孔明

西安三環(huán)科技開發(fā)總公司 陜西西安 710077

1 TOFD檢測(cè)技術(shù)

1.1 TOFD檢測(cè)技術(shù)的基本原理

TOFD檢測(cè)技術(shù)使用惠更斯原理，以一對(duì)角度，頻率與尺寸相同縱向傾斜探頭以特定距離（即探頭中心間距（PCS））放置在焊接接頭的兩側(cè)。如果焊縫接頭不存在缺陷，接收探頭將沿著最短路徑到達(dá)工件，從發(fā)射探頭沿著工件接收到發(fā)射波，而只有從發(fā)射探頭反射到發(fā)射探頭底部的發(fā)射波。如果焊接接頭存在缺陷，則接收探針還會(huì)接收在缺陷頂部和底部產(chǎn)生的衍射波。由于超聲波在異質(zhì)界面上產(chǎn)生波形變換，例如縱波變成橫波，因?yàn)樵谕唤橘|(zhì)中這兩個(gè)波具有不同的波速，所以接收探頭接收到的兩個(gè)波之間的時(shí)間差即超聲波檢測(cè)技術(shù)的衍射視差[1]。

1.2 TOFD掃描方法

TOFD掃描方法可以分為三種方法：非平行掃描，偏移非平行掃描和平行掃描。當(dāng)探頭被放置在焊頭的兩側(cè)時(shí)，將沿著焊頭的長(zhǎng)度進(jìn)行掃描。非平行掃描可以實(shí)現(xiàn)廣泛的檢查范圍，焊接補(bǔ)強(qiáng)不影響掃描，并且被用作TOFD檢查的初始掃描方法，速度快，效率高。但是，它不能有效地檢測(cè)出側(cè)面缺陷，也不能掃描出缺陷在焊頭中心的位置。當(dāng)探頭非對(duì)稱地放置在焊頭的兩側(cè)時(shí)，將沿著焊縫的長(zhǎng)度進(jìn)行掃描，這稱為偏移非平行掃描。偏移非平行掃描能夠很好的解決軸偏移盲區(qū)問題，增加一側(cè)的掃描范圍。如焊縫的寬度較大，則聲束必須與焊縫中心偏移一些，以確?？梢愿采w焊縫熔合線并且沒有缺陷。如果將探頭放在焊縫的任一側(cè)，則掃描垂直于焊縫長(zhǎng)度。即，聲束傳播方向平行和掃描方向，這就是平行掃描。平行掃描需要去除焊縫鋼筋，因此它可以有效地檢測(cè)焊縫的側(cè)面缺陷并準(zhǔn)確定位缺陷的側(cè)面。平行掃描通常在非平行掃描中補(bǔ)償點(diǎn)狀缺陷，以確定是不是水平缺陷。

1.3 圖像數(shù)據(jù)分析

（1）缺陷量化。①長(zhǎng)度測(cè)量與現(xiàn)有的超聲缺陷不同，由于TOFD圖像的缺陷會(huì)由于光束擴(kuò)展信號(hào)而在兩端產(chǎn)生電弧，所以在檢測(cè)缺陷的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)使用特殊的拋物線形指針，使圖像的弧形與拋物線匹配。缺陷的端點(diǎn)對(duì)應(yīng)于時(shí)間指針的中心線。當(dāng)然，該檢測(cè)方法對(duì)于彎曲缺陷的長(zhǎng)度的測(cè)量誤差更大，但是對(duì)于檢測(cè)平行于工件表面缺陷的長(zhǎng)度更準(zhǔn)確。②高度測(cè)量是基于與A掃描波形顯示相比在圖像中以灰色顯示的正和負(fù)相位，一個(gè)指針位于圖像頂部的負(fù)相位，另一個(gè)指針位于圖像底部的正相位。此時(shí)看到的差異是一個(gè)缺陷。高度和深度自然是已知的。（2）缺陷的位置。在常規(guī)的超聲檢查中，缺陷的方位是由檢測(cè)探頭前端的缺陷位置來確定的，而在TOFD檢查中，D掃描過程中獲得的圖像是兩個(gè)探頭中心線處的聲程最短。為了確定焊縫中心線到缺陷的距離，有必要執(zhí)行B掃描以獲得關(guān)于缺陷的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，以便檢測(cè)缺陷在焊縫中的方位。（3）缺陷特性。與傳統(tǒng)的超聲波檢查一樣，TOFD技術(shù)更難以定性地識(shí)別缺陷，因此，除了信號(hào)特征外，檢查員還必須對(duì)焊接背景和工件有最大的了解[2]。

2 TOFD超聲檢查技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

原則上，常規(guī)脈沖回波超聲技術(shù)與TOFD技術(shù)相比有兩個(gè)重要區(qū)別。第一，由于角度與缺陷衍射信號(hào)無關(guān)，因此測(cè)量的可靠性和準(zhǔn)確性不受入射波與缺陷的影響。第二，根據(jù)衍射信號(hào)傳播時(shí)間的差異來確定衍射點(diǎn)的方位，缺陷的定量位置不取決于信號(hào)幅度。所以TOFD技術(shù)擁有許多優(yōu)勢(shì)。（1）。TOFD技術(shù)具有很高的定量精度。使用衍射時(shí)差技術(shù)對(duì)缺陷高度進(jìn)行定量的準(zhǔn)確性遠(yuǎn)高于常規(guī)的手動(dòng)超聲檢查。通常，對(duì)于線性或區(qū)域缺陷，TOFD高度測(cè)量誤差小于1毫米。對(duì)于足夠高的裂紋（通常為3 毫米或更大）和未熔合的缺陷，高度檢測(cè)誤差一般僅為十分之幾mm。（2）TOFD技術(shù)測(cè)量簡(jiǎn)單，快速，常用的非平行掃描只能由一個(gè)人操作，探頭只需要沿著焊接的兩側(cè)移動(dòng)，而無需鋸齒掃描，并且測(cè)量效率高。（3）TOFD技術(shù)具有出色的可靠性。因?yàn)檠苌湫盘?hào)的幅度基本上不受聲束角度的影響，因此可以有效地檢測(cè)所有方向的缺陷，因此這項(xiàng)技術(shù)的缺陷檢測(cè)率很高。（4）TOFD檢查系統(tǒng)配備有半自動(dòng)或自動(dòng)掃描設(shè)備，可以確定探頭和缺陷的位置，并通過處理將信號(hào)轉(zhuǎn)換為TOFD圖像。圖像信息比A型顯示大。A型顯示只能顯示一個(gè)A掃描信號(hào)，而TOFD圖像顯示能夠顯示大量的信號(hào)用于焊接檢測(cè)。

3 TOFD測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

無損檢測(cè)技術(shù)包括滲透檢測(cè)，磁粉檢測(cè)，射線照相檢測(cè)與常規(guī)超聲檢測(cè)。磁粉和滲透探傷只能檢測(cè)靠近表面的缺陷，而不能檢測(cè)埋在焊縫中的缺陷。射線照相檢查可以通過底片直接反映缺陷的特征與形狀，但是厚壁部件需要較高的管電壓并且容易受到輻射。使用效率低下，條件惡劣。特別地，由于束角的影響，對(duì)一些未融合的缺陷的錯(cuò)誤檢測(cè)率很高，因此不能滿足對(duì)厚壁大部件的焊縫的檢測(cè)。常規(guī)的超聲波測(cè)試適用于掩埋缺陷，但是缺陷位置的量化是基于缺陷反射波幅度的。對(duì)于壁厚較大的零件，缺陷波幅度不可避免地降低[3]。

TOFD檢查技術(shù)用于發(fā)現(xiàn)和量化壁厚較大的零件，尤其是缺陷本身的高度和高度較高的零件。它用于準(zhǔn)確地衡量工作效率的特征。因此廣泛的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大型壓力容器制造的質(zhì)量檢驗(yàn)，高效的嫌少了壓力容器的制造成本，而且提升了中國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)水平。但是，TOFD檢測(cè)技術(shù)也有一定的局限性：TOFD檢測(cè)技術(shù)存在上下表面盲點(diǎn)的問題。在檢查期間，應(yīng)增加磁粉檢查或滲透檢查，并在地面缺陷上增加常規(guī)的超聲波檢查，以有效地檢測(cè)盲點(diǎn)缺陷。隨著我國(guó)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些研究隊(duì)伍通過實(shí)驗(yàn)有效的減少了TOFD檢測(cè)技術(shù)的表面盲點(diǎn)問題，我們堅(jiān)信TOFD檢測(cè)技術(shù)的表面盲點(diǎn)問題必將得到良好的解決。

4 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，在無損檢測(cè)領(lǐng)域中隨著TOFD技術(shù)的推廣，該技術(shù)將在中國(guó)焊接的無損檢測(cè)運(yùn)用中得到更多的應(yīng)用。