TOFD焊缝检测2007年7月12日

TOFD释义 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique) 检测技术是在1977年，由Silk根据超声波 衍射现象提出来，简称衍射时差法 (TOFD)。检测时使用一对或多对宽声束 探头，每对探头相对焊缝对称分布，声 束覆盖检测区域，遇到缺陷时产生反射 波和衍射波。探头同时接收反射波和衍 射波，通过测量衍射波传播时间和利用 三角方程，来确定出缺陷的尺寸和位置。

TOFD检测的特点：l 检验是使用一对宽声束、纵波探头，探头频率高于 脉冲回波法(PE)的探头频率，探头相对于焊缝对称 分布。 l 声束在焊缝中传播遇到缺陷时，缺陷会产生反射波， 缺陷两端产生衍射波，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。 l 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。 l TOFD检验不是依赖于测量缺陷回波高度而是以精 确测量衍射波的飞行时间确定缺陷的尺寸和位置，对 于自然裂纹测量精度为1mm,对于人工反射体测量精 度为0.1mm(实验室条件下)。

TOFD – 认可 TOFD 还没有被管线标准认可 (仅仅有少 数的标准中有关于TOFD的内容) 然而, TOFD 对于判定缺陷尺寸的真实性 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。 在厚壁容器环焊缝上作为案例每次使用 前需要向国家质检总局申请。

衍射现象入射波 衍射波

折射波

裂纹

向各个方向传播能量低

取决于入射角衍射波

TOFD: 典型的设置发射探头 横向波 上端点 接收探头

下端点内壁反射信号

A扫信号发射探头 接收探头

横向波

底面反射波 LWBW

上端点

下端点

直通波(LW)和底面反射波(BW)是固定存在的， 无论被检焊缝中是否存在缺陷。

由于直通波(LW)和底面反射波(BW)的存在，检 测时如果只使用TOFD检测，在上表面和内壁表面存 在盲区，一般为几毫米左右。 直通波(LW)和底面反射波(BW)及每一个显示的 上、下衍射波相位是相反的。

相位变化横向波

底面反射波

+

LW -

+ -

BW

上端点 下端点 需要不检波的A扫来显示相位的变化

传播时间S发射探头

S接收探头

t0d

t0

t

2

S

2

d

2

c

2 t

0

缺陷深度S发射探头

S接收探头

t0d

t0

c 2 2 d t 2t0 S 2

2

缺陷自身高度2S发射探头 接收探头

d1 d2

h d 2 d1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 )。

数据显示(A扫非检波和D扫灰谱图显示)LW A扫

D扫

BW

上表面

内壁

缺陷位置的影响S发射探头

S接收探头

t0 d

t0

x

缺陷位置的不确切性S发射探头

S接收探头

t1

dmin dmax t2

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

横向扫查当探头相对于 缺陷对称时时 间最短 。

直通波

上表面

内壁B扫 这种扫查会产生典型的 反向抛物线