TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较

TOFD和相控阵超声技术的应用沙特拉比格项目部关于无损检测方法的选用，检测中心与业主探讨多次，业主坚决不同意手动超声，要求全部采用射线探伤，故探伤工作量很大。

由于工期紧的原因，采用自动超声的新技术TOFD和相控阵，这样可以交叉作业，降低工作强度，提高探伤效率，保证工程进度。

通过沙特拉比格项目部一年多的TOFD 和相控阵超声检测的实践经验，TOFD和相控阵超声波检测技术已经被证实是非常实用于现场焊缝检测的无损检测方法。

在检测的过程中，展现出相当的优越性，如高效率，安全，低成本，储存数据，提高生产率等。

1.检测原理TOFD和相控阵超声是两种不同的检测原理，所以我们分别阐述并两者结合总结。

1.1 TOFD（衍射時差法）超声技术是利用缺陷部位的衍射波信号来检测和测定缺陷尺寸的一种超声波检测方法，通常使用纵波斜探头，采用一发一收模式。

1.2 相控阵超声技术是借鉴相控阵雷达技术的原理而发展起来的。

相控阵成像是通过控制换能器阵列中各阵元激励（或接收）脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射（或接收）声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，就可实现聚焦点和声束方位的变化，从而进行扫描成像。

2.现场应用在沙特拉比格项目部，经过一年的实践应用，充分体现了TOFD和相控阵的可靠性、实用性、高效率、低成本，储存数据和提高生产率的优点，同时也是提高公司TOFD和相控阵超声波应用水平和开展技术研究是一项绝好的机会。

以下列举沙特拉比格项目部的过热器连接管道?508×55的应用图例。

2.1 在相控阵检测前，应根据焊接信息（坡口类型，坡口角度，壁厚，对接形式等）选择探头，制定详细的扫描计划。

如图1和表1是过热器连接的扫查计划和探头参数。

2.2采集数据图像采集的数据可以根据实际情况，转化为JPG格式的图片，附加在报告上。

转化为的图像如图2和图2所示：2.3 数据的评定采集数据的评定，即可在检验时进行评定，也在采集后进行评定，也可共第三方凭定。

- 73 -第1期焊缝内部缺陷无损检测方法的应用对比研究陈心一（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）[摘 要] 焊缝内部缺陷检测方法主要有射线检测（RT）、脉冲法手动超声检测（UT）、衍射时差法超声检测（TOFD）以及相控阵超声检测（PAUT）四种。

射线检测虽然有放射性污染的缺点，但其检测应用中无检测盲区，在薄壁焊缝检测中有一定优势。

脉冲法手动超声检测具有灵活、快捷、方便的优点，但其不可记录缺陷具体形态，受操作手法影响较大。

衍射时差法超声检测技术逐渐成熟并且具有无污染、方便快捷的特点，其在压力容器对接焊缝检测中的应用越来越广泛，但也存在局限性，其检测应用中存在上表面盲区和底部盲区，对检测结果存在一定影响。

相控阵超声检测可通过控制探头不同晶片的电压延时实现单探头的多角度扫查，不必进行锯齿扫查，能实现多种成像功能，但需要专业设备及扫查装置。

为此，在不同的焊缝检测中如何选择检测方法需要进行对比分析。

[关键词] 焊缝缺陷检测；射线检测；脉冲法手动超声检测；衍射时差法超声检测；相控阵超声检测作者简介：陈心一（1986—），男，湖北黄冈人，本科学历，工程师。

海洋石油工程股份有限公司QC主任。

不同的无损检测方法在进行焊缝内部缺陷检测应用中具备不同的优势及劣势。

本文就不同壁厚、材质、结构形式中的无损检测方法进行讨论研究。

1 不同壁厚焊缝无损检测技术对比1.1 不同检测方法理论适用壁厚射线检测根据选用的射线源或X 射线机的不同，检测壁厚范围也不同。

常用的300kV 电压X 射线机透照厚度能达到80mm 。

常用射线源Se75检测厚度范围为10~40mm ，Ir192检测厚度范围为20~100mm ，Co60检测厚度范围为40~200mm 。

根据标准NB/T 47013.10-2015的规定，TOFD 检测厚度范围为12~400mm 。

由于TOFD 检测存在较大的表面盲区，因此检测厚度范围要求大于12mm 。

无损检测技术对比研究作者：李新蕾邹伟光莫永兴许衎来源：《工业技术创新》2018年第02期摘要：对常见的无损检测技术进行对比研究，优选性能更优越的无损检测方法。

分别采用射线检测技术（RT）、传统超声检测技术（UT）、超声波衍射时差法（TOFD）和相控阵超声检测技术（PAUT）对同一对接焊缝进行无损检测，从定量、定位、定性等方面探讨其优劣势。

TOFD检测对缺陷定位、定量的准确性和适用性具有独特优势，且具有操作方便、检测快捷、灵活性强等特点，在四种无损检测方法中性能最好。

后续应继续探索提高其检测精度的途径，并加强其缺陷定性可行性的研究。

关键词：相控阵超声检测；射线检测；超声检测；超声波衍射时差法中图分类号：TB553 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2018） 02-102-04工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2018.02.023引言近年来，我国工业快速发展，对各类生产服务设备、设施的安全性和可靠性提出了更高要求。

无损检测技术是检测以上性能的常用技术[1-7]。

本文对四种常见的无损检测技术——射线检测技术（RT）、传统超声检测技术（UT）、超声波衍射时差法（TOFD）和相控阵超声检测技术（PAUT）开展对比研究，从定量、定位、定性等方面对相应技术的优劣势进行探讨。

1 试板与设备1.1 试板试板上有厚度为30 mm的20#钢对接焊缝。

焊缝长度为300 mm，采用手工焊接，坡口为X型，检测面打磨合格。

试板编号为HA-030-02。

1.2 设备（1）RT检测，采用XXQ-3005型X射线机；（2）UT检测，采用武汉中科HS600型超声波探伤仪；（3）TOFD检测，采用以色列ISONIC 2007超声波探伤记录仪；（4）PAUT检测，采用以色列ISONIC PA STAR型超声相控阵检测系统。

2 方法与结果2.1 RT检测采用柯达胶片和前、后屏厚度均为0.1 mm铅箔增感屏。

TOFD技术的优缺点TOFD（Time-of-Flight Diffraction）技术是一种常用于无损检测的超声波检测方法，其原理是利用超声波在物体中的传播时间和反射信号的强度来检测缺陷。

以下是TOFD技术的优缺点：优点：1.高准确性：TOFD技术采用幅射超声波技术，可以实时对材料进行扫描，能够高精度地测量缺陷的尺寸和位置，并且能够区分大小不一的缺陷。

2.高灵敏度：TOFD技术可以探测到微小的缺陷，能够检测到微米级别的缺陷，对于一些重要的安全关键部件的无损检测非常有效。

3.高效性：TOFD技术可以在快速扫描的同时采集大量的数据，可以快速地获取大范围内的缺陷信息，节省了检测时间和人力成本。

4.全面性：TOFD技术不受限于对缺陷的预期，可以探测到多种不同类型的缺陷，如裂纹、孔洞、气泡等，对于多种材料的检测都具有一定的适用性。

5.无需缺陷的先验知识：相对于传统的A扫和B扫技术，TOFD技术无需事先了解缺陷的位置和形状，可以全面地检测材料中的所有缺陷。

缺点：1.受到耦合介质的限制：TOFD技术需要使用耦合介质将超声波传递到被测材料上，而不同材料需要选择适合的耦合介质，这会对TOFD技术的应用造成局限。

2.对操作人员的要求高：TOFD技术需要经验丰富的操作人员进行正确的操作和解读数据，对操作人员的技能要求较高，需要进行专门的培训和资质认证。

3.对材料的要求高：TOFD技术对被检测材料有一定的要求，例如材料应具有良好的声波传导性和一定的尺寸范围。

一些复杂材料（如复合材料）的检测可能比较困难。

4.软件处理的复杂性：TOFD技术的数据处理复杂，需要运用专门的软件进行数据分析和图像处理，这对于使用者来说有一定的技术要求。

总结：TOFD技术在无损检测领域有着广泛的应用，具有高准确性、高灵敏度、高效性、全面性等优点，能够提供可靠的缺陷检测和评估结果。

然而，TOFD技术也存在一些缺点，例如对耦合介质和材料的要求高，操作人员水平要求较高等。

特种设备检测中超声导波、TOFD技术的应用摘要：特种设备的使用涉及经济建设、生活、生产的各个领域，特种设备的有效检测对保障经济建设、生活与生产的安全具有重要意义。

随着科学技术的进步与发展，超声导波、TOFD技术作为无损检测技术，已经成功的应用到了特种设备的检测领域之中，无损检测技术的应用有效地降低了检测成本，对检测结果的有效性、科学性具更具有的保障，在此同时也提高特种设备的检测效率。

通过超声导波、TOFD技术的实践与应用，有效地解决了压力管道、起重机械、大型游乐设施等特种设备的材腐蚀检测、材料的缺陷检测等难题。

关键词：设备检测；超声导波；TOFD特种设备在经济发展和工程建设过程中使用频繁，涉及领域广泛，是国民经济建设中十分重要的部分，对社会的生产和人们的生命财产安全具有重要意义，对经济发展与社会稳定具有重要的促进作用。

如何保障特种设备的质量与相关产业链的良好运行，特种设备的质量检测对此具有重大的影响。

超声导波、TOFD技术作为无损检测技术，能够对特种设备的进行有效的检测。

超声导波技术主要是利用低频纵波或曲波对管道、管路等进行长距离的检测，其中包含对地下埋管不进行开挖状态下的长距离检测。

TOFD技术则是以需要检测的部件自身内部结构（主要指缺陷部分）的“端角”与“端点”处，利用超声波衍射时差法得到的衍射能量来对缺陷进行检测的方法，该技术主要是用于对缺陷的检测、定位与定量。

一、超声导波技术与B扫描检测问题由激励与接收两个模块来组成检测系统，从而达到小型超声导波检测的目的。

激励模块主要的构成部分主要有功率放大器、单片机等，再按照电陶瓷换能器阵列对各部件实行串联。

接收模块则主要利用压电陶瓷换能器阵列，运用Lab 程序与数据采集卡等实行串联，从而提高系统内结构的稳定性。

利用单片机生成专属导波激励信号数字编码的作用，进而再利用专业功能的模数转换器对单片机生成的编码进行处理，生成与编码相应的模拟信号，那么功率放大器便可以带动压电陶瓷进行转换。

相控阵和TOFD在焊缝裂纹检测中的应用刘广兴;冯云国;陈聪;刘文【摘要】使用相控阵和TOFD两种方法对焊缝中的裂纹缺陷进行检测,并对不同的检测方法所得出的结果进行分析和比较,总结TOFD和相控阵作为新型无损检测方法在焊缝裂纹检测中的技术优势,提出综合选用各种检测方法的建议.【期刊名称】《山东电力技术》【年(卷),期】2017(044)004【总页数】3页(P30-32)【关键词】相控阵;TOFD;裂纹检测【作者】刘广兴;冯云国;陈聪;刘文【作者单位】国网山东省电力公司电力科学研究院,济南 250003;国网山东省电力公司电力科学研究院,济南 250003;国网山东省电力公司电力科学研究院,济南250003;国网山东省电力公司电力科学研究院,济南 250003【正文语种】中文【中图分类】TG115.28相控阵和TOFD作为两种先进的无损检测方法，近年来越来越受到关注。

相控阵是指按照一定的规则和时序激发一组探头晶片，通过调整激发晶片的序列、数量、时间来控制波束的形状、轴线偏转角度及焦点位置等参数的超声波电子扫查方式［1］。

相控阵检测技术是一种特殊的超声检测技术，它利用精密复杂的相控阵和功能强大的软件来控制超声波束，使其覆盖被检测材料，并生成修正的材料内部结构图像［2］。

衍射时差技术（Time-of-flight-diffraction tech nique，TOFD）是一种利用缺陷端部的衍射波传播时间差来进行缺陷检测与定量的方法。

通常以一对晶片尺寸和频率等参数相同或相近的探头，分置于焊缝两侧来检测。

其基本原理依据惠更斯原理，入射波到达缺陷尖端后，缺陷尖端就是一系列新的衍射波源，同时仪器增益比超声波脉冲反射法高 10～20 dB，因此接收探头可以接收到来自各个方向的缺陷衍射波［3］。

在以前的文献中有用相控阵方法和TOFD方法对缺陷试块的检测，但是那些试块缺陷都是以人工刻槽来代替裂纹［4］。

实际工作中发现，人工刻槽和自然裂纹的检验结果差别很大，所用焊接试板中的裂纹都是自然裂纹，这对掌握裂纹的图像特点，对缺陷做出准确判断有重要意义。

TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较目前我国无损检领域应用最广泛的是TOFD技术，业界人士已经普遍认可了TOFD技术，这项技术在我国的工业领域已经有了数不胜数的成功案例。

21世纪初，我国引入了Isonic系列便携式超声波成像检测系统(以色列的IsonotronNDT公司出品)，经由一系列的实际的对比以及验证加之不断改进和创新了的扫查器系统，TOFD技术被更多的应用到各工业现场检测中。

TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝及直径大于500mm的纵缝中厚板检测方面具有很大的优势，但是该技术也存在一些弊端，比如对于复杂几何形状的结构件、焊缝检测盲区等束手无策。

到目前为止超声相控阵技术已经在我国发展了20年，在早期主要应用在医疗领域，利用该技术可以在实际的医学超声成像中对被检器官进行成像，有益于医学的不断发展和进步，但是由于很多客观因素的限制，比如系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等，使得该技术的应用面受限。

在这种情况下，在超声相控阵成像领域应用压电复合材料、数据处理分析等高新技术是大势所趋，未来超声相控阵检测技术一定会得到更加广泛的应用。

超声相控阵是采用多晶片控制声束聚焦技术，探头可以在同一位置实现很大声束及角度范围内的电子扫查，适用于复杂几何形状结构件的检测。

下面对TOFD和相控阵的检测技术做简要对比。

1、TOFD的技术特点1.1 TOFD的优点TOFD技术不仅具有很强的缺陷检出能力，还具有很高的缺陷定量精度，除此之外还具有很高的时效性和安全性，可永久保存其检测数据。

①效率高：该技术只需要做线性扫查就可以对焊缝完成扫查，很大程度上扩大了单组探头检测对焊缝的覆盖范围大，远远超过了传统的检测方法。

②灵敏度高：由于该技术的衍射波信号具有很高的灵敏度，很大程度上保证了检出率。

③精度高：利用衍射时差计算方法，缺陷的高度可以得到精确的计算。

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。