TOFD检测技术基本原理及其应用

　　1 引言

　　随着国内超声衍射时差技术(Time-of-flightdiffraction，简称TOFD)的标准即将出台，TOFD技术在各种焊缝检测中的应用越来越广泛，尤其在大壁厚的压力容器生产制造过程显示出很大的优势。但是TOFD技术在国内应用处于研究阶段，需要检测人员通过实验和应用来不断积累经验，提高检测水平，强化数据分析以及评判能力。下面介绍了TOF的一些基本知识以及实际应用中需要注意的事项。

　　2 TOFD检测原理及特性

　　2.1 TOFD检测原理

　　TOFD技术作为一种较新的超声检测技术，不同于以往的常规超声技术，它利用的是在固体中声速最快的纵波在缺陷端部产生的衍射能量来进行检测。在焊缝两侧，将一对频率、尺寸和角度相同的纵波斜探头相向对称放置，一个作为发射探头，另一个作为接受探头。发射探头发射的纵波从侧面入射被检焊缝断面。在无缺陷部位，接收探头会接收到沿试件表面传播的直通波和底面反射波。而有缺陷存在时，在上述两波之间，接收探头会接收到缺陷上端部和下端部的衍射波信号(如图1 所示)。A扫射频信号用在TOFD上面可以观察各个波形的相位关系，假设直通波相位为正-负-正，那么底面反射波的相位则正好相反为负-正-负，在缺陷上端点处形成的相位与直通波相位相反，为负-正-负，下端点处的相位与直通波相位相同，为正-负-正(如图2所示)。进行数据记录时使用灰度图成像(如图3所示)，因为TOFD衍射信号非常弱，可能在一个独立的A 扫中不容易观察，但是在灰度图B 扫描显示中，他们通常很容易识别，这样可以提高工作效率。

　　2.2 TOFD技术的优缺点

　　TOFD是一项很强大的技术，不但能精确测量缺陷深度，而且适于常规检查。但是TOFD同其它技术一样具有局限性。通常该技术不适应粗糙的带木纹的材料并且直通波的存在妨碍表面扫查的检测可靠性。优点有：有很高的定量精度(绝对的误差是正负一毫米, 而监测的误差是正负零点三毫米);在检测的过程中对缺陷的角度不敏感, 定量是基于衍射信号的时间而不是基于信号的波幅，并且可精确用于测量裂纹的增长速度;检测时占用空间小，搬运方便，无危害性，在产品生产制造过程中可以节约大量成本;检测速度快、检出率高可以节约大量时间;数据可以记录永久保存，以便于以后在役检验进行对比分析。局限性：近表面缺陷可能隐藏在直通波和底面反射波之下，检测近表面时存在一定的盲区并且测量精度也会下降;缺陷信号的波幅不取决于缺陷的大小，容易检出气孔，面状夹渣等，并且容易对这些缺陷的信号进行放大，不利于分析。