TOFD基本原理.docx

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TOFD基本原理

TOFD基本原理

TOFD技术介绍

一、TOFD基本原理

1．TOFD是一种利用来自缺陷尖端的衍射信号来检测和测量反射体的超声波检测技术。

与传统的剪变波脉冲反射法相反的是TOFD使用的是大角度的纵波。

对薄壁管线用小直径的发射器60º或70º的反射角。

这些小发射器发的是宽角度的波束，聚焦波束可以充分的覆盖整个管壁。

一个发射器用作发生器，另一个作接收器，而且两只发射器按优选的距离配置。

数据以高分辨率采集上来，以灰度显示。

2．一来横波在表面下直接传播（以纵波的速度），并被接收器收到。

横波波幅较小，在TOFD设置中，一般包括设置横波波幅在约40%满屏高处。

一部分波束从管子底部反射出来，得到很强的L波内壁信号。

除纵波外，也产生剪变波。

由于这些剪变波经过多次转变，而且它的波束也比纵波低，所以它们比内壁纵波反射信号抵达时间晚。

其原理如图：

图中，①为沿试件表面传播的横向波（Lateralwave），④为底面反射波（Back-wallreflection），当有缺陷存在时，在①④间会接收到缺陷上端的散射波②和缺陷下端的衍射波③。

这里只考虑纵波声速V，忽略缺陷处的波形变换产生的横波等。

3．TOFD在原则上可以在缺陷上方或沿缺陷扫描。

在缺陷上方扫描时，从缺陷尖端得到一个抛物线形的信号。

这种信号可以经计算机增强后进行精确的测量。

二、TOFD技术的主要应用

1）缺陷的精确定量，TOFD是最精确的技术之一，特别是内部的缺陷。

2）显示和定量。

由于TOFD在波束的覆盖内能发现所有的裂纹，与方向性无关，有很高的检出率。

事实上检测数据以B或D扫描形式进行采集，改善检测出现的几何信号中的裂纹信号，如特征不匹配，焊缝缺陷如过度焊透或过度咬边。

使用TOFD大多数焊缝能很快通过检测并证明没有重要缺陷。

3）检测扩展。

TOFD是精确的可用的测量缺陷扩展的方法之一。

三、TOFD技术的优势

1）缺陷衍射信号的角度几乎是独立的。

2）深度尺寸定位和相应的误差不依靠信号振幅。

3）TOFD定量的尺寸精度是+或—1mm，裂纹扩展检测能力可达+或—0.3mm。

4）任何方向的缺陷都能有效的发现。

5）穿过金属横截面类型视图的检测数据的持久数字记录。

四、TOFD基本检测模式和应用场合

基于TOFD便携式探伤仪它是利用多种检测方式综合对缺陷进行扫查分析，提高了扫查的全面性和精确性，也使其应用范围非常广：

基于A扫波形的传统脉冲回波和穿透检测

射频显示和频谱分析提高了仪器对材料特性、胶结层、不同材料，缺陷模式和探头的评价能力

单通道纵波PE厚度剖面或B扫描成像和记录

典型应用：

腐蚀表征，锻件检测

在检测出缺陷的典型长度位置对焊逢横向扫查，检测焊逢截面内所有缺陷的截面图象，对出缺陷深度，水平方向的中心位置和尺寸（-6dB法），以及缺陷回波当量大小。

单通道横波、导波、表面波PE非平行扫查投影成像（P扫）

典型应用：

圆板和钢管的点腐蚀，应力腐蚀等大范围脉冲回波和CHIME检测；焊缝检测；钢板，钢管及大面积锻件。

沿垂直与探头指向的扫查线扫查记录缺陷在水平面上的投影分布图象，读出缺陷长度，水平方向的中心位置和尺寸（-6dB法），以及缺陷回波当量大小。

单或多通道横波PE平行组合扫查（B扫）

典型应用：

焊缝检测，在检测出缺陷的典型长度位置对焊缝横向检查，检测焊缝截面内所有缺陷的截面图象，读出缺陷深度、水平方向的中心位置和尺寸（-6dB法）以及缺陷回波当量大小。

单或多通道TOFD平行扫查

典型应用：

焊缝检测，用一对TOFD检测出缺陷的典型长度位置对焊缝横向扫查，检测焊缝截面内所有缺陷端点的详细深度、水平方向的位置和尺寸。

五、国内TOFD技术发展状况

随着国内经济和科学技术的飞速发展，国内超声波技术也得到了长足的进步，在2006武汉中科创新技术有限公司就开国产先河，自主开发研制了国内第一台便携式TOFD超声波检测仪HS800。

HS800是结构紧凑、功能强、高性能、便携式的具备记录、成像、数据处理能力的计算机智能化超声检测设备。

在国内外同类产品中体积最小、重量最轻。

具有长续航时间、高检测效率、人性化的操作界面。

能够海量存储根据所选操作模式记录沿扫查位置或时间的多个通道的厚度剖面、B扫、P扫、或TOFD图象的A扫波形序列和相应仪器设置

1．HS800基本特点：

高亮度高分辨力彩色显示屏。

●内置探头位置编码器。

●USB，LAN，VGA输出接口。

●大容量数据存储空间。

●支持纵波、横波、导波和表面波等模式。

●具备A扫、腐蚀剖面、B扫、P扫和TOFD成像。

●单次扫查能记录长达2米。

●回放图像记录中每点位置的A扫波形。

●强化的对活动或冻结的A扫波形信号评估软件。

●缺陷尺寸和模式分析。

●符合国内4730标准和国外EN、DNV、API、ASME、RBIM等有关标准要求。

●最多达7个通道10个探头同时扫查和记录。

●配置便于使用的手动扫查器。

●配置TOFD探头和PE探头。

2．HS800主要检测功能：

1）A扫检测：

采用传统脉冲回波、反射回波衰减和穿透检测技术。

2）一维直线扫查和多通道组合记录实现以下功能：

◆多通道TOFD及横波PE非平行组合扫查沿探头扫查轨迹连续测量TOFD衍射信号和横波的反射体回波幅度。

同时实现对焊缝的全面覆盖检测。

◆单或多通道横波PE平行组合扫查沿探头扫查轨迹连续测量横波的反射体回波幅度。

实现对焊缝截面的B扫成像和缺陷当量评定。

◆单或多通道TOFD平行扫查沿探头扫查轨迹连续测量TOFD衍射信号。

实现对焊缝截面缺陷衍射端点的精确分析。

◆单通道横波、导波、表面波PE非平行扫查投影成像（P扫）沿探头扫查轨迹连续测量横波、导波或表面波的反射体回波幅度。

实现对板材，管材等较长距离范围的平面投影二维成像。

◆单通道纵波PE厚度剖面或B扫描成像和记录沿探头扫查轨迹连续记录壁厚读数或回波幅度，支持多种基于风险分析的检测和维护规程。

3）直线扫查和记录能采用：

i.计时模式（内置实时时钟）。

ii.真实位置模式（内置增量编码器接口）。

六、HS800便携式TOFD超声波检测仪器典型缺陷检测图例

①单个夹渣，深22-26mm

②近上表面缺陷，深6mm，长59.6mm，有一端较深，达到10mm

③一窝气孔，深20-24mm，长45mm

试块厚度：

26mm

•①中上部一窝气孔,深8.7-18mm,长39.1mm

•②中下部长条气孔，深18mm,长80mm

•③根部一处24.5m的缺陷

•④中上部未熔合，深18mm,长74mm

•⑤根部未熔合,深24mm，长38.8mm

•⑥根部孔眼，深1.5mm

•⑦根部孔眼，深1mm

•⑧根部未焊透，深24mm（2mm）,长52mm

试块厚度：

30mm

①中部长条气孔，深14.8-18.7mm,长57.5mm

•②中上部未熔合，深8mm，长44mm

•③中部裂纹，深12.8–20.2mm,长55.7mm

•④中部一窝气孔，深9–16mm，长23mm

•⑤中下部未熔合