【摘要】本文重點介紹超聲TOFD法的工作原理，探頭典型分布、測試系統(tǒng)的核心要求與測試技術(shù)的實施要點，其目的是對這一新技術(shù)在中國市場上的普及奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】超聲；TOFD法；原理；探頭布置；檢測系統(tǒng)；工藝要點

從二十世紀(jì)九十年代開始，超聲TOFD（衍射時差）法在西方國家的工業(yè)無損測試中實現(xiàn)了全面普及，日本、英國、美國等陸續(xù)頒布了相關(guān)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。近期，中國也在進(jìn)行全方位地應(yīng)用與探索，專門研制便攜型設(shè)備等。本文針對這一新技術(shù)的工作原理、探頭典型分布、測試系統(tǒng)的核心要求與測試技術(shù)的實施要點等，進(jìn)行了具體闡述。

TOFD（Time Of Flight Diffraction）技術(shù)則是在1970年經(jīng)美國哈威爾無損檢測機構(gòu)所創(chuàng)建。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，英標(biāo)準(zhǔn)BS 7706得以形成。從1996年之后，美ASME把其歸置到典型要案224第III卷《無損檢測》目錄（fal2002年歐美各自設(shè)定專一標(biāo)準(zhǔn)），大當(dāng)前，TOFD和相控陣技術(shù)相融合，彼此推動，針對壁厚不一的承壓機械焊接接頭的生產(chǎn)與在役測試。

一、TOFD法應(yīng)用特征和注意事項

超聲TOFD法和一般的UT技術(shù)有區(qū)別，它能夠進(jìn)行物料探傷、缺陷定位與定量，該方法并非是通過脈沖回波幅度對缺陷進(jìn)行定量分析，卻是通過脈沖傳遞時間進(jìn)行檢測。

對于TOFD方法來說，其應(yīng)用是選擇相同規(guī)格、相同頻率、相同角度的縱波斜探頭，根據(jù)特定間距將其放在被測焊縫兩端，通過D型掃描來檢測；也能夠通過B型掃描進(jìn)行檢測。

假若檢測工作要求盡快、準(zhǔn)確地進(jìn)行探傷且定量，TOFD法具備獨特優(yōu)勢，它能夠針對承壓機械各類規(guī)格的厚板、徑長的筒體或管材對接接頭進(jìn)行探傷與定量測試。不過針對個別相對復(fù)雜的性狀，例如管座角焊接、三通類分支焊接等，必須利用獨特的裝卸方法，方可進(jìn)行探傷與定量測試。

在TOFD方法里，選擇的回波幅度包括三個方面的內(nèi)容：1）必須讓檢測的缺陷所形成的脈沖和局部基底噪音（比如超聲晶粒散射）進(jìn)行鑒別，需證實已知或?qū)崪y的脈沖和超聲傳遞路程與位點的內(nèi)心聯(lián)系，以此來確定實測結(jié)果的準(zhǔn)確性，以此需要利用波幅法進(jìn)行；2）要按照面狀缺陷上下側(cè)的回波幅度，對缺陷表層提供關(guān)鍵信息；3）要按照人工缺陷形成的脈沖幅度，來證實全系統(tǒng)校對在一次或多次實測里，沒有出現(xiàn)變化。

二、幾個關(guān)鍵術(shù)語

1、D一掃描

在探頭順著焊縫（或缺陷）徑長進(jìn)行垂直于聲束方向的變化的情況下，經(jīng)整理信息來描繪出焊縫或缺陷的縱切面結(jié)構(gòu)圖。D—掃描則是指TOFD方法缺陷測度期間的重要描繪方法，也可以叫做縱向掃描或非水平掃描。

2、B一掃描

在探頭順著聲束水平方向進(jìn)行橫切焊縫或缺陷的橫切面變化的情況下，經(jīng)整理信息來描繪出焊縫或缺陷的橫切面結(jié)構(gòu)圖。B—掃描則是指在進(jìn)行缺陷測試之后，對缺陷進(jìn)行有效定量、定位檢測。也可以叫做橫向掃描或水平掃描。

3、側(cè)向波

當(dāng)探測面正處于平面或凸面的情況下，在兩個TOFD探頭之間進(jìn)行水平傳遞的聲波，也可以叫做縱波。

4、爬波

當(dāng)探測面正處于平面或凹面的情況下，在兩個TOFD探頭之間進(jìn)行水平傳遞的聲波，也可以叫做縱波。

說明：平面是在凸面和凹面之間的形態(tài)，適用于爬波和側(cè)向波。

三、工作原理

1、超聲和缺陷的相互作用

在分析TOFD方法的技術(shù)原理之前，需要了解一下超聲波和缺陷彼此作用的工作原理。當(dāng)超聲體積波和裂痕類面狀缺陷彼此產(chǎn)生作用之后，就算是不考慮波形轉(zhuǎn)變反應(yīng)，超聲能力也能夠劃分成五大能力，不管在哪一個角度探察，都能夠看到此類能力的差異化組合。此能力是：1）非涉及相互作用的入射波（前沿端）；2）裂痕表層的鏡面反射波；3）經(jīng)裂痕表層粗糙度與若干個小裂面而形成的散射波、皿裂痕端處形成的衍射縱波、煙裂痕端處形成的衍射錐波、衍射橫波，這些均為獨立的脈沖波，也能夠認(rèn)定是相互作用而創(chuàng)建的復(fù)合脈沖波，其受到探察角度、脈沖長度等要素的干擾。

由此來看，缺陷和波源、接收設(shè)備（探頭）的方向是相對應(yīng)的，能夠會對此類能力的作用造成干擾，不過缺陷本身表層粗糙度的調(diào)整，則會影響鏡面反射波、散射波的能力分瓶聲透射率的調(diào)整，以此會對全部分量的布局造成干擾。

2、缺陷端點衍射

經(jīng)過以上介紹，若超聲波在物料里進(jìn)行傳遞，碰到平面狀缺陷，且與其形成相互作用的條件下，排除形成常規(guī)的反射波之外，也需在缺陷端處形成衍射波。假設(shè)這一衍射能力是由缺陷尖處形成的，其則在某個角度領(lǐng)域中輻身水由于缺陷信號能夠選擇一對探頭由一系列不一樣方向進(jìn)行記載，所以這一衍射能力能夠進(jìn)行缺陷測試。也由于衍射波的空間（或時間）間隔和缺陷高度有一定的正比例關(guān)系，所以這一衍射能力也能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行定量測試，TOFD法可選擇縱波，其原因是和橫波進(jìn)行對比，其縱波的速度快，以此能夠提前抵達(dá)，從而讓信號闡釋簡略處理。

3、探頭對檢測分布

需把超聲衍射波傳遞時間的定義適用于缺陷的測試、定量與定位忽視波型變化反應(yīng)（簡略介紹），描繪出有超聲能力受限傳遞路徑的聲程，TOFD法適用于焊縫測試的特殊探頭對分布包括四個，其分別是：①平面測試分布；②凸面測試分布；③凹面測試分布；④異面測試分布。

4、缺陷定位定量

由面狀缺陷下端處至接收探頭的能力，延緩于由面狀缺陷下端出至接收探頭的能力，這一時間延緩量，就是指缺陷高度量，同時，缺陷上下端處形成的兩個衍射脈沖，一直處在順著試件表層傳遞的聲脈沖之后，可在試件底端形成的反射脈沖之前，所以，一般能夠找到缺陷掩埋高度位點、缺陷本身高度的相關(guān)數(shù)據(jù)，缺陷深、高數(shù)據(jù)更直接、有效。假如缺陷正處在試件的上表層，那么側(cè)面波則會遭遇到阻截。

四、小結(jié)

經(jīng)過以上對超聲TOFD法的應(yīng)用特點、工作機理等方面的介紹，我們可以更清楚地掌握探頭典型分布、測試系統(tǒng)的核心要求與測試技術(shù)的實施要點，同時可以更專業(yè)地學(xué)習(xí)其對應(yīng)的相關(guān)專業(yè)術(shù)語，以此在未來的應(yīng)用中，真正地發(fā)揮TOFD法的價值與功效，并借此擴大了TOFD法在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍。

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【作者簡介】

閆軍帥（1990—），男，山東濱州人，中國石化集團(tuán)勝利石油管理局海上石油工程技術(shù)檢驗中心助理工程師，主要研究方向：AUT應(yīng)用。