TOFD衍射时差法超声检测技术

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。

无损检测技术衍射时差法超声TOFD检测基本原理无损检测（Nondestructive Testing，简称NDT）技术是一种应用于工程领域的检测方法，其目的是在不损伤被测物体的情况下获得其内部和表面的缺陷信息，以判断材料的质量和可靠性。

衍射时差法超声TOFD（Time of Flight Diffraction）是无损检测中一种常用的超声检测技术，它通过分析超声波在被测物体内部的衍射图样和所传播时间的差异来确定缺陷的位置和尺寸。

衍射时差法超声TOFD检测的基本原理如下：1.超声波传播：超声波在被检测材料内部的传播速度是已知的，传播路径是直线传播的。

超声波发射器发射出短脉冲的超声波信号，经过材料中的声阻抗不一致表面发生反射；然后通过被检材料内部传播，当超声波遇到缺陷时，会部分反射、散射和透射；最后，超声波信号达到接收器并被记录。

2.衍射现象：当超声波遇到边界或缺陷时，会发生衍射现象。

衍射现象是指波通过开口或缝隙时，从波的前向运动方向上的边界或缝隙中发射出去一部分。

3.TOFD测量：TOFD测量的关键在于将两个特征回波的衍射声波进行时间差测量。

超声波发射器和接收器之间有一对平行排列的接收器，其中一个接收器用于接收来自发射器产生的超声波的第一个回波，另一个接收器用于接收来自发射器产生的超声波的第二个回波。

4.TOFD信号分析：通过同时接收两个回波，并测量二者之间的时间差，可以确定缺陷的位置和尺寸。

当超声波传播到缺陷区域时，由于缺陷的存在，衍射声波将被传播到两个接收器之间。

通过测量两个回波的时间差，可以计算出衍射声波的传播路径，从而确定缺陷的位置。

5.结果分析：将TOFD信号进行处理和分析，可以得到缺陷的尺寸、位置和形态。

同时，根据TOFD原理的高度灵敏度特点，可以检测到非常小的缺陷。

衍射时差法超声TOFD检测技术具有以下优点：1.高敏感性：TOFD检测技术可以检测到相对较小的缺陷，对大多数工程材料和结构缺陷的检测效果非常好。

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。

一TOFD原理超声TOFD（Time of Flight Diffraction Technique –衍射时差法）技术就是用两个探头相向对置，一发一收，利用缺陷端部产生的散射波和衍射波，来检测出缺陷和评定缺陷的方法。

下图即表示TOFD法的探伤原理、探伤波形的模式图。

（a）TOFD原理图（b）波形图图（a）中，①为发射探头发射横向纵波沿试件表面传播的正向侧向波（Lateral wave），它是区分和测量缺陷的参考。

④为底面负向反射波（Back-wall reflection），当有裂纹缺陷存在时，在①④间会接收到缺陷上端的负向衍射波②（Upper Crack Tip Signal）和缺陷下端的正向衍射波③（Lower Crack TipSignal ）。

这里只考虑纵波声速V ，忽略缺陷处的波形变换产生的横波等。

说明：TOFD 技术采用一发一收的方式，通常使用高阻压、窄脉冲压力探头，主压力波的反射角范围是45º至70º。

假定两探头间的距离为S ，试件的厚度为H ，裂纹在试件厚度方向的高度为L ，裂纹上端距离试件表面的埋藏深度为D ，沿试件表面传播的侧向波的接收时间为t L , 接收到缺陷上端的负向衍射波的时间为t 1，接收到缺陷下端的正向衍射波的时间为t 2，接收到底面负向反射波的时间为t BW 。

试件的纵波声速为V 。

则：CS t L = CS D t 2214+= CS L D t 222)(4++= CS H t BW224+= 根据以上各个时间可以求出： 裂纹上端距离试件表面的埋藏深度 222121S C t D -=裂纹在试件厚度方向的高度 D S C t L --=222221二 TOFD 应用超声TOFD 法之所以引人注目，是由于此法对缺陷检测、定位、定量较一般的波幅法容易、直观，且有客观记录。

这对在役设备检测中的缺陷评价特别有价值。

如果结合常规的缺陷测长方法，就可掌握缺陷二维形状，就可利用断裂力学对被检测设备进行寿命评价。

超声衍射时差（TOFD）技术原理简介（含图表）1.超声衍射时差(TOFD)技术介绍“TOFD”即Timeofflightdiffraction，译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。

极大地提高了缺陷检出率。

TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。

此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。

上个世纪七十年代早期，英国原子能管理局(UnitedKingdomAtomicEnergyAuthority，即UKAEA)的国家无损检测研究中心的Harwell实验室提出了了超声波衍射在UT中应用的原理。

UKAEA为了开发比常规超声波检测更精确的缺陷定量技术，最早由史可·毛瑞斯(SILKMG)博士开发出了超声衍射时差技术- 1 -(TimeofFlightDiffraction，简称TOFD)。

后来欧美国家的有关机构进行了大量的试验，到80年代早期证实，对于核反应堆的压力容器和主要部件，TOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声检测(即脉冲回波)技术；相比常规的脉冲回波技术，当时的TOFD 技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差<±1mm，而裂纹监测的误差<±0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感，不向脉冲回波技术那样对某些方向的缺陷有“盲区”；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。

后来开发了便携的设备系统(即国际无损检测中心的ZIPSCAN)，TOFD技术被国际工业界广泛公认。

90年代，该项技术开始应用与石油化工管线的检测。

一、TOFD技术特点TOFD（Time of Flight Diffraction）衍射时差法超声检测或超声波衍射时差法，是利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷尺寸的一种自动超声检测方法。

它是国内外无损检测行业公认的新的检测技术，其主要优势是检测图像比较直观、检测能力强、精度高。

在国外工程上应用广泛，而且有逐渐取代X射线检测方式的趋势。

TOFD技术的特点：1)TOFD技术的可靠性好。

由于其主要是利用衍射波进行检测，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有效的发现，使该技术具有很高的缺陷检出率。

国外研究机构的缺陷检出率的试验得出的评价是：手工UT，50-70%；TOFD，70-90%；机械扫查UT+TOFD，80-95%。

由此可见，TOFD检测技术比常规手工UT的检测可靠性要高得多。

2）TOFD技术的定量精度高。

采用衍射时差技术对缺陷定量，精度远远高于常规手工超声波检测。

一般认为，对线性缺陷或面积型缺陷，TOFD定量误差小于1mm。

对裂纹和未熔合缺陷高度测量误差通常只有零点几毫米。

3）TOFD检测简单快捷，最常用的非平行扫查只需一人即可以操作，探头只需沿焊缝两侧移动即可，不需做锯齿扫查，检测效率高，操作成本低。

4）TOFD检测系统配有自动或半自动扫查装置，能够确定缺陷与探头的相对位置，信号通过处理可以转换为TOFD图像。

图像的信息量显示比A扫描显示大得多，在A型显示中，屏幕只能显示一条A扫信号，而TOFD图像显示的是一条焊缝检测的大量A扫信号的集合。

与A型信号的波形显示相比，包含丰富信息的TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析。

5）当今使用的TOFD检测系统都是高性能数字化仪器，完全克服了模拟超声探伤仪和简单数字超声波探伤仪记录信号能力差的特点，不仅能全过程记录信号，长久保存数据，而且能够高速进行大批量信号处理。

6）TOFD技术除了用于检测外，还可用于缺陷扩展的监控，是有效且能精确测量出裂纹增长的方法之一。

一、TOFD技术特点TOFD（Time of Flight Diffraction）衍射时差法超声检测或超声波衍射时差法，是利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷尺寸的一种自动超声检测方法。

它是国内外无损检测行业公认的新的检测技术，其主要优势是检测图像比较直观、检测能力强、精度高。

在国外工程上应用广泛，而且有逐渐取代X射线检测方式的趋势。

TOFD技术的特点：1)TOFD技术的可靠性好。

由于其主要是利用衍射波进行检测，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有效的发现，使该技术具有很高的缺陷检出率。

国外研究机构的缺陷检出率的试验得出的评价是：手工UT，50-70%；TOFD，70-90%；机械扫查UT+TOFD，80-95%。

由此可见，TOFD检测技术比常规手工UT的检测可靠性要高得多。

2）TOFD技术的定量精度高。

采用衍射时差技术对缺陷定量，精度远远高于常规手工超声波检测。

一般认为，对线性缺陷或面积型缺陷，TOFD定量误差小于1mm。

对裂纹和未熔合缺陷高度测量误差通常只有零点几毫米。

3）TOFD检测简单快捷，最常用的非平行扫查只需一人即可以操作，探头只需沿焊缝两侧移动即可，不需做锯齿扫查，检测效率高，操作成本低。

4）TOFD检测系统配有自动或半自动扫查装置，能够确定缺陷与探头的相对位置，信号通过处理可以转换为TOFD图像。

图像的信息量显示比A扫描显示大得多，在A型显示中，屏幕只能显示一条A扫信号，而TOFD图像显示的是一条焊缝检测的大量A扫信号的集合。

与A型信号的波形显示相比，包含丰富信息的TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析。

5）当今使用的TOFD检测系统都是高性能数字化仪器，完全克服了模拟超声探伤仪和简单数字超声波探伤仪记录信号能力差的特点，不仅能全过程记录信号，长久保存数据，而且能够高速进行大批量信号处理。

6）TOFD技术除了用于检测外，还可用于缺陷扩展的监控，是有效且能精确测量出裂纹增长的方法之一。

TOFD–超声波衍射时差法超声波衍射时差法（TOFD）是一种非破坏性检测技术，常用于测量材料中的缺陷尺寸和位置。

TOFD基于超声波传播的原理，通过计算超声波信号的到达时间差来确定材料中的缺陷。

TOFD的原理是利用超声波在材料中的传播速度来测量缺陷。

当超声波传播到材料中的缺陷时，它将发生衍射现象，这导致超声波信号的出射角度和到达时间发生变化。

通过测量这些角度和时间的变化，可以计算出缺陷的尺寸和位置。

TOFD的检测设备包括一个超声波发射器和一个接收器。

发射器将超声波信号发送到被测材料上，接收器接收反射回来的信号。

接收器上的传感器测量信号的到达时间，并将数据发送给计算机进行处理。

TOFD的步骤如下：1.准备工作：确保被测材料表面清洁，并涂上耦合剂以方便超声波的传播。

2.发送超声波信号：发射器发送超声波信号，信号穿过被测材料并遇到任何缺陷。

3.接收超声波信号：接收器接收被缺陷反射的超声波信号，传感器测量信号的到达时间。

4.数据处理：计算机接收到传感器测量的到达时间数据后，使用TOFD原理计算缺陷的尺寸和位置。

TOFD的优点是能够提供准确而详细的缺陷信息。

它可以测量缺陷的尺寸和位置，并且在一次扫描中能够检测到多个缺陷。

此外，TOFD对材料的表面和涂层厚度没有严格要求，适用于不同类型的材料。

然而，TOFD也有一些限制。

首先，TOFD需要高度训练的操作员才能正确操作设备和解读结果。

此外，材料的形状和尺寸可能会影响到信号的传播，导致检测不准确。

此外，TOFD对材料的密度和声波传播速度也有一定要求。

总之，超声波衍射时差法是一种非破坏性检测技术，通过计算超声波信号的到达时间差来确定材料中的缺陷尺寸和位置。

它可以提供准确而详细的缺陷信息，适用于不同类型的材料。

然而，正确操作设备和解读结果需要高度训练的操作员，且对材料的形状、尺寸、密度和声波传播速度有一定要求。