超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用研究.doc

超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用研究 [摘 要] 本文介绍了超声TOFD法的检测原理及应用状况。超声TOFD(时间渡越衍射法)检测技术具有检测速度快，定量精度高，定位准确和可确定缺陷尺寸等优点，是其它检测方法无法比拟的，已开始广泛应用于焊缝和压力容器等特种设备的检测。 [关键词] 声波衍射时差法；射线检测；精确测量；缺陷尖端；探头 [pick to] this paper introduces the method of ultrasonic TOFD the detection principle and application conditions. Ultrasound TOFD (time over the diffraction method) detection technology has the detection speed, quantitative high precision, accurate positioning and defect size can determine etc, and is other detection method of the incomparable, has started to widely used in weld and pressure containers of special equipment detection. [key words] sound waves diffraction method of time difference; The X-ray testing; Accurate measurement; Defect tip; probe 中图分类号：R445.1文献标识码：A 文章编号： 0 引言 衍射时差法(TOFD)是一种新型超声无损检测方法。利用声波传播时间进行缺陷定量的准确性优于传统超声回波幅度法，因而得到许多无损检测研究人员的关注，投入了大量的研究力量，从而发展了各种检测方法，如表面波法，尖端衍射法，超声衍射时差法（TOFD）等，其中TOFD 法以检测速度快，能够很好的消除检测信号中的电噪声，对缺陷尺寸定量准确而获得越来越多的应用。TOFD主要根据缺陷端部产生的衍射信号之间的时间差对缺陷进行定位和定量。由于其具有检测速度快、定量精度高、定位准确和可确定缺陷尺寸等优点,广泛应用于石油、天然气和石油化工等工业领域焊缝检测。随着对该技术理解的深化，该技术以其检测的快速性和尺寸测量的可靠性必将得到更加广泛的应用。 1. TOFD方法的原理概要 当超声波入射到裂纹状缺陷上时，声波的能量以以下方式存在：一是以反射波的形式存在，声波遵循反射定律；其次是以透射波的形式存在，与入射声波的传播方向相同，此外，声波在缺陷的两个尖端产生衍射现象，以裂纹尖端为中心向四周辐射能量。以上三种形式的能量中，一般来说反射波的能量最强，传统超声检测时利用的正是反射波的能量，并以探头接收到的能量的多少、即回波幅度的高低来评价缺陷的大小。当某类（平面状缺陷）缺陷取向不良时，单个探头将无法接收到反射波，只能增加探头从其他方向接收声波，而且平面状缺陷越大，这种影响越大。对于缺陷尖端产生的衍射波，由于其能量远远低于反射回波的能量，在回波幅度定量法中一般很少利用，但由于衍射波向西周传播，没有明显的指向性，声波更易于接收，而且其传播时间中包含着丰富的空间位置信息，因此可以利用衍射波来对缺陷进行检测和定量。 1.1 超声TOFD法检测的优点及局限性 TOFD法检测的优点有以下几点：（1）与脉冲反射法相比，TOFD 法对缺陷的检测与定量不依赖于缺陷的取向；（2）与射线检测相比，可以检测和定量不垂直于检测面的平面状缺陷；（3）可精确测量缺陷的大小，适合于监测已知缺陷的扩展或变化；（4）具有更高的缺陷检出率；（5）与射线检测相比，检测效率高、成本低、安全。 缺点有如下几点：（1）缺陷尖端衍射信号波幅低，通常与材料晶界的散射信号交织在一起，导致衍射信号的识别困难，使定量误差加大，甚至无法进行。（2）靠近工件上下表面有检测盲区，工件上下表面小的疲劳裂纹检测效果差。而压力容器或管道等在役焊缝内外壁的裂纹是影响使用的危险缺陷，需要用常规方法进行补充检测。（3）检测时需要从焊缝两侧进行，需要精密的扫查装置，不如单探头法灵活。（4）工件检测厚度有限制，由于TOFD 法检测时盲区不可避免，使得该方法检测的厚度一般要大于10mm。（5）无法有效检测与定量与检测面平行的缺陷，对横向缺陷（与扫查方向垂直的缺陷）检测效果差。 2 TOFD检测探头的选择 超声TOFD 检测是通过测量衍射信号与参考信号的时