超声TOFD检测读谱_李衍
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LI Yan (NDT Subcom mit tee o f Wuxi Boiler and Pressure Vessel So ciety , Wux i 214026 , China)
Abstract :T his article intro duces t he relevant requi rement s of T OF D im ag e reco gni tion and i nt erpret ation , i ncludi ng t he f ollow ing f our aspect s :detection pri nciples , locatio n and measurement , reco gni tion and charact erization o f ty pical f law s , and judgment o f image -self qualit y .Al l of the above requi rement s are specified i n the authorized i nt ernat ional Code .Being familiar w it h t he basic skill o f reading and i nt erpret ation o f T OF D im ag es is t he bo t tle neck o f grasping T OFD diag no stic techniques f or w elded joint s i n pressure equipment .
Keywords :TOF D ;D-scan ;A-scan ;G ray scale i mage di splay ;Image o f flaw s ;Int erpret atio n of display .
超声波衍射时差法(T OFD)诞生于上 世纪 70 年代初 , 推行于 90 年代中 ,"立法入标"首见英标 BS 7706 (1993), 随 后 有 欧 标 ENV583 -6 (2000), C EN/ T S 14751(2004), 日 标 NDIS 2423 (2001)。 美标则首见于 ASM E 规范案例 2235(1996), 后入 ASM E(2007)第 Ⅴ卷第 4 章附录 。 这里介绍有关超 声 T OF D 图谱识别和评定方面的内容 。
图 9 点状缺陷 T O FD 图像
3 .1 .2 底面开口缺陷 有底面开口缺陷时 , 侧向波条纹显示不中断 , 见
图 10 , 缺陷信号条纹靠近底面 , 底波信号条纹有相应 中断或开口现象(程度取决于底面开口缺陷尺寸)。
图 11 表 面开口缺陷 T O FD 图像
度 。另外 , 在缺陷上端部信号的左右两端 , 还很容易 看到双曲线形态(类似于点状缺陷的效应), 因而易 于对缺陷准确测长 。
衍射是一种常见的超声波现象 , 不只有典型的 T OFD 检测中使用的纵波 -纵波衍射 , 还存在于多 种条件下 。 承压设 备的国际权威法 规 —ASME 最 新版 , 以较长篇幅(20 页)提供的 T OFD 图谱识别指 南 , 主要是指纵波 -纵波衍射的 T OF D 布置 , 此时 一发一收的两探头放在被检平板 、管子或曲面容器 焊缝的两侧 。其他产生和接收衍射波的方式还有 :
图 1 A 扫描波形转化为不同等级的灰度条纹
2
无 损 探 伤
第 34 卷
1 .2 黑白条纹与射频波形的对应性 T OFD 图像一般是由 A 扫描的射频波 形转换
集积而成的黑白条纹显示(通常称为 D 扫描显示), T OFD 黑白条纹的灰度层次与 A 扫描波形 相位和 波幅的对应性如图 2 所示 。侧向波和底波信号分别 呈有一定宽度的 、连续的黑白相间的条纹 , 中间的面 状缺陷 , 则呈现上端部信号和下端部信号转化的两 道黑白相间的条纹 , 缺陷信号的条纹显示介于侧向 波与底波信号条纹显示之间 。 所有信号的条纹显示 均为多周期信号的条纹显示 。
4
无 损 探 伤
第 34 卷
冲的振铃时间及声速还影响相邻回波的最小可分辨 距离 。振铃时间长 、声速大 , 则最小可辨距离大 , 分 辨力就差 。而脉冲的振铃时间的长短又受超声工作 频率 、探头阻尼特性的影响 , 降低工作频率和加大阻 尼均可使振铃减弱 , 从而使脉冲的 振铃时间减小 。 激励脉冲宽度也直接影响发射脉冲的振铃时间 , 彼 此之间既相互联系又相互矛盾 。
图 4 焊接缺 陷 T O FD D 扫描 显示与 A 扫描波形显示
2 TOFD 缺陷定位定量图谱
2 .1 图像测量工具 TOFD 的变量主要有 :两探头间距(PSC)、材料
厚度 、声速 、换能器延迟声程 , 以及侧向波传送和底面 反射到达时间 。对缺陷定量并非所有变量都要已知 。 比如 , 只要使用侧向波(外表面)和底面(内表面)信号 就可进行校验 , 而无需知道换能器延迟声程 、两探头 间距 、或声速 。侧向波和底面信号的到达时间输入计 算机软件 , 光标就会由缺陷上端部和下端部衍射信号 的到达时间 t1 和 t2 , 自动测深定高 , 见图 5 。
图 8(a)是壁厚中间未熔合 , 图 8(b)是中心线裂 纹 。注意 , T OFD 信号不成线性关系 , 壁厚中间缺陷 显示在图像 1/3 厚度区域 。 要使 T OFD 扫描线性 化 , 可通过计算机软件特意设置 。
注 :图中标注数值是英寸值 (a) 壁厚中间未熔合的测深定高
(a) 偏离焊缝轴线的缺陷检测
由缺陷不确定性引起定位定量产生误差的示意 图见图 6(b)。 但这种误差较小 , 一般是允许的 , 原 因是偏离轴线的位置(即偏心距)小于 10 %, 而且由 于缺陷上端部和下端部偏离值相同 , 实际误差还要 小些 。最大的定量问题是靠近底面的小缺陷 。精确 的误差值取决于检测参数 。
通过调整缺陷上下端部信号的光标线位置 , 测出具 体数值 。以下列举两例 , 说明焊缝缺陷的 T OF D 测 深(板厚 25mm)特点 。
1 .4 TOFD 缺陷图像及坐标示例 实际焊接缺陷的 T OF D 图像示例见图 4 。图中
水平轴表示时基轴 , 垂直轴表示移动轴(与图 3 同)。 侧向波是位于左侧的相当强的多周期脉冲图像 , 底 波是位于右侧的相当强的多周期脉冲图像 。缺陷显 示为侧向波与底面信号之间的多周期灰白相间的波 纹 。扫描图中示有几个分开的缺陷 :未熔合 、密集气 孔和夹渣 。 超声波噪声通常来自晶粒反射 , 因而限 制了实际可用频率 。 T OFD 扫描图像可只显示有噪 声的侧向波(上表面)和底面反射波(下表面)。 在底 面反射波后面 , 还会有其他超 声信息 , 如横波衍射 等 , 但一般情况下并不使用 。
度 , 可通过在缺陷左右两端调整双曲线位置测出具 体数值(见图 7)。
图 7 T O FD 缺陷双曲线截尾测 长
2 .4 缺陷测深定高 —光标计测方法 缺陷在板厚方向的高度 , 可在 T OF D 图像上 ,
注 :图中标注数值是英寸值 (b) 中心线裂纹的测深定高 图 8 T O FD 缺陷光标测深定高
图 3 标准 TO F D 布置与 A 扫描射频波形及信号相位显示
图 5 T O FD 缺陷测高工具
2 .2 缺陷定位定量及误差问题 缺陷并不总是对称地出现在发射和接收探头的
第5期
李 衍 :超声 T OFD 检测读谱
3பைடு நூலகம்
中间 。通常 , 是用一对探头 , 其间距中点对准焊缝轴 线 。 但可用多重 T OFD 配置 , 即用多对 T OFD 探头 横跨被检焊缝 , 特别是检测厚壁容器 , 用设定的多种 PCS 来改善检测效果 。 而且 , 缺陷往往也不一定位 于焊缝中心线上 , 如图 6(a)所示 ;这种情况往往会 引起定位定量错评误断 。
⑴ 横波 -横波衍射 ;⑵ 纵波 -横波衍射 ;⑶ 单
探头衍射(背面衍射)或顶端回波法 ;⑷ 焊缝或缺陷 同侧双晶 T OFD ;⑸ 形状复杂的工件如管座组合焊 缝的检测 。
1 TOFD 成像原理图谱
1 .1 成像基础 T OF D 数据通常显 示为数字化 A 扫描的灰度
级条纹图像 , 此灰度级条纹由 A 扫描(或波形)信号 转化而来(见图 1)。
3 TOFD 典型焊接缺陷读谱
3 .1 单种缺陷显示读谱 3 .1 .1 点状缺陷
气孔之类的点状缺陷 , 在 T OFD 图像中显示为 侧向波和底波信号之间的多周期点(见图 9)。因缺 陷高度小于脉冲振铃距离＊(通常为 2 m m ～ 3mm , 取决于换能器频率和阻尼), 一般显示为单个信号 。 点状缺陷通常呈抛物线状 , 信号朝底面跌落 。
关键词 :T OFD ;D 显示 ;A 显示 ;灰度条纹 ;缺陷图谱 ;显示判读 中图分类号 :T G115 .28 文献标志码 :A 文章编号 :1671-4423(2010)05-01-08
Recognition and Interpretation of Ultrasonic TOFD Examination Images
注 ＊:振铃是指探头受电激励截止后产生声波 余振动的长短 , 理想的情况是当施加于探头的电激 励脉冲结束后 , 振动立即停止 , 但事实上这是无法做 到的 。 由于它会严重影响超声系统的纵向分辨力 , 因此希望探头产生余振(振铃)的时间越短越好 。当 两个界面距离相隔太近时 , 若发射脉冲的振铃时间 长 , 则第 1 个回波的后沿将与第 2 个回波的前沿混 在一起 , 以致无法分辨产生这 2 个回波的界面 。 脉
图 2 A 扫描波形与 D 扫描图像的相关性
1 .3 相位信息特征 T OFD 灰度级条纹图显示相位信息 , 有些信号
呈白 -黑 -白条纹 , 有些则呈黑 -白 -黑条纹 。 借 此可识别波源(缺陷上端部或下端部等), 也可用于 缺陷定量 。 根据入射脉冲的相位(通常为负电压), 侧向波是正相位 ;随后 , 第一个衍射(缺陷上端部)信 号是负相位 , 第二个衍射(下端部)信号是正相位 , 而 底面信号是负相位 。 典型的 T OF D 布置和 A 扫描 射频波形及正负相位显示的图例见图 3 。此相位信 息对 T OFD 检 测图像 信号的 解释评 定很 有用 , 因 此 , 射频(RF )信号和不检波 信号常用于 T OF D 检 测 。 图像中的相位信息可用于正确识别和表征信号 属性(如缺陷上端部和下端部 , 以及缺陷类别等), 也 可用于缺陷准确测深定高 。
Abstract :T his article intro duces t he relevant requi rement s of T OF D im ag e reco gni tion and i nt erpret ation , i ncludi ng t he f ollow ing f our aspect s :detection pri nciples , locatio n and measurement , reco gni tion and charact erization o f ty pical f law s , and judgment o f image -self qualit y .Al l of the above requi rement s are specified i n the authorized i nt ernat ional Code .Being familiar w it h t he basic skill o f reading and i nt erpret ation o f T OF D im ag es is t he bo t tle neck o f grasping T OFD diag no stic techniques f or w elded joint s i n pressure equipment .
Keywords :TOF D ;D-scan ;A-scan ;G ray scale i mage di splay ;Image o f flaw s ;Int erpret atio n of display .
超声波衍射时差法(T OFD)诞生于上 世纪 70 年代初 , 推行于 90 年代中 ,"立法入标"首见英标 BS 7706 (1993), 随 后 有 欧 标 ENV583 -6 (2000), C EN/ T S 14751(2004), 日 标 NDIS 2423 (2001)。 美标则首见于 ASM E 规范案例 2235(1996), 后入 ASM E(2007)第 Ⅴ卷第 4 章附录 。 这里介绍有关超 声 T OF D 图谱识别和评定方面的内容 。
图 9 点状缺陷 T O FD 图像
3 .1 .2 底面开口缺陷 有底面开口缺陷时 , 侧向波条纹显示不中断 , 见
图 10 , 缺陷信号条纹靠近底面 , 底波信号条纹有相应 中断或开口现象(程度取决于底面开口缺陷尺寸)。
图 11 表 面开口缺陷 T O FD 图像
度 。另外 , 在缺陷上端部信号的左右两端 , 还很容易 看到双曲线形态(类似于点状缺陷的效应), 因而易 于对缺陷准确测长 。
衍射是一种常见的超声波现象 , 不只有典型的 T OFD 检测中使用的纵波 -纵波衍射 , 还存在于多 种条件下 。 承压设 备的国际权威法 规 —ASME 最 新版 , 以较长篇幅(20 页)提供的 T OFD 图谱识别指 南 , 主要是指纵波 -纵波衍射的 T OF D 布置 , 此时 一发一收的两探头放在被检平板 、管子或曲面容器 焊缝的两侧 。其他产生和接收衍射波的方式还有 :
图 1 A 扫描波形转化为不同等级的灰度条纹
2
无 损 探 伤
第 34 卷
1 .2 黑白条纹与射频波形的对应性 T OFD 图像一般是由 A 扫描的射频波 形转换
集积而成的黑白条纹显示(通常称为 D 扫描显示), T OFD 黑白条纹的灰度层次与 A 扫描波形 相位和 波幅的对应性如图 2 所示 。侧向波和底波信号分别 呈有一定宽度的 、连续的黑白相间的条纹 , 中间的面 状缺陷 , 则呈现上端部信号和下端部信号转化的两 道黑白相间的条纹 , 缺陷信号的条纹显示介于侧向 波与底波信号条纹显示之间 。 所有信号的条纹显示 均为多周期信号的条纹显示 。
4
无 损 探 伤
第 34 卷
冲的振铃时间及声速还影响相邻回波的最小可分辨 距离 。振铃时间长 、声速大 , 则最小可辨距离大 , 分 辨力就差 。而脉冲的振铃时间的长短又受超声工作 频率 、探头阻尼特性的影响 , 降低工作频率和加大阻 尼均可使振铃减弱 , 从而使脉冲的 振铃时间减小 。 激励脉冲宽度也直接影响发射脉冲的振铃时间 , 彼 此之间既相互联系又相互矛盾 。
图 4 焊接缺 陷 T O FD D 扫描 显示与 A 扫描波形显示
2 TOFD 缺陷定位定量图谱
2 .1 图像测量工具 TOFD 的变量主要有 :两探头间距(PSC)、材料
厚度 、声速 、换能器延迟声程 , 以及侧向波传送和底面 反射到达时间 。对缺陷定量并非所有变量都要已知 。 比如 , 只要使用侧向波(外表面)和底面(内表面)信号 就可进行校验 , 而无需知道换能器延迟声程 、两探头 间距 、或声速 。侧向波和底面信号的到达时间输入计 算机软件 , 光标就会由缺陷上端部和下端部衍射信号 的到达时间 t1 和 t2 , 自动测深定高 , 见图 5 。
图 8(a)是壁厚中间未熔合 , 图 8(b)是中心线裂 纹 。注意 , T OFD 信号不成线性关系 , 壁厚中间缺陷 显示在图像 1/3 厚度区域 。 要使 T OFD 扫描线性 化 , 可通过计算机软件特意设置 。
注 :图中标注数值是英寸值 (a) 壁厚中间未熔合的测深定高
(a) 偏离焊缝轴线的缺陷检测
由缺陷不确定性引起定位定量产生误差的示意 图见图 6(b)。 但这种误差较小 , 一般是允许的 , 原 因是偏离轴线的位置(即偏心距)小于 10 %, 而且由 于缺陷上端部和下端部偏离值相同 , 实际误差还要 小些 。最大的定量问题是靠近底面的小缺陷 。精确 的误差值取决于检测参数 。
通过调整缺陷上下端部信号的光标线位置 , 测出具 体数值 。以下列举两例 , 说明焊缝缺陷的 T OF D 测 深(板厚 25mm)特点 。
1 .4 TOFD 缺陷图像及坐标示例 实际焊接缺陷的 T OF D 图像示例见图 4 。图中
水平轴表示时基轴 , 垂直轴表示移动轴(与图 3 同)。 侧向波是位于左侧的相当强的多周期脉冲图像 , 底 波是位于右侧的相当强的多周期脉冲图像 。缺陷显 示为侧向波与底面信号之间的多周期灰白相间的波 纹 。扫描图中示有几个分开的缺陷 :未熔合 、密集气 孔和夹渣 。 超声波噪声通常来自晶粒反射 , 因而限 制了实际可用频率 。 T OFD 扫描图像可只显示有噪 声的侧向波(上表面)和底面反射波(下表面)。 在底 面反射波后面 , 还会有其他超 声信息 , 如横波衍射 等 , 但一般情况下并不使用 。
度 , 可通过在缺陷左右两端调整双曲线位置测出具 体数值(见图 7)。
图 7 T O FD 缺陷双曲线截尾测 长
2 .4 缺陷测深定高 —光标计测方法 缺陷在板厚方向的高度 , 可在 T OF D 图像上 ,
注 :图中标注数值是英寸值 (b) 中心线裂纹的测深定高 图 8 T O FD 缺陷光标测深定高
图 3 标准 TO F D 布置与 A 扫描射频波形及信号相位显示
图 5 T O FD 缺陷测高工具
2 .2 缺陷定位定量及误差问题 缺陷并不总是对称地出现在发射和接收探头的
第5期
李 衍 :超声 T OFD 检测读谱
3பைடு நூலகம்
中间 。通常 , 是用一对探头 , 其间距中点对准焊缝轴 线 。 但可用多重 T OFD 配置 , 即用多对 T OFD 探头 横跨被检焊缝 , 特别是检测厚壁容器 , 用设定的多种 PCS 来改善检测效果 。 而且 , 缺陷往往也不一定位 于焊缝中心线上 , 如图 6(a)所示 ;这种情况往往会 引起定位定量错评误断 。
⑴ 横波 -横波衍射 ;⑵ 纵波 -横波衍射 ;⑶ 单
探头衍射(背面衍射)或顶端回波法 ;⑷ 焊缝或缺陷 同侧双晶 T OFD ;⑸ 形状复杂的工件如管座组合焊 缝的检测 。
1 TOFD 成像原理图谱
1 .1 成像基础 T OF D 数据通常显 示为数字化 A 扫描的灰度
级条纹图像 , 此灰度级条纹由 A 扫描(或波形)信号 转化而来(见图 1)。
3 TOFD 典型焊接缺陷读谱
3 .1 单种缺陷显示读谱 3 .1 .1 点状缺陷
气孔之类的点状缺陷 , 在 T OFD 图像中显示为 侧向波和底波信号之间的多周期点(见图 9)。因缺 陷高度小于脉冲振铃距离＊(通常为 2 m m ～ 3mm , 取决于换能器频率和阻尼), 一般显示为单个信号 。 点状缺陷通常呈抛物线状 , 信号朝底面跌落 。
关键词 :T OFD ;D 显示 ;A 显示 ;灰度条纹 ;缺陷图谱 ;显示判读 中图分类号 :T G115 .28 文献标志码 :A 文章编号 :1671-4423(2010)05-01-08
Recognition and Interpretation of Ultrasonic TOFD Examination Images
注 ＊:振铃是指探头受电激励截止后产生声波 余振动的长短 , 理想的情况是当施加于探头的电激 励脉冲结束后 , 振动立即停止 , 但事实上这是无法做 到的 。 由于它会严重影响超声系统的纵向分辨力 , 因此希望探头产生余振(振铃)的时间越短越好 。当 两个界面距离相隔太近时 , 若发射脉冲的振铃时间 长 , 则第 1 个回波的后沿将与第 2 个回波的前沿混 在一起 , 以致无法分辨产生这 2 个回波的界面 。 脉
图 2 A 扫描波形与 D 扫描图像的相关性
1 .3 相位信息特征 T OFD 灰度级条纹图显示相位信息 , 有些信号
呈白 -黑 -白条纹 , 有些则呈黑 -白 -黑条纹 。 借 此可识别波源(缺陷上端部或下端部等), 也可用于 缺陷定量 。 根据入射脉冲的相位(通常为负电压), 侧向波是正相位 ;随后 , 第一个衍射(缺陷上端部)信 号是负相位 , 第二个衍射(下端部)信号是正相位 , 而 底面信号是负相位 。 典型的 T OF D 布置和 A 扫描 射频波形及正负相位显示的图例见图 3 。此相位信 息对 T OFD 检 测图像 信号的 解释评 定很 有用 , 因 此 , 射频(RF )信号和不检波 信号常用于 T OF D 检 测 。 图像中的相位信息可用于正确识别和表征信号 属性(如缺陷上端部和下端部 , 以及缺陷类别等), 也 可用于缺陷准确测深定高 。
![[超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/8e34eaaa0722192e4536f6b4.webp)
