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技術(shù)文章
TOFD技術(shù)簡(jiǎn)介
點(diǎn)擊次數(shù)：2525 發(fā)布時(shí)間：2010-12-12
TOFD檢測(cè)原理：
TOFD是一種超聲衍射時(shí)間差法的無(wú)損檢測(cè)方法：
超聲TOFD方法是采用一對(duì)頻率、尺寸、角度相同的縱波探頭進(jìn)行探傷；一個(gè)作為發(fā)射探頭，另一個(gè)作為接收探頭，兩探頭相對(duì)位置在焊縫兩側(cè)且探頭中心在同一直線上，發(fā)射探頭發(fā)射橫向縱波，在無(wú)缺陷部位接收探頭首先按收到直通波，這種波在兩個(gè)探頭間以縱波速度進(jìn)行傳播，然后接收到反射回波（back wave）。
如果在工件中存在裂紋缺陷，則在缺陷的兩端除普通的反射波外，在缺陷的上下端點(diǎn)，還將分別產(chǎn)生衍射波，其衍射能量耒源于缺陷端部。
這兩束衍射波號(hào)在直通波與底面反射波之間出現(xiàn)。缺陷兩端點(diǎn)的信號(hào)在時(shí)間上將是可分辨的，根據(jù)衍射波信號(hào)傳播的時(shí)間差可判定缺陷高度的量值。
超聲TOFD方法是采用一對(duì)頻率、尺寸、角度相同的縱波探頭進(jìn)行探傷；一個(gè)作為發(fā)射探頭，另一個(gè)作為接收探頭，兩探頭相對(duì)位置在焊縫兩側(cè)且探頭中心在同一直線上，發(fā)射探頭發(fā)射橫向縱波，在無(wú)缺陷部位接收探頭首先按收到直通波，這種波在兩個(gè)探頭間以縱波速度進(jìn)行傳播，然后接收到反射回波（back wave）。
如果在工件中存在裂紋缺陷，則在缺陷的兩端除普通的反射波外，在缺陷的上下端點(diǎn)，還將分別產(chǎn)生衍射波，其衍射能量耒源于缺陷端部。
這兩束衍射波號(hào)在直通波與底面反射波之間出現(xiàn)。缺陷兩端點(diǎn)的信號(hào)在時(shí)間上將是可分辨的，根據(jù)衍射波信號(hào)傳播的時(shí)間差可判定缺陷高度的量值。
TOFD （Time Of Flight Diffraction）:
1）T O F D 介紹
壓力容器制造中采用的無(wú)損檢測(cè)方法為JB/T4730.1~6—2005；其方法有RT、UT、HT、PT和ET。
按國(guó)質(zhì)檢特函（2007）402號(hào)文（2007.6.7實(shí)施）規(guī)定，還可以采用TOFD方法檢測(cè)焊接接頭的質(zhì)量。其特點(diǎn)與方法介紹如下：
2）特點(diǎn)：
它是一種超聲波衍射時(shí)間差無(wú)損檢測(cè)缺陷的方法，其原理與常用的脈沖回波超聲檢測(cè)方法的重要不同點(diǎn)：①缺陷衍射紋號(hào)與缺陷角度無(wú)關(guān)；②缺陷定位定量的誤差與紋號(hào)幅度無(wú)關(guān)。其性能*、成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境安全，發(fā)展前景。我國(guó)已確認(rèn)其為特種設(shè)備的缺陷評(píng)價(jià)檢測(cè)方法。
3）與常規(guī)脈沖器超聲波檢測(cè)的區(qū)別：
TOFD檢測(cè)原理相對(duì)于常規(guī)脈沖器超聲波檢測(cè)方法兩個(gè)重要不同點(diǎn)：
①陷衍射信號(hào)與缺陷角度無(wú)關(guān)；
②定位、定量的誤差與信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。
這也是TOFD技術(shù)得以快速發(fā)展的原因
4）采用TOFD對(duì)薄壁堆焊層裂紋缺陷的檢測(cè)：
堆焊層缺陷通常有：
①表面缺陷包括裂紋、氣孔和夾渣等；
②堆焊層內(nèi)的缺陷，一般為夾渣和未融合；
③堆焊層與母材未結(jié)合；
④堆焊層下母材熱影響區(qū)再熱裂縫（紋），趨向基本垂直于母材表面；當(dāng)厚度δ＜5mm堆焊層時(shí)，靈敏度極低。
5）超聲TOFD是利用一對(duì)頻率、尺寸相同的縱波探頭進(jìn)行探傷，一個(gè)是發(fā)射探頭，一個(gè)是接收探頭。
6）計(jì)算機(jī)應(yīng)用
TOFD檢測(cè)系統(tǒng)是以windows XP為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，LabVIEW為基礎(chǔ)完成超聲二次開(kāi)發(fā)；使采集卡與個(gè)人PC機(jī)相結(jié)合，完成檢測(cè)信號(hào)采集、存儲(chǔ)、圖像顯示等工作。
當(dāng)今新型裂紋檢測(cè)技術(shù)----TOFD超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊接中裂紋類缺陷的檢出效果比較明顯，是其他檢測(cè)方法*的。
7）裂紋的高度計(jì)算
裂紋的高度的檢測(cè)，通常是測(cè)定沿工件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úê腿毕荻瞬慨a(chǎn)生的衍射波的傳播時(shí)間差△t實(shí)現(xiàn)的。只要知道工件的縱波聲速V和2個(gè)探頭間距2S，則缺陷上下端埋藏深度由下式求出：
d=1/2[△t2 v2+4△tvs]1/2
式中：v——縱波聲速
△t——直通波與衍射波之間的傳播時(shí)間差；
s——1/2的探頭間距。
由缺陷上下端埋藏深度即可求得缺陷在板厚方向的高：H=d1- d2
式中：H——裂紋高度；
d1——裂紋上端點(diǎn)距上表面的距離；
d2——裂紋下端點(diǎn)距上表面的距離；
8）關(guān)于模擬試塊的制備
利用電火花、線切割加工不同尺寸的人工線狀裂紋模擬母材下再熱裂紋缺陷。試塊母材為普通碳鋼，堆焊層為合金鋼，尺寸為270mm×30mm×40mm，在試塊堆焊層側(cè)等間距加工了八個(gè)不等高度、寬度為0.2mm的人工裂紋。裂紋缺陷從左至右編號(hào)依次為1～8，模擬缺陷的高度及位置尺寸詳見(jiàn)下表：
表1 模擬裂紋幾何尺寸
模擬裂紋編號(hào) 實(shí)際高度mm 上端埋深mm 下端埋深mm
1 6 2 8
2 4 2 6
3 6 4 10
4 4 4 8
5 2 3 8
6 3 3 6
7 5 4 9
8 1 4 7
壓力容器制造中采用的無(wú)損檢測(cè)方法為JB/T4730.1~6—2005；其方法有RT、UT、HT、PT和ET。
按國(guó)質(zhì)檢特函（2007）402號(hào)文（2007.6.7實(shí)施）規(guī)定，還可以采用TOFD方法檢測(cè)焊接接頭的質(zhì)量。其特點(diǎn)與方法介紹如下：
2）特點(diǎn)：
它是一種超聲波衍射時(shí)間差無(wú)損檢測(cè)缺陷的方法，其原理與常用的脈沖回波超聲檢測(cè)方法的重要不同點(diǎn)：①缺陷衍射紋號(hào)與缺陷角度無(wú)關(guān)；②缺陷定位定量的誤差與紋號(hào)幅度無(wú)關(guān)。其性能*、成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境安全，發(fā)展前景。我國(guó)已確認(rèn)其為特種設(shè)備的缺陷評(píng)價(jià)檢測(cè)方法。
3）與常規(guī)脈沖器超聲波檢測(cè)的區(qū)別：
TOFD檢測(cè)原理相對(duì)于常規(guī)脈沖器超聲波檢測(cè)方法兩個(gè)重要不同點(diǎn)：
①陷衍射信號(hào)與缺陷角度無(wú)關(guān)；
②定位、定量的誤差與信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。
這也是TOFD技術(shù)得以快速發(fā)展的原因
4）采用TOFD對(duì)薄壁堆焊層裂紋缺陷的檢測(cè)：
堆焊層缺陷通常有：
①表面缺陷包括裂紋、氣孔和夾渣等；
②堆焊層內(nèi)的缺陷，一般為夾渣和未融合；
③堆焊層與母材未結(jié)合；
④堆焊層下母材熱影響區(qū)再熱裂縫（紋），趨向基本垂直于母材表面；當(dāng)厚度δ＜5mm堆焊層時(shí)，靈敏度極低。
5）超聲TOFD是利用一對(duì)頻率、尺寸相同的縱波探頭進(jìn)行探傷，一個(gè)是發(fā)射探頭，一個(gè)是接收探頭。
6）計(jì)算機(jī)應(yīng)用
TOFD檢測(cè)系統(tǒng)是以windows XP為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，LabVIEW為基礎(chǔ)完成超聲二次開(kāi)發(fā)；使采集卡與個(gè)人PC機(jī)相結(jié)合，完成檢測(cè)信號(hào)采集、存儲(chǔ)、圖像顯示等工作。
當(dāng)今新型裂紋檢測(cè)技術(shù)----TOFD超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊接中裂紋類缺陷的檢出效果比較明顯，是其他檢測(cè)方法*的。
7）裂紋的高度計(jì)算
裂紋的高度的檢測(cè)，通常是測(cè)定沿工件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úê腿毕荻瞬慨a(chǎn)生的衍射波的傳播時(shí)間差△t實(shí)現(xiàn)的。只要知道工件的縱波聲速V和2個(gè)探頭間距2S，則缺陷上下端埋藏深度由下式求出：
d=1/2[△t2 v2+4△tvs]1/2
式中：v——縱波聲速
△t——直通波與衍射波之間的傳播時(shí)間差；
s——1/2的探頭間距。
由缺陷上下端埋藏深度即可求得缺陷在板厚方向的高：H=d1- d2
式中：H——裂紋高度；
d1——裂紋上端點(diǎn)距上表面的距離；
d2——裂紋下端點(diǎn)距上表面的距離；
8）關(guān)于模擬試塊的制備
利用電火花、線切割加工不同尺寸的人工線狀裂紋模擬母材下再熱裂紋缺陷。試塊母材為普通碳鋼，堆焊層為合金鋼，尺寸為270mm×30mm×40mm，在試塊堆焊層側(cè)等間距加工了八個(gè)不等高度、寬度為0.2mm的人工裂紋。裂紋缺陷從左至右編號(hào)依次為1～8，模擬缺陷的高度及位置尺寸詳見(jiàn)下表：
表1 模擬裂紋幾何尺寸
模擬裂紋編號(hào) 實(shí)際高度mm 上端埋深mm 下端埋深mm
1 6 2 8
2 4 2 6
3 6 4 10
4 4 4 8
5 2 3 8
6 3 3 6
7 5 4 9
8 1 4 7
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