裴延?xùn)|，謝高偉， 馬昌全，楊興斌，孫文琦

(1.鄭州國(guó)電機(jī)械設(shè)計(jì)研究所有限公司，鄭州 450046；2.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450046；3.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710043)

TOFD(超聲波衍射時(shí)差法)檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)成本低、檢出率高、檢測(cè)結(jié)果直觀、檢測(cè)結(jié)果可永久保存、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于厚壁壓力容器以及大厚壁承壓設(shè)備的無損檢測(cè)中[1]。與傳統(tǒng)射線檢測(cè)(RT)、超聲檢測(cè)(UT)技術(shù)相比，TOFD檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)厚度范圍大、檢測(cè)靈敏度高、裂紋類缺陷敏感性強(qiáng)、缺陷高度定量精度高等優(yōu)勢(shì)[2-5]。

厚度分區(qū)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采用對(duì)比試塊設(shè)置各通道檢測(cè)靈敏度，此時(shí)增益的回波主要來自于試塊人工反射體上、下尖端的信號(hào)，衍射信號(hào)的幅值與缺陷大小、檢測(cè)精度關(guān)系不大[6]。衍射信號(hào)主要是波在傳輸過程中遇到不連續(xù)，波前的一部分被阻擋或衰減產(chǎn)生的。平底孔的不連續(xù)對(duì)此效應(yīng)的反應(yīng)并不明顯，因此平底孔人工缺陷不很適用于TOFD檢測(cè)的波幅校準(zhǔn)[6-7]，TOFD對(duì)比試塊不宜采用平底孔人工缺陷制作。

單參數(shù)TOFD檢測(cè)無法對(duì)厚壁容器進(jìn)行完全有效覆蓋，因此應(yīng)采用分層檢測(cè)法以避免漏檢[8],該方法也是目前厚板TOFD檢測(cè)的主流技術(shù)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)厚度大于50 mm的工件時(shí)應(yīng)在厚度方向上采取分區(qū)檢測(cè)。NB/T 47013.10-2015標(biāo)準(zhǔn)提出了TOFD-A～TOFD-E對(duì)比試塊，其參數(shù)如表1所示。標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)前應(yīng)在對(duì)比試塊上對(duì)A掃時(shí)間窗口的覆蓋性、合理性、深度校準(zhǔn)以及掃查靈敏度進(jìn)行驗(yàn)證或校準(zhǔn)。

表1 TOFD-A～TOFD-E試塊參數(shù)

由表1可知，隨著檢測(cè)產(chǎn)品厚度的增加，相應(yīng)的對(duì)比試塊重量明顯變大，內(nèi)部人工側(cè)孔反射體數(shù)量也隨之增加。

為此筆者特意設(shè)計(jì)、加工了適用于TOFD檢測(cè)的“連續(xù)尖角人工缺陷”對(duì)比試塊，并驗(yàn)證其有效性。

1 TOFD 檢測(cè)試塊使用現(xiàn)狀

近年來，大型電站建設(shè)中所用壁厚為50～200 mm的工件越來越多，同樣壁厚大于100 mm且服役于高溫、高壓環(huán)境的反應(yīng)容器越來越多，其壁厚最厚已達(dá)350 mm。筆者在電站第三方金屬監(jiān)督的工作中發(fā)現(xiàn)，在設(shè)置TOFD檢測(cè)工藝中A掃描時(shí)間范圍、相鄰聲束區(qū)覆蓋值、深度范圍內(nèi)-12 dB聲束覆蓋有效性、分區(qū)通道靈敏度等參數(shù)時(shí)，大多數(shù)施工單位主要依靠計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，究其原因是TOFD檢測(cè)對(duì)比試塊配備不齊全，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)沒有理解到位，這些均會(huì)直接影響檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

筆者以TOFD-C試塊為例進(jìn)行分析，該試塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。該對(duì)比試塊適用于厚度為12～100 mm的工件。觀察試塊結(jié)構(gòu)，該試塊內(nèi)部側(cè)孔人工反射體距上表面高度分別為4，8，12，25，40，60，80 mm，側(cè)孔人工反射體長(zhǎng)度分別為30，45，60 mm，側(cè)孔直徑分別為2，3，4，5 mm。

圖1 TOFD-C試塊結(jié)構(gòu)示意

以水電站常見的厚度t為66 mm的工件為例，按照NB/T47013.10-2015標(biāo)準(zhǔn)將該試件分成2個(gè)深度范圍進(jìn)行分區(qū)檢測(cè)，上層厚度為26.4 mm(2t/5)，下層厚度為39.6 mm(3t/5)。檢測(cè)設(shè)備均采用頻率為5 MHz,晶片直徑為6 mm，楔塊延遲為5.45 μs的60°探頭對(duì)，經(jīng)測(cè)試該探頭對(duì)-12 dB聲束上邊界角為85°，下邊界角為40°。該掃查參數(shù)對(duì)應(yīng)的有效聲束覆蓋范圍如圖2所示(圖中Δh為一區(qū)深度的25%)，66 mm工件在TOFD-C對(duì)比試塊上的驗(yàn)證結(jié)果如表2所示。

圖2 掃查參數(shù)對(duì)應(yīng)的有效聲束覆蓋范圍示意

表2 66 mm工件在TOFD-C對(duì)比試塊上的驗(yàn)證結(jié)果

檢測(cè)靈敏度可以采用對(duì)比試塊上對(duì)應(yīng)檢測(cè)深度范圍內(nèi)側(cè)孔衍射信號(hào)的波高來確定；在對(duì)比試塊上以設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后分析圖譜中和對(duì)比試塊中側(cè)孔深度、高度的差異，可簡(jiǎn)單判斷系統(tǒng)的檢測(cè)誤差。

計(jì)算得到分區(qū)A掃時(shí)間參數(shù)后，對(duì)應(yīng)深度范圍內(nèi)的A掃波幅是否滿足標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.10-2015規(guī)定(探頭聲束所在檢測(cè)深度范圍內(nèi)相對(duì)聲束軸線處的聲壓下降差值小于12 dB)，通過TOFD-C對(duì)比試塊是很難對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證的。表2中深度覆蓋情況無法驗(yàn)證是因?yàn)門OFD-C對(duì)比試塊上沒有深度為26.4，19.8 mm的孔。若存在PCS(探頭中心距離)調(diào)節(jié)誤差、時(shí)間參數(shù)計(jì)算錯(cuò)誤、耦合情況變化等情況，可能會(huì)使A掃時(shí)間范圍發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致時(shí)間范圍與檢測(cè)深度不一致。如果時(shí)間窗口過小則可能造成漏檢，時(shí)間窗口過大會(huì)使設(shè)備處理數(shù)據(jù)的任務(wù)增大，影響數(shù)據(jù)采集率。

由圖2可知，陰影位置重合區(qū)域在工藝制定時(shí)應(yīng)該為該探頭-12 dB聲束所對(duì)區(qū)域，隨著聲程的變大，信號(hào)會(huì)發(fā)生衰減，分辨力會(huì)降低，深度誤差也會(huì)變大。此時(shí)試塊上固定的聲程測(cè)算擴(kuò)散角有效范圍是否會(huì)發(fā)生變化；聲束有效覆蓋區(qū)域是否能夠滿足向上覆蓋深度Δh(一區(qū)深度的25%)，都無法進(jìn)行有效驗(yàn)證。

在對(duì)厚板產(chǎn)品進(jìn)行TOFD分區(qū)檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)前應(yīng)在試塊上對(duì)A掃描時(shí)間設(shè)置(分區(qū)內(nèi)-12 dB聲束范圍的深度覆蓋、時(shí)間窗口合理性)、深度校準(zhǔn)、靈敏度設(shè)置等進(jìn)行工藝驗(yàn)證，否則會(huì)影響產(chǎn)品的缺陷檢出率及檢測(cè)結(jié)果可靠性。因而制作出一種實(shí)用性強(qiáng)，價(jià)格便宜，便于加工的TOFD檢測(cè)分區(qū)用對(duì)比試塊是很有必要的。

2 連續(xù)尖角人工缺陷TOFD對(duì)比試塊的構(gòu)想

當(dāng)被檢工件內(nèi)部有缺陷時(shí)，探頭接收到的波形依次為直通波、缺陷上尖端衍射波、缺陷下尖端衍射波、底面回波以及橫波信號(hào)或其他波型轉(zhuǎn)換信號(hào)[9]。根據(jù)TOFD檢測(cè)原理分析，TOFD檢測(cè)時(shí)必須準(zhǔn)確測(cè)得衍射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，并將時(shí)間轉(zhuǎn)化為需要的缺陷深度。但是探頭中心距測(cè)量誤差、耦合層厚度、探頭對(duì)楔塊磨損等原因都會(huì)使檢測(cè)深度的誤差[10]，為了減少誤差，就應(yīng)當(dāng)在對(duì)比試塊上進(jìn)行驗(yàn)證。

考慮到衍射時(shí)差法檢測(cè)技術(shù)的原理，制作對(duì)比試塊時(shí)宜采用尖角缺陷。為此筆者設(shè)計(jì)了一種含有尖角缺陷的對(duì)比試塊，該缺陷尖角角度為60°，且該角度的選取可參考NB/T 47013.10-2015標(biāo)準(zhǔn)附錄D(規(guī)范性附錄)[7]，60°尖角缺陷結(jié)構(gòu)如圖3所示(圖中h為尖角缺陷深度;W為尖角缺陷寬度)。

圖3 60°尖角缺陷結(jié)構(gòu)示意

制作含有如圖3所示的尖角槽的對(duì)比試塊時(shí)[7]，對(duì)機(jī)加工要求較高,所以該對(duì)比試塊制作比較困難。為此，筆者采用電火花數(shù)控線切割機(jī)床加工一種連續(xù)尖角人工缺陷TOFD檢測(cè)新型對(duì)比試塊，其結(jié)構(gòu)如圖4所示(圖中h′為人工反射體自身高度；h″為對(duì)比試塊高度)。

圖4 連續(xù)尖角人工缺陷TOFD檢測(cè)新型對(duì)比試塊結(jié)構(gòu)示意

由圖4可知，該對(duì)比試塊內(nèi)部有一個(gè)高度為3 mm的連續(xù)深度菱形尖角槽，該尖角槽上下尖角為60°，該人工反射體沿著試塊長(zhǎng)度方向深度不斷加深。該人工反射體與水平方向存在一個(gè)已知的夾角α，且該夾角應(yīng)在加工試塊前確定。該對(duì)比試塊應(yīng)做到：① 每一個(gè)水平距離x位置下的人工反射體深度h已知；②h″值能覆蓋工件檢測(cè)厚度；③ 夾角α不易過小，宜在30°～45°之間，以控制對(duì)比試塊的合理長(zhǎng)度。

在適用于TOFD技術(shù)的連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊表面標(biāo)上水平刻度，根據(jù)式(1)可以準(zhǔn)確地計(jì)算某一深度h對(duì)應(yīng)的水平位置x。并在試塊上表面將這一對(duì)應(yīng)關(guān)系結(jié)果標(biāo)出，以便于在驗(yàn)證時(shí)準(zhǔn)確得到探頭對(duì)中心位置x處人工反射體距上表面的高度h；可以得到。

(1)

適用于TOFD技術(shù)的連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊外形垂直度和平行度應(yīng)不大于0.05 mm，圖4所示上表面粗糙度不大于1.6 μm，其余面粗糙度不大于3.2 μm。人工反射體自身高度誤差應(yīng)不大于±0.1 mm，人工反射體水平度誤差不大于0.05°。加工所述對(duì)比試塊的其他要求應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8428-2015和JB/T 10063-1999的規(guī)定。連續(xù)尖角人工缺陷TOFD技術(shù)分區(qū)用的對(duì)比試塊主要有以下功能：① 對(duì)A掃時(shí)間窗口覆蓋性及合理性進(jìn)行驗(yàn)證，保證時(shí)間窗口與預(yù)檢厚度一致，并驗(yàn)證所在檢測(cè)深度范圍內(nèi)相對(duì)聲束軸線處的聲壓下降差值；② 對(duì)分區(qū)內(nèi)掃查靈敏度進(jìn)行合理設(shè)置，以保證缺陷不漏檢；③ 對(duì)深度進(jìn)行校準(zhǔn)，保證后續(xù)圖譜中缺陷高度的測(cè)量準(zhǔn)確性。

3 連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊預(yù)期效果

3.1 A掃時(shí)間窗口覆蓋性驗(yàn)證

TOFD檢測(cè)為了保證聲束有效地覆蓋預(yù)定的檢測(cè)深度，就要對(duì)A掃時(shí)間窗口進(jìn)行正確設(shè)置并盡可能在試塊上驗(yàn)證其覆蓋性。

當(dāng)采用單通道檢測(cè)工藝時(shí)，A掃時(shí)間窗口為直通波-底波-變形波，這3個(gè)波形均可以在被檢工件上校準(zhǔn)并確定。當(dāng)采用分區(qū)檢測(cè)時(shí)要求相鄰分區(qū)在深度上能夠互相覆蓋，此時(shí)下區(qū)的時(shí)間窗口內(nèi)應(yīng)包含上區(qū)的檢測(cè)深度。檢測(cè)工藝參數(shù)制定后需對(duì)時(shí)間窗口起始、結(jié)束位置對(duì)應(yīng)的檢測(cè)深度進(jìn)行驗(yàn)證。A掃時(shí)間窗口覆蓋位置如圖5所示。

圖5 A掃時(shí)間窗口覆蓋位置示意

對(duì)分區(qū)檢測(cè)，中間層既沒有直通波也沒有底波顯示，且每一個(gè)區(qū)域的時(shí)間窗口在深度方向必須覆蓋相鄰分區(qū)以避免缺陷漏檢[10]，因此文章僅對(duì)上覆蓋檢測(cè)進(jìn)行討論。由圖5可知，一區(qū)(PCS1)的A掃時(shí)間窗口覆蓋性及合理性為t1～t2，對(duì)應(yīng)檢測(cè)深度為OA，即右圖h1。二區(qū)(PCS2)的A掃時(shí)間窗口覆蓋性及合理性1～2，對(duì)應(yīng)檢測(cè)深度為(包含覆蓋厚度)為B-C，即右圖h2，此時(shí)二區(qū)檢測(cè)范圍包含有一區(qū)檢測(cè)深度B-A。

采用連續(xù)尖角人工缺陷TOFD對(duì)比試塊驗(yàn)證時(shí)，對(duì)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

(1) 一區(qū)設(shè)置。將PCS1掃查架居中放置在A點(diǎn)的水平位置，時(shí)間起始窗口應(yīng)觀察到直通波時(shí)間t1，此時(shí)時(shí)間窗口結(jié)束位置應(yīng)觀察到A點(diǎn)的人工反射體衍射波信號(hào)到達(dá)時(shí)間t2。

(2) 二區(qū)設(shè)置。將PCS2掃查架居中放置在B點(diǎn)的水平位置，此時(shí)在時(shí)間窗口起始位置應(yīng)觀察到B點(diǎn)的衍射波信號(hào)時(shí)間1，在時(shí)間窗口結(jié)束位置應(yīng)觀察到C點(diǎn)的人工反射體(如果只有二區(qū)也可以是底波)衍射波信號(hào)時(shí)間2，以保證A掃時(shí)間窗口覆蓋性符合要求。

3.2 掃查靈敏度的驗(yàn)證

根據(jù)TOFD技術(shù)原理可知,只要有缺陷尖端的存在就會(huì)產(chǎn)生衍射信號(hào)，然而過低的衍射信號(hào)在檢測(cè)圖譜中很容易被忽略，甚至無法觀察到，因此掃查靈敏度(A掃描幅度)直接決定了是否會(huì)造成漏檢。過高的檢測(cè)靈敏度會(huì)造成檢測(cè)圖譜過顯示，不利于圖像觀察分析。因此TOFD檢測(cè)時(shí)必須設(shè)置合適的檢測(cè)靈敏度，這就要求產(chǎn)品檢測(cè)前應(yīng)對(duì)檢測(cè)靈敏度進(jìn)行驗(yàn)證。

一區(qū)檢測(cè)時(shí)可以將直通波波幅設(shè)置為滿屏波高的40%80%來作為掃查靈敏度，也可將圖5中O-A深度范圍內(nèi)對(duì)比試塊產(chǎn)生的最弱衍射信號(hào)波波幅設(shè)置為滿屏高的40%80%來作為掃查靈敏度。二區(qū)檢測(cè)用圖5中B-C深度范圍內(nèi)對(duì)比試塊產(chǎn)生的最弱衍射信號(hào)波波幅設(shè)為滿屏高的40%80%來作為掃查靈敏度。文章第4節(jié)將對(duì)該結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3 深度校準(zhǔn)

TOFD檢測(cè)采用一發(fā)一收模式，通過分析測(cè)量缺陷上尖端與下尖端的衍射波信號(hào)時(shí)間差，來計(jì)算缺陷的高度。當(dāng)檢測(cè)時(shí)間窗口能夠同時(shí)觀察到直通波和底面反射波時(shí)，此時(shí)直通波和底面反射波的時(shí)間間隔所反映的厚度校準(zhǔn)為已知的工件厚度值。然而如果檢測(cè)產(chǎn)品厚度大于50 mm，分區(qū)檢測(cè)時(shí)采用上述方法將失效，應(yīng)當(dāng)采用對(duì)比試塊校準(zhǔn)。

以圖5為例，分區(qū)檢測(cè)深度校準(zhǔn)應(yīng)該對(duì)每個(gè)通道檢測(cè)參數(shù)單獨(dú)校準(zhǔn)，上層分區(qū)即直通波時(shí)間t1與人工缺陷A位置缺陷反射波時(shí)間t2的時(shí)間間隔t，即t=t2-t1，可推出人工缺陷A位置的深度值h1，依此類推下層分區(qū)即為人工缺陷B位置1與底面反射波時(shí)間2的時(shí)間間隔t′，即t′=2-1，可推出人工缺陷A位置到下層的深度值h2，通過TOFD軟件進(jìn)行分析，如果時(shí)間差值與已知人工反射體深度一致，則該設(shè)置下的系統(tǒng)深度參數(shù)可靠。

4 連續(xù)尖角人工缺陷TOFD對(duì)比試塊效果驗(yàn)證

4.1 連續(xù)尖角人工缺陷TOFD對(duì)比試塊深度校準(zhǔn)

筆者采用66 mm厚的WSD690E高強(qiáng)鋼為材料加工了如圖4所示的新型TOFD技術(shù)分區(qū)對(duì)比試塊。檢測(cè)設(shè)備為OmniScan MX2型超聲波探傷儀，上下分區(qū)均采用頻率為5 MHz，晶片直徑為6 mm的探頭對(duì)，設(shè)置楔塊角度為60°，將探頭放置在同一水平面上(即探頭偏移量為0),按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.10-2015進(jìn)行檢測(cè)。在此配置下，采用非平行掃查方式，一區(qū)采用直通波高80%作為掃查靈敏度，二區(qū)采用起始處人工反射體波高80%作為掃查靈敏度，人工缺陷對(duì)比試塊檢測(cè)圖譜如圖6所示，各區(qū)檢測(cè)參數(shù)如表3所示。

表3 厚度為66 mm的工件各區(qū)檢測(cè)參數(shù)

圖6 人工缺陷對(duì)比試塊掃查圖譜

在該圖譜上采用分析軟件對(duì)缺陷進(jìn)行分析，如果分析軟件得到的人工反射體位置、深度與對(duì)比試塊上的數(shù)據(jù)不一致，則應(yīng)對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)聲速、楔塊延遲、編碼器等參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，這也是深度校準(zhǔn)的過程。

4.2 檢測(cè)靈敏度的驗(yàn)證

筆者分別在TOFD-C對(duì)比試塊和連續(xù)尖角人工缺陷TOFD對(duì)比試塊上進(jìn)行TOFD檢測(cè)靈敏度、A掃描時(shí)間窗口校準(zhǔn)，并在含有缺陷的焊縫是進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

被檢工件焊縫厚度為66 mm，采用表3參數(shù)設(shè)置。一區(qū)以直通波高80%作為檢測(cè)靈敏度；將TOFD-C對(duì)比試塊深度為45，60 mm的側(cè)孔產(chǎn)生的最弱衍射信號(hào)波幅設(shè)置為滿屏高的80%作為二區(qū)掃查靈敏度，TOFD-C對(duì)比試塊上校準(zhǔn)后的檢測(cè)圖譜如圖7所示。以新型TOFD對(duì)比試塊厚度范圍(26.466 mm)內(nèi)最弱衍射信號(hào)波幅設(shè)置為滿屏的60%作為二區(qū)掃查靈敏度，連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊上校準(zhǔn)后的檢測(cè)圖譜如圖8所示。將圖7與圖8檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如表4所示。

表4 圖7與圖8的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖7 TOFD-C對(duì)比試塊上校準(zhǔn)后的檢測(cè)圖譜

圖8 連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊上校準(zhǔn)后的檢測(cè)圖譜

對(duì)圖7和圖8二區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出一區(qū)(0～26.4 mm)雖然都是采用直通波進(jìn)行校準(zhǔn)，但是同一缺陷衍射信號(hào)A掃幅值仍然有細(xì)微的區(qū)別，差值為1.8%，這可能與檢測(cè)時(shí)探頭與工件之間耦合層厚度、掃查時(shí)探頭與工件耦合情況等有關(guān)；二區(qū)(26.4～66 mm)采用不同的對(duì)比試塊校準(zhǔn)后進(jìn)行檢測(cè)，同一缺陷衍射信號(hào)A掃幅值差值為6.3%，且連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊上校準(zhǔn)后得到圖譜A掃幅值較高(見表4)。筆者所設(shè)計(jì)新型對(duì)比試塊的人工反射體上尖端最大深度為55 mm，雖然沒有達(dá)到最大深度(即工件厚度)，但從原理上看不會(huì)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生大的影響。

由于一區(qū)采用的檢測(cè)參數(shù)一致，不對(duì)一區(qū)檢測(cè)結(jié)果做重點(diǎn)討論。連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊主要會(huì)對(duì)二區(qū)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，觀察圖7和圖8可以看出該試樣的缺陷均能被有效檢出，可以認(rèn)為缺陷的檢出率是一致的。

4.3 A掃描時(shí)間窗口覆蓋性及合理性驗(yàn)證

按照檢測(cè)工藝設(shè)置的時(shí)間窗口在新型對(duì)比試塊上進(jìn)行掃查，并對(duì)一區(qū)、二區(qū)圖譜進(jìn)行分析，圖譜中的檢測(cè)深度與預(yù)定工藝檢測(cè)深度一致，可以證明該檢測(cè)參數(shù)下A掃時(shí)間窗口覆蓋性較好，滿足檢測(cè)分區(qū)的深度覆蓋。A掃描時(shí)間窗口通常與探頭角度、探頭中心距離以及被測(cè)工件厚度有關(guān)，驗(yàn)證原理如圖9所示。

圖9 TOFD檢測(cè)A掃時(shí)間窗口在新型試塊上的驗(yàn)證原理示意

分析可知，采用連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊進(jìn)行工藝驗(yàn)證能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求，除了可以進(jìn)行檢測(cè)深度校準(zhǔn)和檢測(cè)靈敏度設(shè)置外，還可以在分區(qū)檢測(cè)時(shí)對(duì)深度覆蓋(即時(shí)間覆蓋)進(jìn)行驗(yàn)證，且操作較為方便，驗(yàn)證結(jié)果較為直觀。筆者對(duì)新型對(duì)比試塊TOFD檢測(cè)圖譜(見圖10)一區(qū)、二區(qū)人工缺陷的A掃幅值變化情況進(jìn)行分析，觀察是否一、二區(qū)聲速覆蓋深度內(nèi)陷信號(hào)最大值與最小值變化在-12 dB(即波幅降低到滿屏高度的25%)之內(nèi)。

圖10 各區(qū)對(duì)應(yīng)人工缺陷A掃圖譜

各分區(qū)內(nèi)A掃波幅極值參數(shù)如表5所示，可見，一區(qū)人工缺陷A掃幅值最大位置出現(xiàn)在掃查開始位置，幅值為-37%，深度為16. 8mm，雖然一區(qū)掃查深度很大，可是幅值降為-9.25%(下降12 dB)的深度為29.1 mm，可以認(rèn)為一區(qū)的聲束有效覆蓋范圍為0～29.1 mm，超出區(qū)域掃查數(shù)據(jù)無效。同樣適分析二區(qū)圖譜，二區(qū)信號(hào)幅值變化不明顯(下降2.2 dB)，說明該區(qū)域處于當(dāng)前PCS下良好的聲束覆蓋范圍。因此可以對(duì)聲束覆蓋深度內(nèi)的最大波幅與最小波幅下降范圍進(jìn)行驗(yàn)證，準(zhǔn)確測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的-12 dB擴(kuò)散區(qū)域在檢測(cè)工件中對(duì)應(yīng)的上下邊界范圍。

表5 各分區(qū)內(nèi)A掃波幅極值參數(shù)

有文獻(xiàn)指出，如果使用已知反射體的信號(hào)進(jìn)行深度校準(zhǔn)，就可以使這個(gè)測(cè)量誤差大為減小。而該對(duì)比試塊上每個(gè)對(duì)應(yīng)掃查位置的人工反射體深度均已知，且該對(duì)比試塊采用電火花數(shù)控線切割機(jī)床加工而成，加工工藝較為便捷，成本較低，數(shù)控加工精度可控[11]。在保證試塊加工精度的條件下，該人工反射體深度誤差可以控制在0.1 mm以內(nèi)。

由于TOFD掃查的上下表面附近存在盲區(qū)，所以某些缺陷的性質(zhì)難以解釋，還夸大了一些危險(xiǎn)性不大缺陷(如氣孔等)[12]，這就要求檢測(cè)人員應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行TOFD檢測(cè)技術(shù)參數(shù)設(shè)置。檢測(cè)數(shù)據(jù)分析人員應(yīng)具有豐富的分析經(jīng)驗(yàn)，必要時(shí)還可采用常規(guī)UT檢測(cè)、射線檢測(cè)進(jìn)一步補(bǔ)充檢測(cè)。

5 結(jié)論

(1) TOFD檢測(cè)連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊內(nèi)部人工反射體的自身高度在驗(yàn)證中并不是很關(guān)鍵的因素。上尖角特征人工反射體制作的對(duì)比試塊更加有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)人工反射體上端點(diǎn)距工件表面的高度必須精確。

(2) TOFD檢測(cè)連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊在驗(yàn)證過程中可以得到與NB/T47013.10-2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊相同的靈敏度設(shè)置效果。

(3) TOFD檢測(cè)連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊尺寸較小，覆蓋深度范圍大，加工較為方便，價(jià)格較為便宜，適合施工現(xiàn)場(chǎng)。

(4) 使用TOFD檢測(cè)連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊調(diào)整敏度設(shè)置時(shí)，可將深度覆蓋范圍內(nèi)任一深度產(chǎn)生的衍射時(shí)差信號(hào)波調(diào)至滿屏高的60%～80%，以作為該區(qū)的掃查靈敏度。

(5) 利用該方法同樣可以制作曲面對(duì)比試塊。

(6) 該對(duì)比試塊可用于A掃時(shí)間窗口覆蓋性驗(yàn)證、探頭聲束所在檢測(cè)深度范圍內(nèi)相對(duì)聲束軸線處的聲壓下降差的計(jì)算。

(7) 受連續(xù)尖角人工缺陷對(duì)比試塊加工方法的制約，在試塊內(nèi)部人工反射體下方會(huì)有一個(gè)細(xì)小的加工槽，觀察試驗(yàn)圖譜，該槽不影響試塊的使用。