孫曉波

西安三環(huán)科技開發(fā)總公司 陜西西安 710000

超聲衍射時差法主要是通過從缺陷的端角和端點(diǎn)的地方獲得衍射能量來檢測毛病，通過在缺陷末端產(chǎn)生的衍射信號之間的時間差來定位和量化缺陷。因為該技術(shù)具有檢測速度快、定量準(zhǔn)確度高、定位精確(精度達(dá)到1mm)和確定缺陷尺寸等優(yōu)勢，不但可以得到射頻A型波形圖，還能夠獲得B掃描圖像，最后得到的結(jié)果更直觀，這項技術(shù)被廣泛運(yùn)用到焊縫檢測。但目前為止，TOFD技術(shù)仍然處于研發(fā)階段，還存在不少缺陷。

1 TOFD技術(shù)知識

1.1 基本原理

超聲TOFD檢測技術(shù)是以波形衍射為基礎(chǔ)，從物理學(xué)的角度可知：當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于或類似于波長時，發(fā)生顯著的衍射。當(dāng)超聲波作用于長裂紋缺陷時，在裂縫間隙和拐角處產(chǎn)生衍射波，并且接收探針接收衍射波。檢測技術(shù)和傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)有所不同，它使用兩個探頭來探測，由反射探頭和接收探頭組成。在檢測時，把探頭對稱地置于在被檢縫的兩側(cè)，聲束可以包含整個檢測范圍，主機(jī)控制發(fā)射探頭發(fā)射超聲脈沖入射在檢測到的干燥的橫截面上，在碰到缺陷之后產(chǎn)生反射波和衍射波。探頭接收反射波和衍射波，并測量穿透波，衍射波的傳播時間，并使用三角形方程來定位和量化缺陷[1]。通常，接收探頭先收到沿著工件表面?zhèn)鞑サ耐ㄟ^，然后分別接收缺陷上端和下端的衍射波，最后接收后壁回波。

1.2 國外的研究

自從該技術(shù)被認(rèn)可以后，對于它的研究一直是一個熱點(diǎn)。有學(xué)者做出大量對比試驗研究所得，相比傳統(tǒng)方法而言，超聲TOFD法具有更高的檢測率。在對于壓力容器的檢測時，超聲TOFD法可以代替其他的方法。也有學(xué)者研究利用霍夫變換算法，在提高圖像分辨率方面提取并討論了在高噪聲背景下B掃描圖像中的裂紋末端衍射信號。也有學(xué)者利用合成孔徑聚焦原理處理B掃描圖像，建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)B掃描圖像的重建，以提升圖像的水平分辨率。

1.3 國內(nèi)的研究

上個世紀(jì)九十年代，TOFD技術(shù)被我國研究者所關(guān)注，并且慢慢的運(yùn)用到實(shí)際工程當(dāng)中。2000年時，在西氣東輸工程中，是我國對于該技術(shù)的最早的應(yīng)用。之后我國特檢院成立了該課題組，對TOFD技術(shù)加深了研究。將超聲TOFD技術(shù)代替了很多傳統(tǒng)的檢測工藝，很大范圍的檢測項目都運(yùn)用該技術(shù)來進(jìn)行檢測。2006年，中國的水電行業(yè)，在三峽工程中，采用了TOFD技術(shù)來代替射線技術(shù)，得到了不錯的檢測效果。2007年國家質(zhì)監(jiān)局發(fā)布有關(guān)規(guī)定，對于制造厚度較大的壓力容器，能夠采用TOFD技術(shù)來取代射線來檢測[2]。近幾年來，在國家質(zhì)檢總局的核準(zhǔn)下，TOFD技術(shù)已經(jīng)成功的運(yùn)用到石油化工、煤化工、冶金等行業(yè)的上百種特種設(shè)備的制造安裝檢測。

2 TOFD技術(shù)應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 技術(shù)應(yīng)用

TOFD技術(shù)主要有兩種應(yīng)用：首先，使用該技術(shù)，檢測工件內(nèi)部是否存在缺陷，可以將內(nèi)部缺陷定量得十分精準(zhǔn)，相比較常規(guī)得手工超聲波檢測，TOFD技術(shù)的精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于它。通常情況下，TOFD技術(shù)對于線性缺陷或面積型缺陷的測量誤差十分的小，誤差可小于一毫米以下，對于裂紋和未溶合的缺陷測量誤差就更小了，僅僅是零點(diǎn)幾毫米。其次，TOFD技術(shù)也可以應(yīng)用到監(jiān)控裂紋的擴(kuò)展，能夠精準(zhǔn)高效地測量裂紋的增長。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

和傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比，TOFD檢測技術(shù)具有更高的可靠性，檢出率和精確度十分高，并且運(yùn)行的費(fèi)用較低。TOFD技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)任何方向上的缺陷，不論探頭的入射角度如何，對檢測都沒有影響；TOFD技術(shù)對于工件缺陷的深度尺寸上的定位并不依賴于信號的振幅，而是和衍射時差有關(guān)。常規(guī)的超聲檢測技術(shù)是不能測出缺陷的高度的，但是這對于TOFD技術(shù)來說可以準(zhǔn)確地測量出高度，它對于裂紋等缺陷十分的敏感，在現(xiàn)場操作時候?qū)ΜF(xiàn)場的要求簡單，通過TOFD技術(shù)可以將焊縫的結(jié)果利用圖像來表現(xiàn)出來，并將這些圖像保存下來以供以后的分析[3]。

2.3 技術(shù)局限

TOFD技術(shù)同樣存在一定的不足之處，比如說在檢測焊縫的上表面和下表面存在幾毫米的表面盲區(qū)，這是因為TOFD的通過波和底面的反射波都有一定的寬度，造成了這盲區(qū)的存在，使得如果盲區(qū)內(nèi)存在缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)。所以在檢測厚度比較下的情況下，超聲TOFD技術(shù)就顯得有些劣勢。還有在檢測是要求兩探頭要對稱放置在焊縫兩側(cè)，所以這被檢測的共建就需要是比較規(guī)則的。TOFD技術(shù)在應(yīng)用時，可以做到區(qū)分上表面開口、下表面開口和埋藏缺陷，然而卻很難做到精確的識別缺陷的性質(zhì)。對于粗晶體材料，TOFD技術(shù)檢測就很困難，必須要將頻率和數(shù)字信號參數(shù)進(jìn)行修正。還有一點(diǎn)就是TOFD技術(shù)檢測對工作人員的要求較高，需要工作人員具有相應(yīng)的圖像識別和判讀檢測的知識。TOFD的儀器調(diào)節(jié)過程十分復(fù)雜，儀器調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和工件表面粗糙的程度對于檢測結(jié)果影響較大。

3 結(jié)語

通過眾多的研究可得知，TOFD方法相比較于其他的檢測方法，自身存在著很多優(yōu)勢，這讓很多國家和企業(yè)都參與到對其的研究工作中。TOFD技術(shù)正是因為其可靠性高、測量精確度高、測出率較高以及運(yùn)行使用的費(fèi)用較低等眾多優(yōu)勢，被越來越多的行業(yè)所接受，并在很廣的范圍內(nèi)使用。在大壁厚設(shè)備的檢測當(dāng)中，TOFD檢測法的優(yōu)勢就較為明顯，通過和射線法檢測相比，不難看出超聲TOFD技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢，大壁厚設(shè)備選取TOFD法來檢測將會成為將來的一個發(fā)展走向。