齊文超

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

TOFD檢測工藝計算

齊文超

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

在TOFD檢測中，為了更好地提高檢出率，在實際檢測中必須對幾個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計算，如檢測區(qū)域、時間窗口、掃查速度、探頭覆蓋范圍以及上下表面盲區(qū)等。通過對以上參數(shù)的精確計算后，才能達(dá)到TOFD檢測中的最優(yōu)參數(shù)的選擇，保證被檢焊縫的質(zhì)量。

檢出率；時間窗口；探頭；盲區(qū)

超聲衍射時差法TOFD檢測過程中，為了更好地提高檢出率，在實際檢測中必須對幾個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計算，如檢測區(qū)域（根據(jù)焊縫厚度劃分）、時間窗口、聲束在楔塊中的角度大小和上下邊界角大小、最大掃查速度、偏置掃查次數(shù)（根據(jù)給定的盲區(qū)深度和偏離值計算）、探頭中心矩、覆蓋范圍、打磨寬度以及上下表面盲區(qū)深度等。本文通過對以上各個參數(shù)的精確計算，實現(xiàn)了TOFD檢測中的最優(yōu)參數(shù)的選擇，并簡要地說明了整個超聲衍射時差法TOFD檢測工藝的計算過程。

1 超聲衍射時差法檢測區(qū)域劃分

1.1 高度區(qū)域

厚壁焊縫超聲衍射時差法（TOFD）檢測的分區(qū)方法有兩種：等深度分區(qū)和不等深度分區(qū)。本文中采用了不等深度分層法。其中，所劃分的幾個區(qū)域厚度遵循逐漸遞增規(guī)律，即第一對探頭檢測的深度最小，因此需要使用較小的探頭中心距（PCS），而后面探頭檢測的深度范圍則是逐漸增大。

1.2 寬度區(qū)域

寬度區(qū)域在不同標(biāo)準(zhǔn)下規(guī)定的對應(yīng)檢測寬度區(qū)域不同，它是指由焊縫、熱影響區(qū)和附加母材區(qū)構(gòu)成的區(qū)域。在實際檢測中，檢測區(qū)域為實際熱影響區(qū)與焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)以外6mm的部分的和。

例如，熱影響區(qū)為4mm，焊縫寬度為40mm，則實際的檢測區(qū)域為40mm+4×2mm+6×2mm=60mm。

1.3 探頭中心距PCS

2 時間窗口設(shè)置

直通波到達(dá)接收探頭前0.5μs以上設(shè)置為最上分區(qū)的時間窗口的起始位置，底面反射波到達(dá)接收探頭后0.5μs以上設(shè)置為最下分區(qū)的時間窗口的終止位置；通常的覆蓋方法為每下一區(qū)向上單向覆蓋上一區(qū)厚度的25%。

3 盲區(qū)深度計算

3.1 上表面盲區(qū)深度計算

但實測發(fā)現(xiàn)，按以上公式計算的盲區(qū)在實際檢測中并不適用，因此，在實際工作中上表面盲區(qū)深度通常是通過在試塊上測試得出的。

3.2 下表面盲區(qū)深度計算

超聲衍射時差法檢測的下表面盲區(qū)通常指的是軸偏離底面盲區(qū)。

現(xiàn)按照上文所述假設(shè)條件來計算，掃查面盲區(qū)采用以下公式進(jìn)行計算：

代入以上數(shù)據(jù)得到計算結(jié)果為11.5mm。

通過計算，距離焊縫中心30mm位置處的底面盲區(qū)半徑為2.6mm，需進(jìn)行偏置掃查。如圖1所示。若偏置量為20mm時，通過計算可得距離焊縫中心30mm位置處的底面盲區(qū)半徑為0.3mm。

圖1

計算公式為：Δh=H1-1-x2s2+H2

其中，Δh為軸偏離底面盲區(qū)，H為工件厚度，s=12PCS，x為軸偏離值。

針對焊縫中心的底面缺陷，其信號可能隱藏在底面回波信號中以致無法識別，即中心底面盲區(qū)，盲區(qū)高度相當(dāng)于底面回波信號的深度，從理論上來說缺陷是可以被發(fā)現(xiàn)，但是測量和定量會存在困難，如果要考慮定量缺陷，底面的盲區(qū)高度也不小，理論計算也有幾個毫米。當(dāng)今使用的TOFD儀器已能提供足夠高分辨力的D掃描圖像，用其測量底面平整試塊上的足夠長的槽，只要缺陷信號超前底面信號1個周期，甚至0.5個周期，就可以識別。因此，焊縫中心的底面盲區(qū)即使存在，也是很小的，對底面無余高的焊縫，盲區(qū)一般不超過1mm，甚至小于0.5mm。

4 聲束角計算

件來計算以下各個量：

第一分區(qū)鋼中聲束上邊界角

γL上=arcsin（sinγP上CL／CP）=arcsin（sin27.17×5.95／2.4）=90°

第一分區(qū)鋼中聲束下邊界角

γL下=arcsin（sinγP下CL／CP）=arcsin（sin17.37×5.95／2.4）=47.74°第一分區(qū)楔塊中縱波入射角

θP=arcsin（sinθLCP／CL）=arcsin（sin70°×2.4／5.95）=22.27°

第一分區(qū)楔塊中聲束擴(kuò)散角

第一分區(qū)楔塊中上邊界角γP上=θP+γP=22.27+4.90=27.17°

第一分區(qū)楔塊中下邊界角γP下=θP-γP=22.27-4.90=17.37°

同理，可計算出第二分區(qū)的鋼中和楔塊中各個角度，其中鋼中的擴(kuò)散角為45.70°～90°。

5 時間窗口設(shè)置

通常，覆蓋方法為每下一區(qū)向上單向覆蓋上一區(qū)厚度的25%。底面反射波到達(dá)接收探頭后0.5μs以上設(shè)置為最下分區(qū)的時間窗口的終止位置；直通波到達(dá)接收探頭前0.5μs以上設(shè)置為最上分區(qū)的時間窗口的起始位置。

6 其他參數(shù)計算

6.1 最大掃查速度

最大掃查速度根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計算。現(xiàn)假設(shè)儀器激發(fā)的探頭脈沖重復(fù)頻率為500Hz，掃查增量值最大值為0.5mm，信號平均數(shù)值為2，那么最大掃查速度為：

6.2 最小打磨寬度

在焊縫每側(cè)的最小打磨寬度為118mm（探頭后部區(qū)域15 mm+1／2探頭中心距166mm+偏置量20mm=118mm），同時應(yīng)及時清除焊接飛濺、油垢、鐵屑及其他雜質(zhì)。

6.3 偏置掃查次數(shù)

按本文3.2節(jié)下表面盲區(qū)深度計算公式計算可知，需要進(jìn)行2次偏置，偏置量均為20mm。

7 結(jié)論

以上分析探討的只是筆者在實際工作中積累總結(jié)的主要方法及工藝措施。由于接觸構(gòu)件的有限性，許多探傷領(lǐng)域還未涉及。

TG441.7

A

1671-0037（2014）04-94-1.5