏移盲區(qū)問題，增加一側(cè)的掃描范圍。如焊縫的寬度較大，則聲束必須與焊縫中心偏移一些，以確?？梢愿采w焊縫熔合線并且沒有缺陷。如果將探頭放在焊縫的任一側(cè)，則掃描垂直于焊縫長度。即，聲束傳播方向平行和掃描方向，這就是平行掃描。平行掃描需要去除焊縫鋼筋，因此它可以有效地檢測焊縫的側(cè)面缺陷并準確定位缺陷的側(cè)面。平行掃描通常在非平行掃描中補償點狀缺陷，以確定是不是水平缺陷。

1.3 圖像數(shù)據(jù)分析

（1）缺陷量化。①長度測量與現(xiàn)有的超聲缺陷不同，由于TOFD圖像的缺陷會由于光束擴展信號而在兩端產(chǎn)生電弧，所以在檢測缺陷的長度時，應(yīng)使用特殊的拋物線形指針，使圖像的弧形與拋物線匹配。缺陷的端點對應(yīng)于時間指針的中心線。當(dāng)然，該檢測方法對于彎曲缺陷的長度的測量誤差更大，但是對于檢測平行于工件表面缺陷的長度更準確。②高度測量是基于與A掃描波形顯示相比在圖像中以灰色顯示的正和負相位，一個指針位于圖像頂部的負相位，另一個指針位于圖像底部的正相位。此時看到的差異是一個缺陷。高度和深度自然是已知的。（2）缺陷的位置。在常規(guī)的超聲檢查中，缺陷的方位是由檢測探頭前端的缺陷位置來確定的，而在TOFD檢查中，D掃描過程中獲得的圖像是兩個探頭中心線處的聲程最短。為了確定焊縫中心線到缺陷的距離，有必要執(zhí)行B掃描以獲得關(guān)于缺陷的準確數(shù)據(jù)，以便檢測缺陷在焊縫中的方位。（3）缺陷特性。與傳統(tǒng)的超聲波檢查一樣，TOFD技術(shù)更難以定性地識別缺陷，因此，除了信號特征外，檢查員還必須對焊接背景和工件有最大的了解[2]。

2 TOFD超聲檢查技術(shù)的優(yōu)點

原則上，常規(guī)脈沖回波超聲技術(shù)與TOFD技術(shù)相比有兩個重要區(qū)別。第一，由于角度與缺陷衍射信號無關(guān)，因此測量的可靠性和準確性不受入射波與缺陷的影響。第二，根據(jù)衍射信號傳播時間的差異來確定衍射點的方位，缺陷的定量位置不取決于信號幅度。所以TOFD技術(shù)擁有許多優(yōu)勢。（1）。TOFD技術(shù)具有很高的定量精度。使用衍射時差技術(shù)對缺陷高度進行定量的準確性遠高于常規(guī)的手動超聲檢查。通常，對于線性或區(qū)域缺陷，TOFD高度測量誤差小于1毫米。對于足夠高的裂紋（通常為3 毫米或更大）和未熔合的缺陷，高度檢測誤差一般僅為十分之幾mm。（2）TOFD技術(shù)測量簡單，快速，常用的非平行掃描只能由一個人操作，探頭只需要沿著焊接的兩側(cè)移動，而無需鋸齒掃描，并且測量效率高。（3）TOFD技術(shù)具有出色的可靠性。因為衍射信號的幅度基本上不受聲束角度的影響，因此可以有效地檢測所有方向的缺陷，因此這項技術(shù)的缺陷檢測率很高。（4）TOFD檢查系統(tǒng)配備有半自動或自動掃描設(shè)備，可以確定探頭和缺陷的位置，并通過處理將信號轉(zhuǎn)換為TOFD圖像。圖像信息比A型顯示大。A型顯示只能顯示一個A掃描信號，而TOFD圖像顯示能夠顯示大量的信號用于焊接檢測。

3 TOFD測試技術(shù)的發(fā)展

無損檢測技術(shù)包括滲透檢測，磁粉檢測，射線照相檢測與常規(guī)超聲檢測。磁粉和滲透探傷只能檢測靠近表面的缺陷，而不能檢測埋在焊縫中的缺陷。射線照相檢查可以通過底片直接反映缺陷的特征與形狀，但是厚壁部件需要較高的管電壓并且容易受到輻射。使用效率低下，條件惡劣。特別地，由于束角的影響，對一些未融合的缺陷的錯誤檢測率很高，因此不能滿足對厚壁大部件的焊縫的檢測。常規(guī)的超聲波測試適用于掩埋缺陷，但是缺陷位置的量化是基于缺陷反射波幅度的。對于壁厚較大的零件，缺陷波幅度不可避免地降低[3]。

TOFD檢查技術(shù)用于發(fā)現(xiàn)和量化壁厚較大的零件，尤其是缺陷本身的高度和高度較高的零件。它用于準確地衡量工作效率的特征。因此廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)大型壓力容器制造的質(zhì)量檢驗，高效的嫌少了壓力容器的制造成本，而且提升了中國制造業(yè)的競爭水平。但是，TOFD檢測技術(shù)也有一定的局限性：TOFD檢測技術(shù)存在上下表面盲點的問題。在檢查期間，應(yīng)增加磁粉檢查或滲透檢查，并在地面缺陷上增加常規(guī)的超聲波檢查，以有效地檢測盲點缺陷。隨著我國技術(shù)的不斷進步，一些研究隊伍通過實驗有效的減少了TOFD檢測技術(shù)的表面盲點問題，我們堅信TOFD檢測技術(shù)的表面盲點問題必將得到良好的解決。

4 結(jié)語

簡而言之，在無損檢測領(lǐng)域中隨著TOFD技術(shù)的推廣，該技術(shù)將在中國焊接的無損檢測運用中得到更多的應(yīng)用。