超声TOFD原理和方法要领

　　自20世纪90年代起,超声衍射时差(TOFD)法在国外工业无损检测领域已得到广泛应用,欧、美、日均已推出相应的应用标准。近两年来,国内也在积极推广,自制便携式装置如小荷露尖。下面对该新技术的基本原理、探头典型布置和检测系统关键性要求,以及检测工艺的实施要领作一简介。

　　TOFD技术最早是1972年由英国哈威尔无损检测中心Dr. Silk M G提出的[1]。20年后英标准BS 7706问世[2],1996年起美ASME将其列入规范案例2235[3]和第Ⅴ卷《无损检测》附录[4],2000年欧、日分别推出专用标准[5]。最近,TOFD还与相控阵技术结合一起,相辅相成,用于不同壁厚的承压设备焊接接头的制造和在用检测[6-8]。

　　1　TOFD法使用特点和注意点

　　超声TOFD法可用于材料探伤、缺陷定位和定量。但与常规超声技术不同,TOFD法不用脉冲回波幅度对缺陷大小作定量测定,而是靠脉冲传播时间来定量。

　　TOFD法使用一对同尺寸、同频率和同角度的纵波斜探头,按一定间距置于被检焊缝两侧,借助于D型扫查(图1)进行探伤和定量;也可借助于B型扫查(图2)进行定量。

　　如果检测任务要求快速、可靠并精确定量,TOFD法自有独到长处。它可适用于一般比较规则的几何形状。可用于承压设备各种厚度的平板或各种直径的筒体或管子对接接头的探伤和定量。但对某些复杂的几何形状,如管座角焊缝和三通类分支焊缝等,还需借助于特殊的工装工艺,才能完成检测和定量。

　　TOFD法中使用的回波幅度只涉及三方面:①要使探测的缺陷所产生的脉冲与某种噪声(如超声晶粒散射)区别开来,要验证已知或实测的脉冲变化与超声传播距离和位置的相关性,或界定具体测量值的有效性,仍可借助于波幅法。②需根据面状缺陷上下端的回波幅度,为缺陷表征提供重要线索。③需根据人工缺陷产生的脉冲幅度,来验证系统校正在一次或多次测量中并未发生变化

　　2　重要术语

　　(1) D扫描(D2scan)　探头对沿焊缝(或缺陷)长度方向作垂直于声束方向移动时,由采集数据显示出焊缝或缺陷纵断面图形。D扫描是TOFD法缺陷检测阶段的主要显示型式。又称纵向扫描或非平行扫描。

　　(2) B扫描(B2scan)　探头对沿声束平行方向作横切焊缝或缺陷横断面的移动时,由采集数据显示出焊缝或缺陷横断面图形。B扫描是在缺陷检测后,对缺陷作精确定位、定量之用。又称横向扫描或平行扫描。

　　(3)直通波(Lateral Wave)　探测面为平面或凸面时,两TOFD探头间直接传播的声波(纵波)。

　　(4)爬波(Creeping Wave)　探测面为平面或凹面时,两TOFD探头间直接传播的声波(纵波)。