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TOFD技術(shù)原理

TOFD定義
　　Time Of Flight Diffraction（TOFD）超聲波衍射時差法，是一種依靠從待檢試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)（主要是指缺陷）的“端角”和“端點”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法,，用于缺陷的檢測,、定量和定位。

TOFD技術(shù)的來源
　　TOFD技術(shù)的英文全稱是Time of Flight Diffraction Technique,，中文譯名為衍射時差法超聲檢測技術(shù),。
　　TOFD技術(shù)于20世紀70年代由英國哈威爾的國家無損檢測中心silk博士首先提出，其原理源于silk博士對裂紋衍射信號的研究,。在同一時期我國中科院也檢測出了裂紋衍射信號,，發(fā)展出一套裂紋測高的工藝方法，但并未發(fā)展出現(xiàn)在通行的TOFD檢測技術(shù),。
　　TOFD技術(shù)首先是一種檢測方法,，但能滿足這種檢測方法要求的儀器卻遲遲未能問世。詳細情況在下一部分內(nèi)容進行講解,。TOFD要求探頭接收微弱的衍射波時達到足夠的信噪比,，儀器可全程記錄A掃波形、形成D掃描圖譜,，并且可用解三角形的方法將A掃時間值換算成深度值,。而同一時期工業(yè)探傷的技術(shù)水平?jīng)]能達到可滿足這些技術(shù)要求的水平。直到20實際90年代,，計算機技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)字化超聲探傷儀發(fā)展成熟后,，研制便攜、成本可接受的TOFD檢測儀才成為可能,。但即便如此,，TOFD儀器與普通A超儀器之間還是存在很大技術(shù)差別。

TOFD 歷史背景
　　TOFD 技術(shù)（Time of Flight Diffraction Technique）是一種基于衍射信號實施檢測的技術(shù),，即衍射時差法超聲檢測技術(shù),。
　　上世紀七十年代，由于工業(yè)發(fā)展的需求的不斷增多,，Mauric Silk博士（英國國家無損檢測中心）提出了TOFD技術(shù),。在TOFD系統(tǒng)的發(fā)展過程中，計算機和數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用起到了決定性的作用,。早期的常規(guī)超聲檢測使用的都是模擬探傷儀,，用橫波斜探頭或縱波直探頭做手動掃查，大多數(shù)情況采用單探頭檢測,，儀器顯示的是A掃波型,，掃查的結(jié)果不能被記錄，也無法作為*的參考數(shù)據(jù)保存。自二十世紀九十年代起,，模擬儀器開始慢慢演變?yōu)橛捎嬎銠C控制的數(shù)字儀器,，隨后數(shù)字儀器逐漸完善和復雜化，可以配置探頭陣列,，自動掃查裝置,，而且能夠記錄和保存所有的掃查數(shù)據(jù)用于歸檔和分析。
 TOFD檢測需要記錄每個檢測位置的完整的未校正的A掃信號,，可見TOFD檢測的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個更*的復雜的數(shù)字化系統(tǒng),，在接收放大系統(tǒng)、數(shù)字化采樣,、信號處理,、信息存儲等方面都達到了較高的水平。
　　TOFD技術(shù)與傳統(tǒng)脈沖回波技術(shù)的zui主要的兩個區(qū)別在于：
　　A） 更加的尺寸測量精度（一般為±1mm,，當監(jiān)測狀態(tài)為±0.3mm）,，且檢測時與缺陷的角度幾乎無關(guān)。尺寸測量是基于衍射信號的傳播時間而不依賴于波幅,。
　　B） TOFD技術(shù)不使用簡單的波幅閾值作為報告缺陷與否的標準。由于衍射信號的波幅并不依賴于缺陷尺寸,，在任何缺陷可能被判不合格之前所有數(shù)據(jù)必須經(jīng)過分析,，因此培訓和經(jīng)驗對于TOFD技術(shù)的應(yīng)用是極為基本的要求。

TOFD技術(shù)的物理原理

　　衍射現(xiàn)象是TOFD技術(shù)采用的基本物理原理,。
　　衍射現(xiàn)象的解釋：波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,，根據(jù)惠更斯原理，媒質(zhì)上波陣面上的各點,，都可以看成是發(fā)射子波的波源,，其后任意時刻這些子波的包跡，就是該時刻新的波陣面,。
　　TOFD工作原理
　　TOFD技術(shù)采用一發(fā)一收兩個寬帶窄脈沖探頭進行檢測,，探頭相對于焊縫中心線對稱布置。發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中,，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收,，部分波束經(jīng)底面反射后被探頭接收。接收探頭通過接收缺陷的衍射信號及其時差來確定缺陷的位置和自身高度,。
　　TOFD技術(shù)*性：
　　a）一次掃查幾乎能夠覆蓋整個焊縫區(qū)域（除上下表面盲區(qū)）,，可以實現(xiàn)非常高的檢測速度；
　　b）可靠性要好,，對于焊縫中部缺陷檢出率很高,；
　　c）能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，對缺陷的走向不敏感；
　　d）可以識別向表面延伸的缺陷,；
　　e）采用D-掃描成像,，缺陷判讀更加直觀；
　　f）對缺陷垂直方向的定量和定位非常準確,，精度誤差小于1mm,；
　　g）和脈沖反射法相結(jié)合時檢測效果更好，覆蓋率100%,；
　　TOFD技術(shù)局限性：
　　a）近表面存在盲區(qū),，對該區(qū)域檢測可靠性不夠
　　b）對缺陷定性比較困難
　　c）對圖像判讀需要豐富經(jīng)驗
　　d）橫向缺陷檢出比較困難
　　e）對粗晶材料，檢出比較困難
　　f）對復雜幾何形狀的工件比較難測量