焊缝超声TOFD法探伤和定量新技术

超声波衍射时差法（TOFD）在焊缝检测中原理及应用分析超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用分析[摘要] 本文介绍了超声tofd法的检测原理及应用状况。

超声tofd(时间渡越衍射法)检测技术具有检测速度快，定量精度高，定位准确和可确定缺陷尺寸等优点，是其它检测方法无法比拟的，已开始广泛应用于焊缝和压力容器等特种设备的检测。

[关键词] 声波衍射时差法；射线检测；精确测量；缺陷尖端；探头[pick to] this paper introduces the method of ultrasonic tofd the detection principle and application conditions. ultrasound tofd (time over the diffraction method) detection technology has the detection speed, quantitative high precision, accurate positioning and defect size can determine etc, and is other detection method of the incomparable, has started to widely used in weld and pressure containers of special equipment detection.[key words] sound waves diffraction method of time difference; the x-ray testing; accurate measurement; defect tip; probe中图分类号：r445.1文献标识码：a 文章编号：0 引言衍射时差法(tofd)是一种新型超声无损检测方法。

基于超声TOFD法的焊缝缺陷表征研究一、本文概述随着现代工业的发展，焊接技术在各个领域中得到了广泛的应用。

然而，焊缝缺陷的存在往往会对工程结构的安全性和稳定性造成潜在的威胁。

因此，焊缝缺陷的检测和表征成为了保证焊接质量的关键环节。

超声TOFD（Time of Flight Diffraction）法作为一种先进的无损检测技术，具有高精度、高分辨率和高可靠性等优点，在焊缝缺陷检测中发挥着重要的作用。

本文旨在通过基于超声TOFD法的焊缝缺陷表征研究，深入探讨焊缝缺陷的检测原理、方法和技术，并对焊缝缺陷的类型、形貌和尺寸进行准确的表征。

文章首先介绍了超声TOFD法的基本原理和检测原理，详细阐述了超声TOFD法在焊缝缺陷检测中的应用方法和步骤。

接着，通过对不同类型焊缝缺陷的模拟和实验研究，分析了焊缝缺陷对超声TOFD信号的影响规律，并提出了相应的缺陷识别方法和表征技术。

文章总结了超声TOFD法在焊缝缺陷表征中的优势和局限性，并展望了未来的研究方向和应用前景。

本文的研究对于提高焊缝缺陷检测的准确性和可靠性，保证焊接质量，促进工业安全具有重要意义。

也为超声TOFD法在焊缝缺陷表征领域的应用提供了理论基础和实践指导。

二、超声TOFD法焊缝缺陷检测原理及特点超声TOFD（Time of Flight Diffraction）法是一种先进的无损检测技术，专门用于焊缝缺陷的表征。

其基本原理是利用超声波在材料中传播时遇到缺陷产生的衍射信号来检测并定位缺陷。

与传统的超声检测方法相比，TOFD法具有更高的灵敏度和分辨率，能够有效地发现焊缝中的微小缺陷。

在TOFD法中，两个高频超声探头分别放置在焊缝的两侧，发射和接收超声波。

当超声波遇到焊缝中的缺陷时，如未熔合、夹渣、气孔等，部分声波会在缺陷边缘发生衍射，形成衍射波。

这些衍射波被探头接收后，通过信号处理系统分析，可以确定缺陷的位置、大小和类型。

TOFD法的特点之一是能够准确测量缺陷的深度和高度。

超声TOFD法焊缝探伤系统的研究及开发的开题报告一、研究背景焊接技术在制造业中占有非常重要的地位，然而焊接过程可能会引入一些质量问题。

其中，焊缝中的缺陷是最常见的问题之一。

一旦缺陷在使用中引起故障，维修成本极高。

为了避免这种情况的发生，需要对焊缝进行探伤以检查是否存在缺陷。

超声探伤技术是目前广泛使用的一种焊缝探伤技术之一，TOFD是超声探伤技术的一种新型应用方法。

TOFD技术具有不需要标定，高精度，全程覆盖，对缺陷大小和深度敏感等优点。

这使得TOFD技术逐渐成为焊缝探伤领域的研究热点之一。

二、研究内容本研究将利用TOFD技术开发一种高精度的焊缝探伤系统，包括以下内容：1. 分析TOFD技术的基本原理和探伤特性，比较TOFD技术与传统超声探伤技术的优缺点。

2. 研究并分析焊缝探伤中常见的缺陷类型、形状、大小等特征，制定TOFD技术的探伤参数。

3. 设计并开发TOFD焊缝探伤系统，包括超声发射器，接收器和数据处理系统。

4. 验证研发的系统对焊缝探伤的准确性和精度。

5. 最终实现对焊缝中各类缺陷的检测和识别，并发布相关的技术报告。

三、研究意义TOFD技术具有不需要标定，高精度，全程覆盖，对缺陷大小和深度敏感等优点，因此在焊缝探伤领域有着广泛的应用前景。

开发高精度的TOFD焊缝探伤系统，将有助于提高焊缝探伤质量和效率，降低生产成本。

尤其是在制造领域的重要系统中，比如船舶、桥梁、石化设备等领域，TOFD技术的运用将对系统的可靠性和安全性起到至关重要的作用。

四、研究方法本研究将采用以下方法：1. 系统地学习TOFD技术的原理、特点和探伤参数的设定。

2. 分析焊缝中的缺陷，定义设计高精度的TOFD探伤参数。

3. 展开硬件设计与软件开发，研究开发出一个可行的TOFD探伤系统。

4. 利用标准焊样和实际焊接对象进行探伤的对比试验和实验数据处理，验证系统的可靠性和准确性。

5. 最终以实验数据和实际应用的效果为依据编写出相关技术报告并上报到公司或者有关部门。

焊缝超声TO FD法探伤和定量新技术(续)李　衍(无锡华光锅炉有限公司,江苏无锡　214028)中图分类号:T G115.28　文献标识码:A　文章编号:167124423(2003)06205205(上接2003年第5期)6　TO FD数据解析6.1　缺陷初析对TO FD法检出的缺陷应至少描述以下特征:(1)缺陷在试件中的位置(X、Y座标);(2)缺陷长度(△X);(3)缺陷埋藏深度和自身高度(Z、△Z);(4)缺陷类型(表面开口型、底面开口型、埋藏型)。

6.1.1　缺陷的表征为表征缺陷,应确定该缺陷端部产生的衍射波信号相位;●表观相位与侧向波相同的信号,应视为由缺陷下端部产生;●表观相位与底波相同的信号,应视为由缺陷上端部产生,或由无可测高度的缺陷产生。

若信噪比不够,以致信号相位无从检出,则以上识别无效。

(1)表面开口型缺陷:发现缺陷下端部衍射有所减弱的信号(通过耦合损失校正),或侧向波中断时,应视为表面开口型缺陷。

有时可观测到侧向波会朝传播时间稍长的方向移动。

(2)底面开口型缺陷:发现底波朝传播时间较长的方向移动,或底波中断(通过耦合损失校正)时,应视为底面开口型缺陷。

(3)埋藏型缺陷:发现既有上端部衍射又有下端部衍射产生的信号,应视为埋藏型缺陷。

发现只有上端部衍射产生的信号,而无侧向波或底波的相应信号,应视为无高缺陷。

但要注意,由于侧向波或底波信号微弱,也可能将缺陷误判漏检。

有怀疑时,应采取相应动作,或通过多次TO FD扫查(见6.2.1)或用其他方法验证。

需要作进一步表征时,应参照6.2。

对缺陷评定有怀疑时,应保持可能是最差的评定意见,直到验证评定正确为止。

6.1.2　缺陷定位一般说来,要通过双探头同步移动,使缺陷位于两探头之间中间位置的X-Z平面与通过两探头中心线的Y-Z平面的交叉部位,就足够准确(X、Y、Z 座标意义见图6)。

图6　TO FD法定位座标意义 由缺陷产生的信号传播时间也可用于判定缺陷位置。

基于超声TOFD法的钢结构焊缝无损检测技术分析摘要：钢结构焊缝作为焊接结构件中较为常见的一种缺陷，对焊接结构件的使用性能与使用安全具有不利影响。

科学合理的钢结构焊缝检测技术至关重要，及时发现焊接结构缺陷，为提高钢结构的稳定性与牢固性提供保障。

现阶段，我国在钢结构焊缝无损检测方面的研究逐渐成熟。

本文主要分析基于超声TOFD法的钢结构焊缝无损检测技术。

关键词：复杂工程问题超声TOFD法；无损检测；钢结构焊缝引言传统的钢结构焊缝无损检测技术，其焊缝检测结果的精度偏低，面对不同类型的焊缝缺陷时，无法获取准确的焊缝缺陷尺寸，降低了焊接结构的力学性能。

一旦钢结构焊缝没有被及时检测出来，可能导致焊缝缺陷扩大，严重情况下，引发钢结构质量恶化，造成较大的安全事故。

超声TOFD法能够有效改善这一问题，通过测量钢结构缺陷端部动态回波信号的传播时间，确定焊缝缺陷的尺寸信息与位置信息，进而实现焊缝缺陷检测的目标，具有较高的定位检测精度，整体检测环境相对安全稳定，焊缝缺陷检测能力较强。

1、TOFD法的原理和机制TOFD（Time-Of-FlightDiffraction）法是一种基于超声波传播和衍射原理的无损检测技术。

TOFD法利用超声波在材料中传播的特性进行检测。

通过超声波的产生和传播，可以探测到材料中的缺陷或界面。

TOFD法使用两个超声发射器和接收器。

首先，一个发射器发出一个短脉冲的超声波信号，该信号在材料中传播并与缺陷或界面发生相互作用。

然后，另一个接收器记录并接收这些经过散射的超声波信号。

当超声波遇到材料中的缺陷或界面时，会发生散射和衍射现象。

散射是指超声波在缺陷周围反射、散射并改变传播方向，而衍射是指超声波沿着缺陷的边缘传播并弯曲。

TOFD法中使用的关键概念是“双晶点”。

这是指超声波的传播路径，其中一条路径从发射器直接到接收器（直到TOF），另一条路径经过缺陷并通过衍射返回到接收器。

通过测量这两条路径之间的时间差，可以计算出缺陷的位置和尺寸。

超声波衍射时差法(TOFD)检测过程控制要点超声波衍射时差法(TOFD)是采用一发一收探头，利用缺陷端点的衍射波信号探测缺陷和测定缺陷尺寸的一种超声检测技术，其对垂直于探测面缺陷的尺寸测量具有独特的优势，在结构焊缝检测上的应用已经较为成熟。

随着国内标准NB/T 47013.10-2010《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》的颁布，TOFD检测技术在国内得到迅速推广。

TOFD检测不是一个基于幅度响应的超声检测技术，但需要足够的灵敏度以使待检测的缺陷能够被识别。

TOFD检测的一个弱点是检测面和底面附近存在盲区，为了确保声束覆盖检测区域，必须在确定检测工艺时考虑这一因素。

探头选择和探头配置很大程度上决定着TOFD检测技术的整体精度、信噪比和覆盖区域。

进行仪器设置是为了确保足够的系统增益和信噪比，以便发现所关注的衍射信号，确保分辨力可接受、声束能够覆盖所关注的区域以及系统动态范围的有效使用。

TOFD检测过程和现场评审中有以下几点需要重点关注：一、检测区域覆盖根据任务要求的检测区域和检测级别，首先通过选择探头角度、测定探头前沿及声束扩散角来确定探头组合和间距，并根据厚度决定是否需要分区检测。

然后进行上下面盲区的确认，以决定是否需要补充超声横波检测，或偏置非平行扫查。

二、数据采样间距进行TOFD扫查时，沿扫查方向的数据采样间距在各标准中有明确规定。

三、仪器设置和验证1．灵敏度:TOFD检测不是基于幅度对缺陷进行当量评定的检测技术，TOFD检测灵敏度的设置方式也与常规超声不同，不是以人工缺陷的幅度作为基准。

灵敏度的设置只是为了保证信号幅度在一定范围内，并具有较高的信噪比。

通常要求直通波高度为满刻度的40%~90%，或在底波80%的基础上再增益20~32dB，或噪声在满刻度的5%~10%。

有时标准会要求在试块上验证探头指定区域缺陷的检出性。

2．深度校准:TOFD检测中，探头接收的信号到达时间与反射体的深度并不是线性关系，反射体的深度是在假定信号位于两探头中心的正下方的情况下，依据已知的声速和信号与直通波的时间差由软件自动计算得到的。

焊缝检测中超声波衍射时差法（TOFD）的原理及应用作者：张洪飞张钊杨国锋王磊来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第07期摘要：超声波衍射时差法在国外很多行业中已经被广泛应用，特别是在焊缝检测中取得了良好的应用效果。

在我国当前科学技术不断进步和发展的背景下，该技术也逐渐被引入到国内的焊缝检测当中。

该技术在应用时，具有检测效率高、无污染等优势特点，因此，本文针对该技术的基本原理进行分析，并且详细介绍超声波衍射时差法在焊缝检测中的应用，为焊缝检测质量提供有效保障。

关键词：焊缝检测；超声波；衍射时差法1 超声波衍射时差法的基本原理分析超声波衍射时差法在实际应用过程中，大多数情况下，都会直接利用双探头的方式，其中一个探头的作用是为了发射，而另外一个探头的作用则是为了接收。

超声波衍射时差法在应用时的检测原理如图1a所示。

在针对缺陷进行检测时，将超声波衍射时差法科学合理的应用其中，可以直接由发射探头发射出相对应的纵波，将其在缺陷的上下端点处产生出具有大角度范围的衍射波。

在这种状态下，衍射波在经过作用的影响下，其能够直接达到接收探头的位置上，最终形成缺陷上下端有效的衍射波信号。

在该技术的实际应用过程中，一旦被检测件的内部并没有任何缺陷的时候，接收探头只会收到两种波形，其一是直通波，其二则是底面回波。

但是如果在针对被检测件进行检测时，发现其内部存在缺陷问题的时候，那么接收探头就会根据实际情况的不同，收到4种不同类型的波形。

在上述两个波形的基础上，还会包括缺陷上下端处的衍射波，如图1b所示[1]。

在针对焊缝进行检测的时候，将超声波衍射时差法科学合理的应用其中，如果没有意识到纵波在传播过程中有效的波形转换。

那么势必会导致被检测件当中的缺陷问题无法得到妥善处理，同时由于缺陷产生的信号，大多数都会在直通波与底面回波相互之间完成到达。

因此，针对这一现象，在具体应用过程中，直通波和底面回波这两个不同类型的接收波可以被看作是缺陷在检测过程中的一种信号标志。

TOFD技术介绍TOFD技术是一种应用于可视检测及无损检测领域的超声波技术，全称为时序差超声测深技术（Time of Flight Diffraction）。

它可以高精度、高速度地检测和定位各种缺陷类型，如裂纹、孔洞、疤痕等。

TOFD技术的原理是利用短脉冲超声波向材料中发射，并在材料中缺陷处产生扩散波。

其中扩散波的传播时间与缺陷的深度有关，通过测量这些传播时间的差异，可以确定缺陷的存在和位置。

TOFD技术的测量精度高于常规超声波技术，可以实时监控缺陷的变化和生长。

TOFD技术的主要特点之一是其高速度。

通过准确测量扩散波到达不同传感器的时间差，可以快速地确定缺陷的位置和大小，无需扫描探头。

这种实时定位的能力使得TOFD技术在工业生产线上广泛应用，可以大大提高生产效率。

TOFD技术可以用于各种材料的无损检测，包括金属、复合材料、陶瓷等。

它可以应用于许多行业，如航空航天、石油化工、电力等。

在航空领域，TOFD技术广泛用于飞机的结构检测和维护。

在石油化工领域，TOFD技术可用于检测管道和容器的腐蚀和裂纹。

在电力领域，TOFD技术可以用于检测火电站锅炉管道的腐蚀和裂纹。

与传统的超声波技术相比，TOFD技术具有一些独特的优势。

TOFD技术可以提供定量的深度信息，并提供缺陷的长度和高度测量。

通过使用多通道的接收机，TOFD技术还可以提供更高的解析度。

此外，TOFD技术不受材料的吸收和散射的影响，适用于各种复杂的工况。

尽管TOFD技术在无损检测领域具有很大的潜力，但它也存在一些局限性。

首先，TOFD技术对探测头的位置和方向要求非常高，需要准确地调整和定位。

其次，TOFD技术对材料的起伏和表面不平整度较为敏感，可能会导致误差。

此外，TOFD技术在探测大型结构和离探测头较远的区域时可能存在问题。

总之，TOFD技术是一种高灵敏度和高精度的超声波技术，广泛应用于可视检测及无损检测领域。

它可以实时定位和监测各种缺陷类型，并在多个行业中发挥着重要的作用。

TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较TOFD（Time of Flight Diffraction）是一种无损检测技术，主要用于检测材料中的缺陷，特别是焊缝和接头区域的缺陷。

超声波相控阵（PAUT）检测技术也是一种无损检测技术，常用于材料的缺陷检测和物体内部结构的成像。

下面将对TOFD和PAUT的特点进行比较。

1.检测原理-TOFD：TOFD通过测量声波传播的时间来检测材料中的缺陷。

缺陷会导致声波发生衍射，衍射波被接收器接收，通过测量接收到的声波信号的时间和振幅差异，可以确定缺陷的位置和尺寸。

-PAUT：PAUT利用超声波的多路径传播特性来检测缺陷。

超声波通过阵列探头发射，控制每个元素的发射时间和幅度，通过接收多个位置上的回波信号，可以形成二维或三维的图像，用于检测材料中的缺陷和定位。

2.检测范围- TOFD：TOFD更适合用于检测宽度大于3mm的表面和体积缺陷，如裂纹、夹杂等。

对于小尺寸的缺陷，TOFD的灵敏度相对较低。

-PAUT：PAUT可以检测各种尺寸的缺陷，包括毫米级的裂纹、毫米级的孔隙和微米级的细小缺陷。

PAUT可以进行成像，提供更全面的缺陷信息。

3.检测速度-TOFD：TOFD的检测速度相对较快，可以在相同时间内检测更大的区域，尤其适用于需要快速检测的应用。

-PAUT：PAUT的检测速度略慢，因为需要对每个元素进行精确的控制和接收。

但是，PAUT可以提供更详细的检测结果，可以在需要更精确和全面的检测时选择。

4.阵列探头设计-TOFD：TOFD通常使用线性探头进行检测，既可以进行传统的扫描检测，也可以通过固定阵列探头的方式进行。

-PAUT：PAUT使用的是相控阵探头，可以通过调整阵元的幅度和相位控制超声波的发射方向和聚焦位置，实现对缺陷的区域选择和定位。

5.数据分析-TOFD：TOFD通常需要人工分析检测数据，对接收到的信号进行判断和处理。

需要经验丰富的操作人员进行解读。

-PAUT：PAUT可以通过计算机系统进行数据处理和可视化展示，提供更直观和准确的检测结果。

超声TOFD焊缝缺陷检测成像技术讨论姚园（湖北科规检测有限公司，湖北襄阳441100）【摘要】在我国当前国民经济建设中，重大安全事故严重影响和制约了国民经济的健康发展。

对材料尖锐缺陷灵敏、检测精度高的无损检测技术之一是超声衍射时差法，但利用超声TOFD对缺陷进行检测时，其分辨率相对较低，且存在大量噪声，缺陷特征信息不易于获取，因此研究如何检测图像分辨率水平和降低噪声的方法，是超声TOFD检测中最关键的问题。

关键词：超声TOFD；材料缺陷；噪声分析；小波变换中图分类号：TH441文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.10.092Discussion on Ultrasonic TOFD Weld Defect DetectionImaging TechnologyYao yuan（Hubei Kegui Testing Co.,Ltd.,Xiangyang,Hubei441100,CHN）【Abstract】In the current national economic construction of China,major safety accidents have seriously affected and restricted the healthy development of the national economy.One of the non-destructive testing techniques that is sensitive to sharp defects in materials and has high de⁃tection accuracy is the ultrasonic diffraction time difference method.However,when using ultra⁃sonic TOFD to detect defects,its resolution is relatively low and there is a large amount of noise, making it difficult to obtain defect feature information.Therefore,studying how to detect image resolution levels and reduce noise methods is the most critical issue in ultrasonic TOFD testing. Key words:Ultrasound TOFD；material defects；noise analysis；wavelet transform1引言机械制造中，焊接结构是必不可少的存在，其在航空航天、交通、石油、锅炉等各领域中都会运用到。

厚壁焊缝超声TOFD法检测原理、应用及发展现状焊接作为制造业的基础工艺与技术，在现代科学技术和生产中得到了广泛的应用。

虽然迅速发展的现代焊接技术已经能够在很大程度上保证其产品质量，但是由于焊接结构本身材质不完善，应力分布复杂，在焊接过程中产生缺陷与残余应力等的影响，在产品的设计寿命期限内或超期服役期间焊接结构可能出现裂纹，并有扩展的可能性。

因此，在设备服役期间，若能正确地应用无损检测与监控技术，就可以提前测量出设备材质是否恶化、有无裂纹出现，进而促进整个投产装置运行的安全。

常规的无损检测方法有射线、超声波、磁粉、涡流和渗透5种，其中射线和超声波检测应用最为广泛。

近年来随着传感器技术、电子技术以及计算机技术的发展和应用，超声无损检测领域又出现了许多热点新技术，其中之一就是超声TOFD法，开始在焊缝检测中逐渐应用，尤其在厚壁焊缝的无损检测中显示出很大的优势。

一、TOFD的原理1.TOFD的定义超声波衍射时差法（Time Of Flight Diffraction，TOFD），依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷，是一种专为测量与检测面有较大倾角或垂直于检测面的缺陷的自身高度而发展的一项技术[1]。

2.超声波与缺陷的相互作用TOFD归根结底是一项超声波探伤检测技术，因此和其他超声波探伤的方法一样，TOFD最基本的物理原理是超声波与缺陷相互作用的机理，如图1所示为超声体积波与裂纹类面状缺陷的相互作用[2]。

相互作用后，即使忽略波形变换效应，超声能量也可分成五个重要分量：①不参与相互作用的入射波(前沿部分)；②裂纹表面的镜面反射波；③由裂纹表面粗糙度和许多小裂面所引起的散射波；④裂纹端点产生的衍射纵波；⑤裂纹端点产生的衍射横波和衍射锥波。

无论从何处观察，均可见这些分量的不同组合。

这些分量是作为单独的脉冲显示，还是作为相互作用形成的复合脉冲显示，取决于脉冲长度和观察位置等因素。

TOFD 技术在市政钢箱梁焊缝检测的应用研究随着城市发展的加速和交通运输工具的多样化，市政工程的建设变得日益重要。

其中，钢箱梁是一种重要的市政工程建筑材料，其通常用于桥梁、隧道以及其他市政工程建设中。

钢箱梁的焊接是钢箱梁制作过程中最关键的一步，在焊接过程中产生的缺陷会严重影响钢箱梁的使用寿命。

为了保证钢箱梁的质量和可靠性，必须对其焊缝进行严格的检测，而传统的检测方法存在一定的局限性，因此需要开发新的检测技术。

TOFD（Time of Flight Diffraction）技术是一种非破坏性检测技术，它不仅能够快速准确地检测出钢箱梁焊缝中的缺陷，而且对钢箱梁焊缝的检测还能够实现全覆盖。

本论文将对TOFD 技术在市政钢箱梁焊缝检测中的应用进行探讨，以便更好地认识和理解这一技术的优势和应用价值。

一、TOFD 技术的原理和特点TOFD 技术是一种基于超声波的技术，它可以通过超声波的传播特性来检测物体内部的缺陷。

在TOFD 技术中，检测到的信号来自于材料中的缺陷，这些信号受到超声波在材料中传播和反射时的物理变化所影响。

通过测量这些信号的传输时间和幅度，并对其进行分析和处理，可以确定物体内部的缺陷的大小和位置。

TOFD 技术具有以下几个特点：1、高效快速：TOFD 技术采用全自动化的扫描方式，可以实现快速扫描和检测，大大节约了检测时间。

2、高精度：TOFD 技术采用高频超声波，可以实现高精度的检测，能够检测出小至毫米级别的缺陷。

3、全覆盖：TOFD 技术可以覆盖物体的整个表面，可以检测出物体内部的所有缺陷。

4、非破坏性：TOFD 技术不会破坏材料本身，对被检测物体没有任何影响。

二、TOFD 技术在市政钢箱梁焊缝检测中的应用TOFD 技术在市政钢箱梁焊缝检测方面有很多优势。

首先，TOFD 技术可以实现快速准确的检测。

因为TOFD 技术具有高精度和全覆盖的特点，所以可以在较短时间内检测出钢箱梁焊缝中的缺陷，并且可以确定缺陷的大小和位置。

海洋钢构焊接质量的新检验技术海洋石油天然气开发是世界上公认的安全风险和施工难度最大的行业之一，具有技术含量高、施工难度大、作业环境恶劣、远离陆地、救援及逃生困难等特点。

为此海洋钢结构焊接质量要求很高，对其焊接质量的检测，常见的方法是传统的手工超声波，新的检验技术是TOFD和PAUT检验技术。

1、TOFD检验技术TOFD，即超声波衍射时差法，也称为“裂纹端点衍射法”或“尖端反射法”，采用一发一收2个探头产生非焦距的纵波，从待检工件内部结构的“端角”和“端点”处得到的衍射能量，用于缺陷的检验、定量和定位。

优点是：1）检测速度快，效率高。

TOFD检测速度时手工UT的10倍。

2）数字化的检测结果可以永久保存，具有可追溯性。

3）具有较高的缺陷检出率和低误判率。

4）检出范围广，可以检测6-550mm厚度范围内的构件。

2、PAUT检验技术PAUT，即相控阵技术。

该技术最早应用于医学和军事，近些年在核工业、航空、海洋钢构上得到应用。

PAUT技术是一套超声波图像采集实时成像系统，提供了超声波检测数据分析所需要的强大功能，包括：A扫、B扫、C扫、D扫和S 扫。

PAUT采用的探头时一个较长的常规超声探头，每个探头内有128个小晶片，每个晶片可独立激发。

PAUT的检验时间是4min，检测精度除了可以确定缺陷的长度外，还可以确定缺陷的深度和高度，检验结果更为真实可信，且安全、无辐射，可以多专业同时开展工作等优点。

以上两种新检验技术在我国第一个深水油气田开发项目——南海深水天然气开发项目荔湾3-1项目得以应用。

南海荔湾海域夏季有台风，台风期间最大波高20m以上，年平均波高1.4m,并且服役期间经常有潮流、风暴涌、海冰等。

这两种方法提高了检测速度和准度，同时降低了作业风险，取得了成功，同时这也为其他大型钢结构的质量检验提高了可以借鉴的成功经验。

对接焊缝TOFD技术介绍1.方法原理TOFD( Time of flight diff raction) 法有赖于超声波与缺陷端部的相互作用。

相互作用的结果会在较大角度范围发射衍射波。

检出衍射波就能确定缺陷的存在。

信号传播时间差就是缺陷高度量值。

缺陷尺寸根据衍射信号的传播时间而非幅度来测量。

图1 为TOFD 法的探头布臵。

图1 TOFD 法的探头布置1.发射探头2.接收探头 a—侧向波 b—上端波 c—下端波 d—底面回波 e—中夹角为使缺陷端部产生被接收探头接收的衍射波信号,通常要用指向角较大的纵波探头。

这样就可通过一次扫查检测一定体积,但仅局限于一次扫查可检测到的体积尺寸。

发射声脉冲后到达接收探头上的第一个信号通常就是在试件表面下传播的侧向波(lateral wave)。

若无缺陷,到达接收探头的第二个信号就是底面回波。

这两个信号通常供参考用。

若忽略波型转换,则材料中由缺陷产生的任何信号均在侧向波与底波之间到达。

因为侧向波和底波分别对应于发射探头与接收探头之间的最短声程和最长声程。

同理,缺陷上端产生的衍射信号将在缺陷下端产生的信号之前到达接收探头。

典型的A 扫描AC 波形图示于图2 。

缺陷高度可由衍射信号的时间差求得。

用AC波形是为了利用参考波(侧向波和底波) 和缺陷波 (上端波和下端波) 的相位信息来估判缺陷性质。

应注意图2 中两参考波的相位相反,缺陷的两个端部衍射波相位也相反。

图2 TOFD 法AC 波形图( 含相位信息,图中a～d 含义同图1 ) x —波幅y —时间2. 被检材料及表面状态和耦合要求TOFD 法所用信号幅度较低,通常只适用于超声波衰减、散射较小的材料。

它可用于低碳钢和低合金钢材料和焊缝,也可用于细晶奥氏体钢和铝材。

对粗晶材料和有严重各向异性的材料,如铸铁、奥氏体焊缝和高镍合金,则需作附加验证和数据处理。

经合同方商定,可用含人工或自然缺陷的典型试样验证TOFD 法的可检性。

TOFD检测技术在风电塔筒焊缝检测中的应用摘要：将TOFD检测技术应用于风力发电塔筒焊缝检测中,与现已成熟的A型脉冲反射超声波检测技术和射线检测技术进行对比分析,得到一种更高效、更符合风力发电塔筒焊缝质量要求的无损检测技术,确保风力发电设备的安全运行,提高了风力发电的安全指数和经济效益。

关键词：TOFD;风电塔筒;焊缝检测;无损检测;风力发电塔筒类型多为圆形钢制锥筒, 风力发电塔筒在运行时承受较大的机组载荷及风载荷。

为避免因塔筒焊缝质量问题而造成风力发电机组倒塔事故,风力发电塔筒焊缝设计质量要求为:对塔筒纵向焊缝、塔筒环向焊缝、塔筒法兰和筒体过渡处的环向焊缝、门框和焊接筒体之间过渡处的连续焊缝、门框焊接焊缝应按照JB / T4730—2005《承压设备无损检测》标准进行100%超声波检测,焊缝质量为I级合格;对所有法兰和筒节、筒节与筒节处和门框与筒体的T型焊缝接头处应根据JB / T4730—2005《承压设备无损检测》标准进行X射线检测,焊缝质量为II级合格。

为防止表面裂纹,还要对法兰与筒体之间环向焊缝和门框和筒体之间连续焊缝进行100%磁粉(MT)检测,附件连接板焊接焊缝总数量20%进行渗透(PT)检测,焊缝质量为I级合格。

方圆电气股份有限公司正在加工制作的某风电场2.0 MW风电机组风力发电塔筒,风电机组塔筒总高度为82.38 m;塔筒由4节塔体组成,下段、中下段、中上段塔筒直径均为4.3 m, 上段塔筒直径为3.7 m。

该风力发电机组每基塔筒焊缝总长约533 m需进行超声波检测,62个T型焊接接头需进行X射线检测, 但由于超声波检测和射线检测技术各自所具有的局限性,可能会造成一些缺陷漏检,使风力发电塔筒焊缝质量得不到有效的控制。

1 TOFD技术基本原理超声TOFD运用双探头模式，探头以纵波斜探头为主，因此其主要衍射信号也是纵波，此类波形在固体中声速最快，可先于其他信号到达接收探头，校准简单且方便，可简化处理接收信号波形，显示图形解释。