焊接接头中偏心缺陷的TOFD检测

　　超声波衍射时差法(TOFD)检测技术是基于“被检缺陷位于探头连线中心线上”的假设基础上。因此在进行对接焊缝TOFD纵向扫查(探头移动方向与焊缝走向平行)时,要求将探头连接线的中心线与焊缝中心线重合。但在实际检测过程中,被检缺陷往往不在探头连线的中心线上,从而导致检测误差,甚至漏检的可能。针对这一问题,笔者讨论了被检缺陷不在探头连接中心线上的情况,并着重利用有代表性的试验作了分析研究,以期对今后的实际工作有一定指导作用。

　　1　一般TOFD检测工艺存在的问题

　　如图1所示,一般TOFD检测工艺是基于所有缺陷只出现在焊缝中心线上的假设基础上的,从而

　　只保证了TOFD检测声场在厚度方向的全部覆盖,而未能保证焊缝宽度覆盖。导致可能会漏检部分缺陷。漏检的缺陷主要位于底面偏离焊缝中心的焊趾部位。如果充分考虑缺陷可能出现在偏离焊缝中心的情况,应采用如图2所示的工艺布置,以保证在焊缝厚度和宽度上均能被TOFD声场覆盖。

　　2　TOFD检测声场

　　为说明TOFD声场覆盖特点,先根据不同深度,将焊缝沿厚度方向大致分为近表面区、中部区和底面区。近表面区一般为自检测面起向下约6 mm,底面区为自工件底面起向上约6 mm,近表面区与底面区之间为中间区。

　　2.1　TOFD检测探头对声场覆盖的影响

　　探头覆盖范围主要取决于探头入射波束在钢中的扩散角度和聚焦深度(入射纵波在钢中交点的深度)。波束扩散角度取决于三个条件:①探头的频率,频率越低扩散角度范围越大,反之越小。②晶片尺寸,晶片尺寸越小扩散角度越大,反之越小。

　　③楔块角度(即钢中的入射角),楔块角度越大扩散角度范围越大,反之越小。聚焦深度取决于两个条件:①楔块角度(即钢中的入射角),楔块角度越大聚焦深度越大,反之越小。②两探头中心间距(PCS),PCS越大,聚焦深度越大,反之越小。图3为两个频率为3.5 MHz、PCS=100 mm、直径为15 mm的探头所发出TOFD检测声场覆盖图,图中虚线表示45°~80°区域范围[1]。

　　2.2　TOFD检测范围对声场覆盖的影响

　　(1)近表面区　图3可见,TOFD检测声场分布上宽下窄,此外入射的纵波会产生直通波,沿工件近表面传播,因此近表面区声场覆盖范围最好。但是由于近表面的时间压缩较强烈,会导致分辨率降低,部分缺陷波还会隐藏在直通波中难以识别,形成近表面盲区。

　　(2)中间区　该区间内的声场能量较其它区间强,分辨率较好。缺陷如果出现在该区间,会获得较高的幅值。

　　(3)底面区　由于TOFD检测声场分布下半部分变窄,所以该区段的声场宽度覆盖范围较其它两区间最差。偏心缺陷如果出现在该区间,偏心距离超出声场覆盖范围,就会造成缺陷漏检。