TOFD检测基本程序Word文档格式.docx

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超声探头………………………………………………………………………..…13-15

扫查器………………………………………………………………………………..16

仪器设置程序………………………………………………………………………..16

基本信息…………………………………………………………………………..…16

探头的选择以及探头的间距………………………………………………………..16

探头的选择…………………………………………………………………………16-17

探头的间距…………………………………………………………………………..17

时间窗口设置………………………………………………………………………..18

灵敏度的设置………………………………………………………………………..18

扫查分辨力设置……………………………………………………………………..18

扫查速度设置………………………………………………………………………..18

系统检查……………………………………………………………………………..18

6.0数据分析以及解释…………………………………………………………………..19

6.1缺陷的基本分析……………………………………………………………………..19

6.1.1基础…………………………………………………………………………………..19

6.1.2缺陷的特点…………………………………………………………………………..19

6.1.2.1表面开口缺陷的特点……………………………………………………………….19

6.1.2.2底面开口缺陷的特点……………………………………………………………….19

6.1.2.3埋藏性缺陷的特点………………………………………………………………….20

6.1.3缺陷位置的计算…………………………………………………………………….20

6.1.4缺陷长度的计算…………………………………………………………………….20

6.1.5缺陷深度以及自身高度的计算…………………………………………………….21

6.1.5.1表面开口缺陷………………………………………………………………………..21

6.1.5.2底面开口缺陷…………………………………………………………………….….21

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6.1.5.3埋藏性缺陷…………………………………………………………………………..21

6.2缺陷详细分析………………………………………………………………………..22

6.2.1附加的扫查………………………………………………………………………….22

6.2.1.1扫查中较低的检测频率……………………………………………………………..22

6.2.1.2扫查中较高的检测频率……………………………………………………………..22

6.2.1.3扫查中减少探头的角度……………………………………………………………..22

6.2.1.4扫查中不同的探头偏离中心距离…………………………………………………..23

6.2.2附加计算法…………………………………………………………………………...24

7.0复杂几何形状的缺陷的检出以及定量……………………………………………..24

8.0技术的局限性………………………..……………………………………………....24

8.1精度以及解晰度……………………………………………………………………..25

8.1.1侧向波位置的误差…………………………………………………………………...25

8.1.2时间的误差…………………………………………………………………………...25

8.1.3声速的误差…………………………………………………………………………...25

8.1.4探头间距的误差……………………………………………………………………...26

8.1.5空间解晰度…………………………………………………………………………...26

8.2盲区……………………………………………………………………………………26

9.0检测报告………………………………………………………………………………27

10.0参考试块

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1．0，范围以及局限性

此程序用于低合金钢中不连续缺陷的检测以及定量，是TOFD方法检测的一般程序，所用的标准是EN583-6

这种方法同样适用于其它类型的材料，用TOFD技术必须考虑到材料的几何特性，声学特性，以及检测灵敏度

除非在参考文件中有特别的要求，此程序已给出了最基本的要求

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2．0参考标准

这个基本程序是结合参考书，其它的出版物编制而成。

本程序中所引用的这些标准参考资料已在下面列出。

对于标注日期的参考资料使用更改或修订过的版本。

对于没有标注日期的参考资料，使用其最新版本。

EN473NDT个人资格以及认证---基本程序

ASNT-TC-1AASNT美国无损检测考试委员会，无损检测个人资格以及认证的标准

ISO9712：

2005en国际标准，无损检测个人考试的培训，资格，以及认证

EN12062：

1997/A2：

2004en焊缝无损检测的一般规则，对象是铁素体材料

EN12668-1超声检测---超声检测设备的不同特点，第一节，仪器

EN12668-2超声检测---超声检测设备的不同特点第二节，探头

EN12668-2超声检测---超声检测设备的不同特点第三节，组合的设备

NVN-CEN/TS14751：

2004en焊接---使用TOFD技术检测焊缝

EN583-1无损检测---超声检测---第一章，基本原理

EN583-2无损检测---超声检测---第十二章，灵敏度以及范围设定

NVN-ENV583-6：

2000en无损检测---超声检测---第六章，TOFD技术是一种可以对不连续性缺陷进行检测和定量的方法

NEN1822：

2005en对于TOFD检测技术可接受缺陷的描述

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3.0图例以及对于相应字符的定义

图1，定义坐标

X坐标平行于扫查表面，平行于预定参考线，以便检测参考线与焊缝一致，确定坐标的起点以便达到更好的检测精度

△X缺陷的长度

y坐标平行于扫查表面，可以垂直于预定参考线

△y横向位置的误差

Z坐标垂直于扫查面

△Z缺陷的高度

d缺陷尖端在表面以下的深度

δd深度误差

Dds扫查表面的盲区

Ddw底面盲区

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C声速

δc声速误差

R空间的解析度

t侧向波和第二个超声信号之间的飞越时间

δt飞越时间的误差

tw底面回波的飞越时间

S两个探头之间入射点距离的一半

δs探头间距一半的误差

W工件厚度

Deadzone盲区，是指由于几何因素指示信号被遮挡的区域

Backwalldeadzone底面盲区，在工件背面所存在的盲区

A-Scan显示超声信号幅度转换为时间

B-Scan飞越时间是通过探头移动所显示出来的

Non-parrallelscan垂直于超声束方向的扫查（见图4）

Parrallelscan平行于超声束方向的扫查（见图5）

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4.0基础

4.1技术原理

TOFD技术，是在不连续缺陷的尖端产生波型的转换，当它转换后产生衍射波，这个衍射波覆盖了较大的角度范围，那么衍射波就会检测出所存在的缺陷，记录信号的飞越时间就可以测量出缺陷的高度，那么就可以对缺陷进行定量，缺陷尺寸通常是被定义为衍射信号的飞越时间差，信号波幅与缺陷定量没有关系

图例：

1发射探头C探头角度

2接收探头d埋藏性缺陷

a侧向波e缺陷下尖端

b缺陷上尖端f底面回波

埋藏性缺陷TOFD基本结构

这个基本构造TOFD技术包括，有一定间距的超声波发射与接收探头（见图2），由于缺陷尖端的方向衍射波很微弱时，通常使用大角度的纵波探头

一次扫查一定的长度，在一次扫查中要求精确，

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当声波脉冲传送到接收探头一端，第一个信号就到达接收探头的一端，这个就是侧向波，侧向波是在被检工件表面下传播。

如果没有缺陷的存在，那么第二个到达接收探头的信号将是底面回波。

这两个信号都被用作参考的目的，如果忽略变形波，那么在材料中缺陷的信号将在侧向波以及底面回波之间，两个波到达以后，从发射探头到接收探头的路径就会有长和短，显而易见，通常指的是缺陷下尖端信号，缺陷A超信号的典型模式如图3中所示，缺陷的自身高度是缺陷两个尖端的飞越时间差，此时应该注意，侧向波的相位与底面回波的相位是相反的，缺陷上尖端以及下尖端的相位是相反的

无论是缺陷接近于表面，或者是贯穿于整个工件厚度，扫查两个表面的时候需要改进精度，特别近表面的缺陷时

图例

X波幅b上尖端

y时间c下尖端

a侧向波d底面回波

埋藏性缺陷的A超信号

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4.2表面状况以及耦合剂

T0FD检测时，探头必须与被检工件的表面紧密的贴合在一起，为了更有效的TOFD焊缝检测，必须注意到焊缝的形状，焊缝两边的飞溅，铁锈，涂层等等，这些都可能会影响灵敏度，根据检件来选择探头间距，所以要求有良好的表面，那样可以有更好的声速传播，声能损失小，焊缝两边的距离必须满足1.75倍的工件厚度加25mm（1.75t＋25mm），每一边都必须满足这个条件，表面要足够的平整，在边缘和表面不允许超过0.5mm的裂纹，保持清洁的表面也是对客户的一种责任。

可以使用不同的耦合介质，它们的类型要和材料一样被检测，例如，水，可能包含化学成份——变湿，结冰，腐蚀等等，耦合介质包括：

浆糊，油，干油，纤维素浆糊，还包括有水。

耦合剂应该保证不改变材料本身的特性

4．3材料以及程序类型

由于使用TOFD技术得到的是较低信号的波幅，这种方法的运用尽量减少超声波束的衰减以及扩散，它的检测对象是合金和低合金碳钢。

4．4健康，安全以及环境

在工作的所有步骤中，个人的安全以及健康是很重要的，在工作之间，应该提前做好注意事项，在VANTAGENDT中也有对环境方面的事项，这是做一个合格的工作者必要条件。

4．5个人要求

个人必须有合格的培训记录，以及有足够的经验，合格的NDT等级，而且必须达到国际所认证的合格等级---EN473NDT个人资格以及认证，ASNT-TC-1AASNT美国无损检测考试委员会，无损检测个人资格以及认证的标准ISO9712：

2005en国际标准，无损检测个人考试的培训，资格，以及认证。

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5.0一般要求

5．1基本要求

在进行TOFD检测之前，必须按照NVN-CEN/TS14751：

2004en进行指导，包括如下

---检测人员资质

---检测计划，位置，以及焊缝的特性

---确认编号

---位置指向，例如，流向，风向

---检件以及焊缝的几何形状和尺寸

---检件材料等级

---材料填充类型

---表面状况，例如，温度，以及涂层

---检测设备

---校验设备

---标度试块

---可接受性缺陷

---扫描记录

---报告格式

---对于缺陷采取的措施

5．2附加信息

操作人员可以要求更多的信息，这样有益于缺陷评定

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5.3设备的要求

5.3.1超声设备以及显示

在TOFD技术中使用超声设备，至少要遵守以下标准中的要求：

EN12668-1，EN12666-3，EN12668-3。

另外，还有如下要求

----接收探头的带宽，最低要求是0.5-2倍范围内，探头频率-6db，除非是特殊的材料和产品等级才可以使用较大的带宽，适当使用滤波

---发射脉冲可以是单级的也可以是双级的，上升时延不超过0.25倍的普通探头频率

---非调整的信号必须数字化作为取样频率至少是4倍的普通探头频率

---对于一般的设备来说包括有，超声设备和扫查器，它们将获取信号以及将信号数字化，信号采样率应该至少是每毫米扫查长度一个A扫信号，数据的获取和扫查器的移动一定要同步

---A扫信号数字化以后，呈现出来的是适当的时间数据，窗口是可编程的，将位置以及长度显示出来，传送脉冲起始值为0-200μs，窗口长度可编程为5-100μs，用这种方法信号就会被数字化，侧向波以及爬波，底波信号，变形波信号，在4.1中会详细介绍。

---A扫数字化后是作为单色灰度信号显示出来的，B扫是非平行的扫查。

---为了保存所接收到的A扫信号以及B扫信号，设备应有硬盘，软盘，以及其它可选的磁盘作为存储器，为了记录的目的，将A扫和B扫的数据备份到硬盘上。

---设备可以对收集到的信号进行平均化处理。

对于典型的TOFD信号，为达到更高的增益设置，可以使用前置放大器，它在频率范围以内可以引起谐振，前置放大器的位置应尽可能地接近接收探头。

另个值得注意的是对于缺陷的基本和高级的分析，在本书6.0中有详细的介绍

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5.3.2超声探头

TOFD技术所使用的超声探头必须达到如下的要求

---至少是两个探头，一个发射探头，一个接收探头

---类型，任何适用的探头

---波的模式，通常是纵波，使用横波探头很复杂，如有特殊的要求，可以使用。

---两个探头必须使用同样的中心频率，它们的公差应该是±

20%，对于频率的选择可以见此书5.4.2

---脉冲的长度，无论是侧向波还是底波，都不可以超过两个回合，测量得到10%的波峰

---脉冲重复频率的设置，不可以干涉到正常传送的脉冲波

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1参考线6侧向波

2探头的移动方向7缺陷上尖端

3发射波探头8缺陷下尖端

4接收探头9底面反射

5传送时间---通过整个厚度范围内的时间

图4，非平行的扫查，探头移动的方向如左图，相应的成象如右图

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1，参考线6，侧向波

2，探头移动的方向7，缺陷的上尖端

3，发射探头8，缺陷的下尖端

4，接收探头9，底面反射信号

5，传送的时间----整个厚度范围内的时间

图5，平行的扫查，探头移动的方向如左图，相应的成象如右图

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5.3.3扫查器

扫查器，必须调整两个探头入射点的间距，使之不变

扫查器的另一种功能是给超声设备提供探头的位置信息，为B扫精确定位，探头的位置信息是由编码器读出来的

TOFD所用的编码器可以是自动的，也可以是手动的

探头两个入射点的的距离的中点，与参考中心线也就是焊缝中心线的偏差是±

10%

5.4设备设置程序

5.4.1基础

探头的选择与探头晶片尺寸是非常重要的仪器设置参数，它们在很大程度上决定了精度，信噪比，区域的覆盖率。

设置程序有以下细节应该注意

-----系统足够的增益和信噪比会影响到衍射信号

-----合格的分辨率和足够的覆盖率也很重要

-----有效地使用仪器的动态范围

5.4.2探头的选择以及探头的间距

5.4.2.1探头的选择

无论是厚或者是薄的工件，合理的选择TOFD探头，可以得到好的检出率，选择这些探头不是特定的，而是根据需要选择相应的规格

对于70mm厚的铁素体钢，可以使用一对探头，为了达到好的分辨率和足够的覆盖率，必须合理的选择探头参数，以下列出了三种不同厚度的检件所需的参数

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表1，厚度小于70mm检件的探头参数的选择

对于大于70mm厚度的检件，可以进行分区检测，每一个区域覆盖不同的深度，对厚度在70-300mm的检件，为了达到良好的分辨率和足够的覆盖率，表2中列出了探头的中心频率，晶片尺寸，以及探头的角度，这些区域将被分开来检测

表2厚度在70mm-300mm检件的探头参数的选择

5.4.2.2.探头的间距

最大的衍射效率所包含的角度大约是120度，探头的排列使声束中心线可以贯穿整个深度范围，那样缺陷才可以被发现

角度偏差大于-35度或是＋45度时，会使衍射波变弱，所以最好不要用，除非是检测需要

5．4．3时间窗口的设置

在理想状态下，时间窗口的记录，从1微秒开始记录，直到侧向波到达，然后伸展到第一个底波到达，因为变形波可以用来分辨缺陷，所以时间窗口是包括第一个变形底面回波的信号

时间窗口的显示至少可以覆盖到整个深度范围内的显示

用比较小的时间窗口也是可行的，这样可以提高缺陷位置的测量精度，如在参考试块中的代表性的缺陷或人工缺陷

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5．4．4灵敏度的设置

探头的间距以及时间窗口的设置完成后，就可以进行下一步的检测

为了保证缺陷的信号在数字转换器的范围以内，就必须限制噪声信号，使超声信号大于电噪声信号。

仪器的设置——电子噪声抑制和系统增益，电子噪声信号会在侧向波这之前到达，所以要求电噪声信号至少低于超声信号6db，并不大于整个波幅范围的5%。

灵敏度的设置可以用附录A中的参考试块中的代表性缺陷以及人工缺陷调节，可以得到合理和增益设置和信噪比。

5.4.5扫查分辨率的设置

推荐使用每毫米一个A扫信号

5.4.6扫查速度的设置

扫查速度的设置可以根据前三节中的描述进行设置

5.4.7系统显示的检查

在进行检测之前，应该对仪器的记录，以及A扫进行检查

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6.0数据分析以及解释

6.1缺陷的基本分析

6.1.1基础

记录或者可接受缺陷必须满足标准中的要求，缺陷的记录有如下几个主要因素

----缺陷的位置‘X坐标，Y坐标’

----缺陷的长度

----缺陷的深度以及它的自身高度

----缺陷的类型，有如下三种，表面开口缺陷，底面开口缺陷，以及埋藏性缺陷

6.1.2缺陷的特点

对缺陷更好的描述，缺陷上尖端定义为

------可以看出来明显的相位，侧向波的相位与缺陷下尖端的相位是相同的

------可以看出来明显的相位，底波的相位与缺陷下尖端的相位是相反的，缺陷没有自身高度的时也是这样

由于信噪比太底而去辨别相位，这样没有任何意义

6.1.2.1.表面开口缺陷的特性

缺陷下尖端的衍射信号非常的弱，不过先得检查有没有足够的耦合剂，此时侧向波会断开，这种情况就会被认为表面开口缺陷

有时候侧向波没有断开只是稍微向下移，那么此时的飞越时间长了一点

6.1.2.2底面开口缺陷的特性

缺陷上尖端的衍射信号与底面回波会向上移，或者是底面回波信号会断开，这种情况会被认为是底面开口缺陷

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