TOFD检测中典型缺陷定性图谱分析

　　为了在水电站设备制造、安装的无损检测中应用TOFD(衍射时差法),逐渐替代传统的RT无损检测,我局于2007年初引进购置了一台以色列制造的ISONIC2006超声波检测系统,笔者运用该设备在广东惠洲抽水蓄能电站和云南澜沧江小湾水电站,对水轮机蜗壳、引水压力钢管以及焊接工艺试件进行了大量的现场检测,并对检测结果进行了分析和总结,在典型缺陷图谱方面取得了一些有益的经验。

　　1　技术原理

　　TOFD技术原理如图1。

　　TOFD技术,是在不连续缺陷的尖端产生波型的转换,并产生衍射波。这个衍射波覆盖了较大的角度范围,从衍射波就可以检测出该范围内所存在的缺陷。最先到达接收探头的声波叫侧向波(LW),侧向波是在被检试件内表面传播的波,在没有缺陷的试件中,第二个到达接收探头的声波叫底波(BWE),底波是从试件另一面反射的声波。从图1中可以看到,侧向波和底波具有相反的相位,缺陷的上下端点的衍射波也同样具有相反相位。侧向波与缺陷上端点产生的衍射波的传播时间差与缺陷的位置有关,缺陷上下端点产生的衍射波的传播时间差与缺陷的高度有关,这些特性是缺陷判定的主要依据。因此,关于缺陷高度和缺陷位置的测量,都由接收到的声波信号的传播时间决定,与信号的波幅无关。

　　2　检测方案

　　使用设备为以色列ISONIC2006型,该设备具有A,B,C,P扫描,TOFD衍射成像系统。因工作现场条件因素在检测过程中主要针对以下板厚:18 mm,26 mm,44 mm。焊缝类别:手工焊和自动焊均有,坡口类型为对称X型。

　　2.1　探头角度的选择

　　无论是厚板或者薄板工件,合理的选择探头可以得到优良的检出率。探头角度的选择要使声束对准被检区域,使盲区尽量减少。探头角度过大,频率太低时,会引起侧向波强度增大,使近表面缺陷难以识别。TOFD检测并不要求精测声束角度。偏离标准值±5°不会明显影响检测结果。现据实际情况笔者选择探头为:频率为5 MHz,晶片尺寸为6 mm,楔块为60°。

　　2.2　探头间距设定

　　理论上,TOFD最大衍射效率所包含的角度大约是120°。实际设定时,应使声束对准试件厚度2/3的部位,声束夹角此时大约为110°。必要时,还应考虑其他因素作适当修正,以适应检测要求。如果单次扫查不能完全覆盖被检区域,可以改变探头间距或改变探头角度来进行扫查。

　　3　图谱分析

　　在实际拼板对接焊缝检测中,主要存在以下缺陷:裂纹,未焊透,未熔合,气孔,夹渣等。

　　3.1　气孔

　　从检测结果发现,TOFD法对单个气孔的定性非常准确。缺陷显示图像非常直观,可以比较容易地判断其性质。在TOFD显示图上,单个气孔的信号图像的尾部各自向两边下坠呈弧线型,气孔信号图边缘的清晰度向两侧逐渐下降,A扫波形中相位变化不明显,底波侧向波没有明显变化,见图2中②。缺陷自身衍射波相位反转不明显,且下端衍射波波幅比上端衍射波波幅小。密集气孔呈现一系列幅度各异的弧线,如果气孔靠得很近时,TOFD信号图像会出现层叠现象,很难区分几个气孔之间的边界,A扫波形中杂乱无章。