TOFD资格考试理论样题.docx
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TOFD资格考试理论样题
TOFD知识普及教程
TOFD–超声波衍射时差法也叫“裂纹端点衍射法”或“尖端反射法”
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。
超声TOFD法可用于材料探伤、缺陷定位和定量。
与常规的超声技术不同，TOFD法不用脉冲回波幅度对缺陷大小做定量测定，而是靠脉冲传播时间来定量。
TOFD–认可
TOFD已经得到ASTME2373-04，ASMEIIICode2235，CENEN583-6（2000），BS7706（1993）等标准的认可。
TOFD对于判定缺陷的真实性和准确定量上十分有效。
同时，TOFD可以和脉冲反射法相互取长补短。
例如，检出焊缝中部的缺陷，判断缺陷是否向表面延伸等就是它的强项。
衍射时差技术
TOFD发展简史
衍射现象
TOFD原理
实际操作
标准
TOFD优点和局限性
TOFD发展简史
七十年代中期由UKAEAHarwell发现的
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
TOFD应用情况
在国内的特种设备行业，2003年，最早将TOFD技术用于工程检测并申请成为企业标准的是中国第一重型机械集团公司。
应用对象是神华煤液化工程中的壁厚达340mm的加氢反应器。
此外，在核工业、电力、石油系统，TOFD技术的研究和应用也在蓬勃发展，影响日益扩大。
衍射现象
惠更斯原理:
TOFD的基本原理
扫查分类
TOFD:
典型的设置
A扫信号
相位变化
传播时间
传播时间
缺陷深度
缺陷自身高度
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
向外表面延伸的裂纹
向内表面延伸的裂纹
水平方向的平面形缺陷
（层间未熔,冷夹层）
数据显示
数据显示
校准工具
测量工具
缺陷位置的影响
缺陷位置的不确切性
横向扫查
校准
TOFD检测工艺的选择
探头的选择（波型、探测分辨力、近场、声束宽度、频率、角度、尺寸、数量和位置布置）。
中心间距-PCS的选择
灵敏度的选择
槽型校准试块的选择
电子仪器的要求（数据记录、脉冲发生器、信噪比、数据采样、信号显示内容和方式）
TOFD扫查图
典型TOFD成像
TOFD检测的一般流程
仪器设置。
（主要设置一些功能参数，如：
触发电压、探头频率、工件厚度、编码器、滤波器、PCS脉冲重复频率等）
扫查工件（一般采取非平行扫查）
校准仪器（校准指针零点，方便测量）
缺陷分析（点、线、面的初步判定甚至性质的精确确定、埋藏深度、自身高度、长度）
常见缺陷在TOFD中的显示
近表面裂纹
根部未焊透
根部未熔合
侧壁未熔合
气孔
横向裂纹
根部内凹
层间未熔合
TOFD+脉冲回波
技术描述
数据浏览
检测结果
优点
技术描述
TOFD&P/E数据浏览
检测结果
检测结果
检测结果
横向波线性化
横向波线性化
TOFD可靠性
TOFD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
采用TOFD和脉冲回波相结合，可以实现100%焊缝覆盖。
沿焊缝作一维扫查，具有较高的检测速度。
缺陷定量、定位精度高。
根据TOFD可进行ECA分析（缺陷寿命
评估）。
国内外现有TOFD标准和规范
欧洲标准（BS7706-1993、EN583-6：
2000、CEN/TS-14751：
2004等同德国DINCEN/TS14751和英国DDCEN/TS14751、NEN1882：
2005）
美国标准（ASMEcodecase2235-9、ASTME2373-2004）
日本标准（NDISE2423-2001）
TOFD的局限性
在上、下表面附近盲区
对“噪声”敏感
夸大了一些良性的缺陷,如气孔,冷夹层,内部未熔合。
解释比较困难
注意标准问题（有待解决）
TOFD结语
TOFD设置正确时是一种很好的缺陷定量和定位方法；
根据标准和检出率的要求把TOFD和脉冲反射法相结合。
TOFD资格考试理论题
超声TOFD焊缝检测的专业理论，Ⅰ级考试要求在30分钟内完成20道选择题，及格要求为70分。
Ⅱ级考试要求在45分钟内完成30道选择题，及格要求为70分。
一级样题
1、为什么在TOFD检测中，从D-扫中获得的信息优于单个A-扫？
a）D-扫的声波衰减较小；b）D-扫的端部衍射更有效；
c）D-扫使得弱信号能够识别；d）D-扫能提供纵波波形。
2、什么角度的端部衍射信号最差？
a）38度；b）45度；c）50度；d）60度。
3、直通波的传播是:
a）沿工件表面轮廓传播；b）发生波形转换以横波传播；
c）沿着时间最短的途径传播；d）从底面反射。
4、若TOFD探头声束角度为60度，声束聚焦深度为25mm，则直通波的传播时间为多少？
a）6.745微秒；b）14.671微秒；
c）7.336微秒；d）5.902微秒。
5、以下哪一条不属于TOFD探头与常规脉冲反射法探头的不同点？
a）TOFD检测使用的探头脉冲更短；
b）TOFD检测使用的探头频带更宽；
c）TOFD检测使用的探头频率更高；
d）TOFD检测使用的扩散角更大。
二级样题
1、下述哪组探头将提供最好的时间/深度分辨力？
a）38度；b）45度；
c）60度；d）70度。
2、使用2对探头进行非平行扫查，已知系统设定的脉冲重复频率是1024Hz，并使用了4次叠加来进行信号平均处理，如果扫查速度是30mm/s，则对于任一对TOFD探头，获得一个A扫描信号的时间内探头移动距离为：
a）0.85mm；b）0.50mm；
c）4.27mm；d）0.23mm。
3、如果一个10MHz探头具有从7兆赫到14MHz的频谱，则应选择：
a）5MHz的高通滤波器和20MHz的低通滤波器；
b）5MHz的低通滤波器和20MHz的高通滤波器；
c）3MHz的高通滤波器和15MHz的低通滤波器；
d）3MHz的低通滤波器和15MHz的高通滤波器。
4、对10MHz的探头，如果想获得一个振幅更大的信号，则触发超声脉冲的矩形电脉冲的宽度应为：
a）100ns；b）50ns；c）5ns；d）10ns。
5、采用60°探头检测40mm厚的焊缝的根部缺陷，应选择的PCS是：
a）69mm；b）138mm；c）92.35mm；d）112mm。
TOFD习题
1、受检工件厚度40mm，60度探头，正确的探头分开距离是：
a、56mm
b、92mm
c、108mm
d、138mm
2、使用频率偏高的探头，而没有改变探头晶片尺寸会导致：
a、降低分辨率，提高信噪比，加大波束展开度
b、提高分辨率，降低信噪比，减小波束展开度
c、提高分辨率，降低信噪比，加大波束展开度
d、降低分辨率，降低信噪比，减小波束展开度
3、TOFD检测是：
a、不可能对粗晶材料
b、不可能对高温度工件
c、不可能对仅有下半部完成的未填满样部
d、任何情况下都可能的
4、模拟信号数字化后，数字信号是不充分显示的，数字化的成像可能会损失一些原来信号的内容，是由什么引起的：
a、信号重复频率的设定
b、信号放大器的频宽
c、数字化时的采样频率
d、探头频率
5、TOFD信号一般显示在灰色图谱上，为什么要这样显示？
a、可以提高信号的动态范围
b、多个A扫信号可同时显示
c、在图像数字化时，可提高处理速度
d、可以打印TOFD图谱
6、为什么用单个探头完成TOFD检测是困难的？
a、波束展开度太小
b、传播时间太短
c、反射波会掩盖衍射波
d、探头频率太低
7、在进行TOFD检测时，只有探头具有什么特点才会成功？
a、相同频率b、相同角度
c、相同探头延迟
d、相同入射点
8、以下哪个信号永远不被显示在TOFD窗口内？
a、底面的波型转换信号
b、侧向波
c、起始信号
d、以上所有的因素
9、TOFD检测的扫查速度受到以下什么的限制？
a、信号的平均化
b、数据文件的大小
c、探头的展开距离
d、以上所有的因素
10、探头的展开距离是由什么决定的？
a、焊缝余高的宽度
b、越大越好
c、越小越好
d、通过计算和工件厚度
11、在简单的TOFD设定下，缺陷的深度是由什么计算的？
a、正弦定律
b、正切定律
c、勾股定律
d、余弦定律
12、为取得足够的TOFD信号采样，采样率应为：
a、1
b、和探头频率一样
c、超过二倍的探头频率
d、和脉冲重复频率一样
13、TOFD检测，数据分析是由什么取得的？
a、侧向波
b、A扫信号
c、B扫信号
d、C扫信号
14、以下哪些信号必须被显示在正常的TOFD扫查里？
A、侧向波
B、底面的波型转换信号
C、底面波
D、始脉冲波
E、整个A扫a、
以上所有b、A、C、Ec、A、B、Dd、A、B、C
15、以下哪些描述是正确的，在理想的TOFD图谱中，上端点衍射波具有：
A、与底面波相同相位
B、与始脉冲波相同相位
C、与侧向波相反相位
D、与侧向波相同相位a、A、Cb、A、Bc、B、Cd、A、D
16、近表面开口缺陷会阻碍什么信号的显示
a、底面的波型转换信号
b、侧向波
c、底面波
d、以上都不是
17、具有可测自身高度的内部缺陷，会由什么来识别？
a、底面波受干扰
b、单个衍射信号在侧向波和底面波之间
c、两个相反相位的衍射信号在侧向波和底面波之间
d、两个相反相位的衍射信号在侧向波和底面波型转换波之间
18、TOFD检测时，探头频率的选择必须按：
a、与工件厚度无关
b、工件厚度越大，频率越低
c、工件厚度越大，频率越高
d、5MHZ
19、TOFD检测用的探头必须具有：
a、小的波束展开度来提高分辨率
b、小的波束展开度来确保受检区域的履盖
c、零度的纵向波
d、大的波束展开度来检测整个焊缝区域
20、以下哪些描述是正确的？
短脉冲波会
A、减小盲区
B、提高分辨率
C、反转端点衍射波相位
D、减小侧向波长度
a、A、Cb、A、C、Dc、A、B、Dd、以上都不是
21、以下哪些描述是正确的减小探头展开距离会
A、提高深度方向的分辨率、
B、减小深度方向的履盖率
C、提高信噪比
D、减小A扫时间坐标轴的长度a、只有Ab、只有Bc、都不是d、以上都正确
22、正确的TOFD数据分析是
a、取决于衍射信号的幅度
b、与衍射信号的幅度无关
c、几乎与衍射信号的幅度无关，不过幅度有时会提供更多的支持信息
d、主要取决于信号幅度
23、TOFD检测到信号包括：
a、只有衍射信号
b、只有反射信号
c、只有反射和衍射信号
d、侧向波、反射波和衍射波
24、信号的平均化用来：
a、减小声波噪音
b、减小电子噪音
c、减小机械振动
d、减小以上所有的
25、TOFD可检测出：
a、只有焊缝中心线位置的缺陷
b、焊缝中的所有缺陷
c、缺陷，几乎与指向性无关
d、只有面积型缺陷
26、TOFD是不可能：
a、检测表面开口缺陷
b、检测近表面缺陷
c、对缺陷精确定性
d、以上都正确
27、TOFD检测用探头具有：
a、短脉冲宽度来取得高分辨率
b、大的楔块来提高分辨率
c、长脉冲宽度用于让整个焊缝区域充满声波
d、短脉冲宽度来去掉底面波
28、TOFD是什么的缩号
a、缺陷检测的种类
b、检测的时间传播
c、衍射波的时间传播
d、缺陷的时间
29、在TOFD检测时，所有的信号都打断了，可能是由什么引起的
a、缺少耦合剂
b、埋藏缺陷
c、贯穿焊缝厚度的裂缝
d、a和c是正确的
30、TOFD在什么工件厚度时是最难使用
a、小于100mmb、小于8mmc、大于8mmd、大于30mm
TOFD检测技术理论考试试题
姓名：
考号：
一、选择题（每题只有唯一的正确答案，每题５分，共７５分）
1、TOFD的中文全称是：
C
a 缺陷的种类 b 信号传播时间
c 衍射波的时差 d缺陷测高的方法
２、在进行TOFD检测时，两个探头具有什么特点才会成功A
a 相同频率 b 相同角度
c 相同的探头延迟 d相同的入射点
３、TOFD技术采用纵波检测的原因是：
A
a 纵波传播速度快 b 纵波能量强
c 纵波波长短 d纵波衰减小
４、以下关于直通波与缺陷上尖端、缺陷下尖端和底面反射波信号相位关系的叙述，正确的是：
B
a 直通波和缺陷上尖端信号相位相同
b 直通波和缺陷下尖端信号相位相同
c 直通波和底面反射波信号相位相同
d以上都对
５、焊缝余高过高，会导致直通波信号：
C
a 消失 b 波幅明显减小
c 没有明显变化 d以上都有可能
６、与常规超声波检测技术相比，以下哪一条不是TOFD技术优点：
D
a 可靠性更高 b 定量精度
c 检测效率更高 d缺陷定性更精确
７、使用更高的频率，而没有改变探头晶片尺寸会导致探头的：
B
a 分辨率降低，信噪比提高，波束扩展加大
b 分辨率提高，信噪比降低，波束扩展减小
c 分辨率提高，信噪比提高，波束扩展加大
d分辨率降低，信噪比降低，波束扩展减小
８、TOFD检测中，70o探头与45o探头相比的优点是：
C
a 70o探头分辨率更高一些
b 70o探头信噪比更高一些
c 70o探头波束覆盖范围更大一些
d70o探头近表面盲区更小一些
９、以下哪些信号必须被显示在正常的TOFD扫查时间窗内：
A
a 直通波、底面波、底面波的转换型波
b 始脉冲、底面波、底面波的转换型波
c 始脉冲、直通波、底面波
d始脉冲、直通波、底面波的转换型波
１０、探头中心间距由什么决定？
D
a 焊缝余高的高度 b 越大越好
c 越小越好 d通过工件厚度和探头角度计算
１１、以下哪一条不是Ａ扫描中没有信号的原因：
D
a 楔块中的耦合干了 b 连接到探头的电缆线断了
c 增益设置太低了 d脉冲重复频率设置低了
１２、TOFD检测时探头频率的选择：
B
a 与工件厚度无关 b 工件厚度越大，选择低频率
c 工件厚度越大，选择高频率 d５MHz
１３、衍射波信号的特点：
B
a 比反射波信号强，且没有明显指向性
b 比反射波信号弱，且没有明显指向性
c 比反射波信号强，且有明显指向性
d比反射波信号弱，且有明显指向性
１４、以下有关于直通波性质的叙述，哪一条是错误的B
a 直通波是在两个探头之间，沿最短路径以纵波速度进行传播
b 直通波是一种特殊的表面波
c 直通波的频率比声束中心的频率低
d直通波有时可能非常微弱，不能识别
１５、采用非平行扫查对焊缝进行检测，不能得到的缺陷信息是：
D
a 缺陷的长度
b 缺陷的深度
c 缺陷的自深高度
d缺陷距离焊缝中心的水平位置
二、计算题（共２５分,第一题中每小题５分，第二题10分）
１、检测60mm的焊缝，规定聚焦点选在板厚的2/3处，则：
（1）采用折射角为45度的探头时，探头中心距PCS为多少？
（TAN45=1,计算结果取整数）
（2）采用折射角为60度的探头时，探头中心距PCS为多少？
（TAN60=1.73,计算结果取整数）
（3）采用折射角为70度的探头时，探头中心距PCS为多少？
（TAN70=2.75,计算结果取整数）
２、焊缝检测中，设定探头中心距PCS＝70mm,声速C=6000m/S,声束楔块中延时2t0=0.9uS,假设检测发现一个缺陷的衍射回波，已知该衍射点的传播时间t=15.9uS，求该衍射点的深度？
（以=1.41，计算结果保留两位小数）
TOFD技术（TimeofFlightDiffractionTechnique）是一种基于衍射信号实施检测的技术，即衍射时差法超声检测技术。
上世纪七十年代，由于工业发展的需求的不断增多，MauricSilk博士（英国国家无损检测中心）率先提出了TOFD技术。
在TOFD系统的发展过程中，计算机和数字技术的应用起到了决定性的作用。
早期的常规超声检测使用的都是模拟探伤仪，用横波斜探头或纵波直探头做手动扫查，大多数情况采用单探头检测，仪器显示的是A扫波型，扫查的结果不能被记录，也无法作为永久的参考数据保存。
自二十世纪九十年代起，模拟仪器开始慢慢演变为由计算机控制的数字仪器，随后数字仪器逐渐完善和复杂化，可以配置探头阵列，自动扫查装置，而且能够记录和保存所有的扫查数据用于归档和分析。
TOFD检测需要记录每个检测位置的完整的未校正的A扫信号，可见TOFD检测的数据采集系统是一个更先进的复杂的数字化系统，在接收放大系统、数字化采样、信号处理、信息存储等方面都达到了较高的水平。
TOFD技术与传统脉冲回波技术的最主要的两个区别在于：
A）更加精确的尺寸测量精度（一般为±1mm，当监测状态为±0.3mm），且检测时与缺陷的角度几乎无关。
尺寸测量是基于衍射信号的传播时间而不依赖于波幅。
B）TOFD技术不使用简单的波幅阈值作为报告缺陷与否的标准。
由于衍射信号的波幅并不依赖于缺陷尺寸，在任何缺陷可能被判不合格之前所有数据必须经过分析，因此培训和经验对于TOFD技术的应用是极为基本的要求。
压电复合材料是什么？
在上世纪80年代中期研制出来压电复合材料，最早研制出来压电复合材料目的是为了提高生物医学中超声成像分辨力，后来发现其具有一系列优越性能，同样适用于工业超声检测。
压电复合材料是压电陶瓷与高分子聚合物复合构成，所用的高分子聚合物有好几种，例如硅胶、环氧树脂、聚偏二氟乙烯（PDF）等等。
换能器用的压电复合材料有多种结构，图3.7所示为1-3型复合结构，由一系列定向均布的压电棒插在环氧树脂中构成，插在聚合树脂中的压电陶瓷具有一维连通性（即朝试件单向振动），而聚合物则具有三维连通性。
图3-8所示为应用切割填充法制造压电复合材料的过程，先将单体陶瓷切割成骰子块状，再注入聚合树脂，然后切片、打磨、镀银、冲压、极化制成。
该种结构可用于相控阵探头、TOFD探头和高性能常规脉冲超声探头。
1、压电复合材料的优点
用压电复合材料制作的探头有以下优点：
（1）发射和接收性能好，灵敏度高。
与压电陶瓷PZT相比，前者要高数十倍到上百倍。
（2）机械品质因数Q值低，带宽大，脉冲短，分辨力高。
与压电陶瓷PZT相比，前者要低几倍到几十倍。
（3）机电耦合系数值大，声能/电能的转换效率高。
（4）在较大温度范围内特性稳定。
（5）可加工形状复杂的探头，仅需简易的切块和充填技术。
（6）声阻抗可以改变，以实现与不同声阻抗的材料匹配。
衍射时差法（TOFD）是广泛应用于焊缝检测的一种无损检测技术，衍射时差法（TOFD）是通过接收缺陷尖端产生的衍射波信号，而不是接收传统超声波方法中的反射信号来检测缺陷的。
在TOFD技术中，一对探头通过扫查器置于焊缝的两侧，一个探头发射超声波脉冲，另一个探头接收超声波脉冲，这样可以对整个焊缝体积进行检测，以及确定不连续性的具体位置和深度。
这种技术的主要优点是：
检测的可靠性最大；缺陷的测量测量精度高（大于0.2mm）；检测速度快；检测数据可以永久保存；可有效检测缺陷的方向和实现检测质量的最大可靠性。
衍射时差法（TOFD）检测技术主要应用于压力容器、管线和板材的对接焊缝的制造检测，以及应用于不同产品门类：
如海洋工程、石油、天然气、大型钢结构、风力发电、航空业等腐蚀监测、复合层和缺陷变化的在役检测。
PCN衍射时差法（TOFD）检测考试关于工作经验和培训课时的最低要求：
1级
培训时间40小时
工作经验3个月
2级
培训时间40小时（不含1级培训40小时）
工作经验9个月（不含1级相关3个月经验）
学员必须持有由BINDT认可的机构颁发的关于传统超声波焊缝检测的相关级别证书。
方可参加TOFD相关级别的培训和考试。
如果学员希望跳过1级直接参加2级考试，须达到1,2级所需培训和工作经验的叠加总和。
例如，直接报考2级需至少12个月相关工作经验，并进行80小时专项培训。
我们可以提供以下标准的衍射时差法（TOFD）检测资质认证
•全球认可的欧盟EN473/ISO9712体系标准的1、2、3级TOFD检测人员资质认证
•符合欧盟承压设备指令PED97/23/EC要求的无损检测人员的审核，并由BINDT颁发证书
•符合ASME/AWS/API（SNT-TC-1A）标准的1、2、3级TOFD检测人员资质认证
1级
基础理论
•衍射时差法（TOFD）原理
•设备
•检测工艺
•检测系统的校准
专业理论
•缺陷检出能力
•超声波衍射时差法检测绩效的制约因素
•设备的安装和调试
•操作规范与条例
•基本软件介绍
•检测操作和记录
实践操作考试
根据书面规程，对焊接试样进行检测，从已知数据标识开始，施行检测前校验和检测后分析，记录缺陷，并出具检测报告。
2级
基础理论（基于上述1级教学大纲）
•检测原理
•设备调节和设置
•检测工艺
•检测系统的校准
专业理论
•缺陷检出能力
•检测绩效的制约因素
•设备的安装和调试
•操作规范与条例
•检测操作和记录
•基本软件介绍
•检测结果解析
•数据分析与解释
实践操作考试
参照书面规程，针对特定工件，确定最优的检测技术，完成仪器校验、检测工件和后续数据处理工作，解释和报告数据分析结果，出具检测报告和准备书面操作指导书。
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