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技術(shù)文章
TOFD技術(shù)簡介
點擊次數(shù)：2460 發(fā)布時間：2010-12-12
TOFD檢測原理：
TOFD是一種超聲衍射時間差法的無損檢測方法：
超聲TOFD方法是采用一對頻率,、尺寸,、角度相同的縱波探頭進(jìn)行探傷；一個作為發(fā)射探頭,，另一個作為接收探頭,，兩探頭相對位置在焊縫兩側(cè)且探頭中心在同一直線上，發(fā)射探頭發(fā)射橫向縱波,，在無缺陷部位接收探頭首先按收到直通波,，這種波在兩個探頭間以縱波速度進(jìn)行傳播，然后接收到反射回波（back wave）,。
如果在工件中存在裂紋缺陷,，則在缺陷的兩端除普通的反射波外，在缺陷的上下端點,，還將分別產(chǎn)生衍射波,，其衍射能量耒源于缺陷端部。
這兩束衍射波號在直通波與底面反射波之間出現(xiàn),。缺陷兩端點的信號在時間上將是可分辨的,，根據(jù)衍射波信號傳播的時間差可判定缺陷高度的量值。
超聲TOFD方法是采用一對頻率,、尺寸,、角度相同的縱波探頭進(jìn)行探傷；一個作為發(fā)射探頭,，另一個作為接收探頭,，兩探頭相對位置在焊縫兩側(cè)且探頭中心在同一直線上，發(fā)射探頭發(fā)射橫向縱波,，在無缺陷部位接收探頭首先按收到直通波,，這種波在兩個探頭間以縱波速度進(jìn)行傳播，然后接收到反射回波（back wave）,。
如果在工件中存在裂紋缺陷,，則在缺陷的兩端除普通的反射波外，在缺陷的上下端點,，還將分別產(chǎn)生衍射波,，其衍射能量耒源于缺陷端部。
這兩束衍射波號在直通波與底面反射波之間出現(xiàn),。缺陷兩端點的信號在時間上將是可分辨的,，根據(jù)衍射波信號傳播的時間差可判定缺陷高度的量值。
TOFD （Time Of Flight Diffraction）:
1）T O F D 介紹
壓力容器制造中采用的無損檢測方法為JB/T4730.1~6—2005,；其方法有RT,、UT、HT,、PT和ET,。
按國質(zhì)檢特函（2007）402號文（2007.6.7實施）規(guī)定,，還可以采用TOFD方法檢測焊接接頭的質(zhì)量。其特點與方法介紹如下：
2）特點：
它是一種超聲波衍射時間差無損檢測缺陷的方法,，其原理與常用的脈沖回波超聲檢測方法的重要不同點：①缺陷衍射紋號與缺陷角度無關(guān),；②缺陷定位定量的誤差與紋號幅度無關(guān)。其性能*,、成本低廉,、工藝簡單、環(huán)境安全,，發(fā)展前景,。我國已確認(rèn)其為特種設(shè)備的缺陷評價檢測方法。
3）與常規(guī)脈沖器超聲波檢測的區(qū)別：
TOFD檢測原理相對于常規(guī)脈沖器超聲波檢測方法兩個重要不同點：
①陷衍射信號與缺陷角度無關(guān),；
②定位,、定量的誤差與信號的幅度無關(guān)。
這也是TOFD技術(shù)得以快速發(fā)展的原因
4）采用TOFD對薄壁堆焊層裂紋缺陷的檢測：
堆焊層缺陷通常有：
①表面缺陷包括裂紋,、氣孔和夾渣等,；
②堆焊層內(nèi)的缺陷，一般為夾渣和未融合,；
③堆焊層與母材未結(jié)合,；
④堆焊層下母材熱影響區(qū)再熱裂縫（紋），趨向基本垂直于母材表面,；當(dāng)厚度δ＜5mm堆焊層時，靈敏度極低,。
5）超聲TOFD是利用一對頻率,、尺寸相同的縱波探頭進(jìn)行探傷，一個是發(fā)射探頭,，一個是接收探頭,。
6）計算機(jī)應(yīng)用
TOFD檢測系統(tǒng)是以windows XP為開發(fā)平臺，LabVIEW為基礎(chǔ)完成超聲二次開發(fā),；使采集卡與個人PC機(jī)相結(jié)合,，完成檢測信號采集、存儲,、圖像顯示等工作,。
當(dāng)今新型裂紋檢測技術(shù)----TOFD超聲檢測技術(shù)對焊接中裂紋類缺陷的檢出效果比較明顯，是其他檢測方法*的,。
7）裂紋的高度計算
裂紋的高度的檢測,，通常是測定沿工件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úê腿毕荻瞬慨a(chǎn)生的衍射波的傳播時間差△t實現(xiàn)的。只要知道工件的縱波聲速V和2個探頭間距2S,，則缺陷上下端埋藏深度由下式求出：
d=1/2[△t2 v2+4△tvs]1/2
式中：v——縱波聲速
△t——直通波與衍射波之間的傳播時間差,；
s——1/2的探頭間距,。
由缺陷上下端埋藏深度即可求得缺陷在板厚方向的高：H=d1- d2
式中：H——裂紋高度；
d1——裂紋上端點距上表面的距離,；
d2——裂紋下端點距上表面的距離,；
8）關(guān)于模擬試塊的制備
利用電火花、線切割加工不同尺寸的人工線狀裂紋模擬母材下再熱裂紋缺陷,。試塊母材為普通碳鋼,，堆焊層為合金鋼，尺寸為270mm×30mm×40mm,，在試塊堆焊層側(cè)等間距加工了八個不等高度,、寬度為0.2mm的人工裂紋。裂紋缺陷從左至右編號依次為1～8,，模擬缺陷的高度及位置尺寸詳見下表：
表1 模擬裂紋幾何尺寸
模擬裂紋編號 實際高度mm 上端埋深mm 下端埋深mm
1 6 2 8
2 4 2 6
3 6 4 10
4 4 4 8
5 2 3 8
6 3 3 6
7 5 4 9
8 1 4 7
壓力容器制造中采用的無損檢測方法為JB/T4730.1~6—2005,；其方法有RT,、UT、HT,、PT和ET,。
按國質(zhì)檢特函（2007）402號文（2007.6.7實施）規(guī)定,，還可以采用TOFD方法檢測焊接接頭的質(zhì)量。其特點與方法介紹如下：
2）特點：
它是一種超聲波衍射時間差無損檢測缺陷的方法,，其原理與常用的脈沖回波超聲檢測方法的重要不同點：①缺陷衍射紋號與缺陷角度無關(guān),；②缺陷定位定量的誤差與紋號幅度無關(guān)。其性能*,、成本低廉,、工藝簡單、環(huán)境安全,，發(fā)展前景,。我國已確認(rèn)其為特種設(shè)備的缺陷評價檢測方法。
3）與常規(guī)脈沖器超聲波檢測的區(qū)別：
TOFD檢測原理相對于常規(guī)脈沖器超聲波檢測方法兩個重要不同點：
①陷衍射信號與缺陷角度無關(guān),；
②定位,、定量的誤差與信號的幅度無關(guān)。
這也是TOFD技術(shù)得以快速發(fā)展的原因
4）采用TOFD對薄壁堆焊層裂紋缺陷的檢測：
堆焊層缺陷通常有：
①表面缺陷包括裂紋,、氣孔和夾渣等,；
②堆焊層內(nèi)的缺陷，一般為夾渣和未融合,；
③堆焊層與母材未結(jié)合,；
④堆焊層下母材熱影響區(qū)再熱裂縫（紋），趨向基本垂直于母材表面,；當(dāng)厚度δ＜5mm堆焊層時，靈敏度極低,。
5）超聲TOFD是利用一對頻率,、尺寸相同的縱波探頭進(jìn)行探傷，一個是發(fā)射探頭,，一個是接收探頭,。
6）計算機(jī)應(yīng)用
TOFD檢測系統(tǒng)是以windows XP為開發(fā)平臺，LabVIEW為基礎(chǔ)完成超聲二次開發(fā),；使采集卡與個人PC機(jī)相結(jié)合,，完成檢測信號采集、存儲,、圖像顯示等工作,。
當(dāng)今新型裂紋檢測技術(shù)----TOFD超聲檢測技術(shù)對焊接中裂紋類缺陷的檢出效果比較明顯，是其他檢測方法*的,。
7）裂紋的高度計算
裂紋的高度的檢測,，通常是測定沿工件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úê腿毕荻瞬慨a(chǎn)生的衍射波的傳播時間差△t實現(xiàn)的。只要知道工件的縱波聲速V和2個探頭間距2S,，則缺陷上下端埋藏深度由下式求出：
d=1/2[△t2 v2+4△tvs]1/2
式中：v——縱波聲速
△t——直通波與衍射波之間的傳播時間差,；
s——1/2的探頭間距,。
由缺陷上下端埋藏深度即可求得缺陷在板厚方向的高：H=d1- d2
式中：H——裂紋高度；
d1——裂紋上端點距上表面的距離,；
d2——裂紋下端點距上表面的距離,；
8）關(guān)于模擬試塊的制備
利用電火花、線切割加工不同尺寸的人工線狀裂紋模擬母材下再熱裂紋缺陷,。試塊母材為普通碳鋼,，堆焊層為合金鋼，尺寸為270mm×30mm×40mm,，在試塊堆焊層側(cè)等間距加工了八個不等高度,、寬度為0.2mm的人工裂紋。裂紋缺陷從左至右編號依次為1～8,，模擬缺陷的高度及位置尺寸詳見下表：
表1 模擬裂紋幾何尺寸
模擬裂紋編號 實際高度mm 上端埋深mm 下端埋深mm
1 6 2 8
2 4 2 6
3 6 4 10
4 4 4 8
5 2 3 8
6 3 3 6
7 5 4 9
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