TOFD检测通用工艺规程参考版.docx
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TOFD检测通用工艺规程参考版
衍射时差法超声检测
通用工艺规程
文件编号：
2013
编制：
审核：
批准：
XX鹰扬智能科技工程XX
1编制的目的和适用X围
为了保证本公司检测工作质量，提供准确可靠的检测数据，特制定本通用规程，本规程对衍射时差法超声检测（TOFD）中各环节质量控制要求作出了规定。
本通用规程适用于以下焊接接头的TOFD检测。
1.1材料为碳素钢或低合金钢；
1.2全焊透结构型式的对接接头；
1.3工件厚度t：
12mm≤t≤100mm（不包括焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时，取薄侧厚度值）。
1.4与承压设备有关的支撑件和结构件的衍射时差法超声检测，可参照本规程使用；对于其他细晶各向同性和低声衰减材料，也可参照本规程使用，但要考虑声速衰减。
1.5对于非特种设备的TOFD检测，参照本作业指导书执行。
2引用标准、规X、文件
2.1《承压设备无损检测》/T4730.1～5-2005
2.2《承压设备无损检测》第10部分：
衍射时差法超声检测NB/T47013.10
2.3《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-2010
2.4《钢制球形储罐》GB12337-2010
2.5无损检测术语超声检测（ISO5577:
2000）GB/T12604.1
2.6XX鹰扬智能科技工程XX质量管理体系文件
3术语定义
GB/T12604.1、/T4730.1、NB/T47013.10、本公司的《质量管理手册》、《质量管理体系文件》界定的以及下列术语和定义适用于本通用检测规程。
3.1对接接头：
焊接中两件表面构成≥135°，≤180°夹角的焊接接头。
3.2对比试块：
指按规定加工含有标准人工反射体用于TOFD检测校准的试块。
3.3模拟试块：
指按规定加工含有自然缺陷用于对TOFD检测工艺进行验证试验的试块。
3.4相关显示：
由缺陷引起的显示为。
3.5非相关显示：
由工件结构（例如焊缝余高或根部）或者材料冶金结构的偏差（例如铁素体基材和奥氏体覆盖层的界面）引起的显示。
4检测人员要求
4.1从事TOFD检测的人员应当按照相关安全技术规X要求，获得特种设备无损检测人员超声波检测TOFD专项资格，方可从事相应资格等级规定的检测工作，并负相应的技术责任。
4.2TOFD检测人员应熟悉国家、行业、本公司的有关标准、规X和规章，具有实际检测经验并掌握一定的锅炉、压力容器、压力管道结构及制造基础知识。
4.3TOFD检测报告、检测方案等技术文件的编制、审核、批准、签发人员应按本公司质量管理体系文件要求执行。
5检测设备、器材和材料
所使用的TOFD检测设备、器材和材料应能满足NB/T47013.10的要求。
5.1仪器
使用中科创新HS810eTOFD仪器。
5.2探头、楔块
5.2.1应满足NB/T47013.10标准的8.2条规定的要求。
5.2.2探头推荐性选择和设置见表5-1
表5-1探头推荐性选择和设置
工件厚度
（mm）
检测分区数或扫查次数
深度X围
（mm）
标称频率
（MHz）
声束角度α
（°）
晶片直径
（mm）
12～15
1
0～t
15～7
70～60
2～4
15～35
1
0～t
10～5
70～60
2～6
35～50
1
0～t
5～3
70～60
3～6
50～100
2
0～2t/5
7.5～5
70～60
3～6
2t/5～t
5～3
60～45
6～12
5.3扫查装置
5.3.1探头夹持部分能调整和设置探头中心间距，在扫查时保持探头中心间距和相对角度不变。
5.3.2导向部分应能在扫查时使探头运动轨迹与拟扫查线保持不变。
5.3.3驱动部分可以采用马达或人工驱动。
5.3.4扫查装置应安装位置传感器，其位置分辨率应符合工艺要求。
5.3.5扫查速度和位置分辨率应符合工艺要求。
5.3.6扫查装置的导向磁性轮要吸附性强，能保证扫查装置沿特定轨迹扫查。
5.4试块
5.4.1对比试块
5.4.1.1对比试块中的反射体的形状、尺寸、位置、数量应符合NB/T47013.10附录B的规定。
5.4.1.2采用下表5-2所列平面对比试块进行检测校准：
表501-2平面对比试块规格及适用X围
序号
对比试块厚度（mm）
规格（mm）
适用工件厚度（mm）
1
T15
150×95×15
12～16
2
T21
150×95×21
16～23
3
T30
150×115×30
23～33
4
T43
200×130×43
33～48
5
T62
250×140×62
48～68
6
T88
300×160×88
68～97
7
T122
400×180×122
97～100
5.4.1.3检测曲面工件的纵缝时，若检测面曲率半径小于150mm时，应采用曲率半径为0.9～1.5倍的曲面对比试块；当曲率半径等于或大于150mm时，可以采用平面对比试块。
5.4.2模拟试块
5.4.2.1采用下表5-3所列模拟试块对检测工艺进行验证试验。
表5-3模拟试块规格及适用X围
序号
模拟试块厚度（mm）
规格（mm）
适用工件厚度（mm）
1
T15
600×400×15
12～16
2
T21
600×400×21
16～23
3
T30
600×400×30
23～33
4
T40
600×400×40
31～44
5
T44
600×400×44
34～48
6
T60
600×400×60
46～66
7
T80
600×400×80
62～88
8
T100
600×400×100
77～100
5.4.2.2模拟试块中的缺陷类型应为工件中易出现的典型焊接缺陷，缺陷性质有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、未焊透等。
缺陷一般应平行于熔合线，若被检工件具有横向裂纹倾向时还应在模拟试块中增加横向模拟缺陷。
5.4.2.3模拟试块中的缺陷位置应具有代表性，至少应包含上表面、下表面和内部。
若模拟试块可倒置，则可用一个表面缺陷同时代表上、下表面。
5.4.2.4模拟缺陷的尺寸一般应不大于NB/T47013.10焊缝质量分级中
级规定的最大允许缺陷尺寸。
5.4.3专用试块
采用下表5-4所列专用试块对表面盲区及横向裂纹进行实际测定。
表5-4专用试块规格
序号
专用试块厚度mm
规格mm
1
T40
360×200×40
2
T60
540×240×60
5.5耦合剂
选用水、机油、甘油等，应注意实际检测用的耦合剂应与检测校准时的耦合剂相同。
5.6其它
仪器附件、耦合剂施加装置等。
6检测表面要求
6.1检测部位表面外观的形状尺寸符合有关规X要求和设计图纸规定。
6.2探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他杂质。
检测表面应平整，便于探头的扫查，表面粗糙度Ra值应不低于6.3μm，一般应进行打磨。
6.3保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷等应进行适当的修磨，并作圆滑过渡以免影响检测结果的评定；要求去除余高的焊缝，应将余高打磨到与邻近母材平齐，当扫查方式为平行扫查时，一般应要求去除余高。
6.4检测前应在工件扫查面上予以标记，标记内容至少包括扫查起始点、分段扫查长度（一般为1m或2m）、扫查方向；如有可能推荐在母材上距焊缝中心线规定的距离处画出一条线，作为扫查装置运动的参考。
6.5若需安装导向装置，应保证导向装置与拟扫查路径的对准误差不超过10％PCS。
7检测时机
7.1受检工件应经形状尺寸和外观质量检查合格后，才能进行无损检测。
7.2特殊条件下的焊接接头及有延迟裂纹倾向的材料应在焊接完成后24小时或36小时。
后进行无损检测。
还应考虑热处理状态。
8TOFD检测技术工艺
8.1TOFD检测基本程序
8.1.1原始资料查阅，了解被检工件的相关技术参数和检测要求；
8.1.2编制检测工艺；
8.1.3人员、设备、试块准备；
8.1.4检测准备，确定检测区域、探头选择和设置、扫查方式的选择、扫查面准备；
8.1.5检测系统设置和校准（设置：
A扫时间窗口、灵敏度，校准及测试：
-12dB扩散角、盲区、深度、编码器）；
8.1.6实施TOFD检测，按照所编制的检测工艺进行；
8.1.7数据分析和解释；
8.1.8缺陷评定与验收；
8.1.9发放检测报告；
8.2检测前准备
8.2.1检测前，应根据本通用检测规程并结合被检工件情况编制TOFD专用检测工艺，其至少应包括以下内容：
a）被检工件情况；
b）检测设备器材；
c）检测准备：
包括确定检测区域、探头选取和设置、扫查方式的选择、扫查面准备等；
d）表面盲区及其补充检测方法；
e）横向缺陷的补充检测方法（必要时）；
f）检测系统设置和校准；
g）检测；
h）数据分析和解释；
i）缺陷评定与验收。
8.2.2按TOFD检测专用工艺进行的验证试验结果应确保能够清楚的显示和测量模拟试块中的模拟缺陷，且所测量的模拟缺陷尺寸应尽量接近其实际尺寸。
8.3表面盲区确定
8.3.1采用非平行和偏置非平行扫查时，TOFD检测均存在扫查面盲区和底面盲区。
8.3.2TOFD检测前，应根据探头设置及所选择的扫查方式通过试验测定其扫查面表面盲区高度，并在专用检测工艺中注明。
8.3.3底面盲区可以用椭圆方程式大致判断，也可采用5.4条规定的试块进行实测，并在专用检测工艺中注明。
8.3.4对于表面盲区应采用超声波、磁粉、渗透检测方法进行补充。
且补充的检测方法应有试验支持，具体通过检测工艺试验的报告结果确定，并在专用检测工艺中注明。
8.4横向缺陷
8.4.1当采用非平行扫查或偏置非平行扫查时，TOFD检测对焊缝及热影响区中的横向缺陷检出率均较低。
8.4.2当需要检测横向缺陷时，应采取其他有效的检测方法进行补充，如按照/T4730.3中B级检测的规定进行横向缺陷的超声检测或采用使超声波声束与焊缝横截面形成一定倾角进行的TOFD特殊扫查方式等，具体通过模拟检测工艺试验的报告结果确定，并在专用检测工艺中注明。
8.5探头-12dB声场测试
每次作业前，应对所选择的探头进行-12dB声场进行测试，确定深度覆盖和底部宽度覆盖X围，一般在CSK-ⅠA试块上的R100的弧上进行。
8.5.1方法：
是利用TOFD探头一收一发模式测定，一个探头带角度楔块，一个探头不带楔块，将带角度楔块的探头以主声速角度与试块圆弧面切线位置放置，将不带楔块探头作为接收信号在圆弧面上找到最高波，并将当量调整到80%波高，此时移动不带楔块探头沿圆弧面前后移动，分别找到上扩散角和下扩散角两个20%波高位置，分别测量探头2中心到试块表面（A面）的h1、h2、h3值，并通过三角计算测得实际扩散角度。
见图-1。
8.5.2-12dB声场扩散角计算公式：
θ=90°-arcsinh/R
式中：
θ——扩散角度，
h——探头2中心点到探头1扫查面距离（mm），
R——声称距离（100mm）。
8.6与其他无损检测方法的综合应用
如有必要，在采用TOFD检测的同时，可综合应用其他无损检测方法，如对于内部缺陷检测可按照/T4730.2（射线检测）或/T4730.3（超声检测），对于表面缺陷检测可按照/T4730.4（磁粉检测）、/T4730.5（渗透检测）。
8.7现场条件要求
8.7.1工件情况要求:
检测前，了解施工方提供的被检测工件设计要求、焊缝验收标准、检测比例、焊接工艺、坡口形式、规格、材质等情况。
8.7.2环境温度要求
8.7.2.1应确保在规定的温度X围内进行检测。
8.7.2.2若温度过低或过高，应采取有效措施避免。
若无法避免，应评价其对检测结果的影响。
8.7.2.3检测校准与实际检测间的温度差应控制在20℃内。
8.7.2.4采用常规探头和耦合剂时，工件的表面温度X围为0℃～50℃之内。
超出该温度X围，可采用特殊探头或耦合剂，但应在实际检测温度下的对比试块上进行设置和校准。
8.7.3环境、安全、电气设备噪声要求
8.7.3.1应确保检测环境安全，尽量在没有噪声和干扰源的情况下进行检测。
有利于检测顺利进行和现、场检测分析。
8.7.3.2有焊接进行时，不能进行检测，易干扰检测结果和判定。
8.7.3.3有噪声和干扰源的情况下,进行检测时不能用现场电源，应使用蓄电池。
8.8检测准备
8.8.1检测区域的确定：
8.8.1.1检测区域由高度和宽度表征。
见图-2。
8.8.1.2检测区域高度为工件厚度。
8.8.1.3检测区域宽度
a）若焊缝实际热影响区经过测量并记录，检测区域宽度为两侧实际热影响区各加上6mm的X围。
b）若未知焊缝实际热影响区，检测区域宽度为焊缝本身再加上焊缝熔合线两侧各10mm的X围。
c）若对已发现缺陷的部位进行复检或已确定的重点部位，检测区域可缩减至相应部位。
8.8.1.4TOFD检测应覆盖整个检测区域。
若不能覆盖，应增加辅助检测，如对有余高的焊接接头，余高部分应按本公司的磁粉检测通用工艺辅助检测。
8.8.1.5检测区域的高度和宽度以及辅助检测所覆盖的区域，应在专用检测工艺中注明。
8.8.2探头选取和设置
8.8.2.1探头选取包括探头频率、角度、晶片大小，探头设置应确保对检测区域的覆盖和获得最佳的检测效果。
8.8.2.2一般选择宽角度纵波斜探头，每一组对探头频率相同，声束角度宜同，晶片尺寸相同。
8.8.2.3当工件厚度小于或等于50mm时，可采用一组探头对检测；
8.8.2.4当工件厚度大于50mm时，应在厚度方向分成若干区域采用不同设置的探头对进行检测。
分区检测可以使用多通道检测设备一次完成扫查；也可使用单通道检测设备，采用不同的探头设置进行多次扫查。
两种情况下，探头声束在所检测区域高度X围内相对声束轴线的声压幅值下降均不应超过12dB（声束在深度方向至少覆盖相邻分区在壁厚方向上高度的25％）。
同时，检测工件底面的探头声束与底面法线间夹角不应小于40°。
8.8.2.5探头设置应通过试验优化，在检测设置和校准时可采用对比试块调整，在对工件的扫查中可通过检测效果验证。
8.8.2.6若已知缺陷的大致位置或仅检测可能产生缺陷的部位，可选择合适的探头型式（如聚焦探头）或探头参数（如频率、晶片直径），将PCS设置为使探头对的声束交点为缺陷部位或可能产生缺陷的部位，且声束角度α=55~60°。
8.8.2.7检测前应测量探头前沿、超声波在楔块中传播的时间和按-12dB法测定各探头对的声束宽度，并在检测工艺中注明。
探头推荐性选择和设置参照表501-1确定。
8.8.3探头中心间距的设定
8.8.3.1初始扫查时，探头中心距离设置为该探头对的声束交点位于覆盖区域的2/3深度处。
见图-3
8.8.3.2一组对探头中心距离计算公式：
汇交点：
dm=2/3T
两探头中心距离：
PCS=2S=2dm·tgθ
式中：
PCS----探头中心距离mm,S----焊缝中心与探头入射点间距离mm，θ---探头折射角度，T----工件厚度mm；
8.8.3.3二组对探头中心距离计算公式：
第一分区：
0～2/5T,汇交点:
dm1=2/3·2/5T
两探头中心距离:
PCS=2S=2·dm1·tgθ
第二分区：
2/5T～T,汇交点:
dm2=2/3·T（1-2/5）+2/5T
两探头中心距离:
PCS=2dm2·tgθ
8.8.3.4对于厚度不等的工件，应以较薄侧厚度调整探头中心间距。
8.8.4扫查方式的选择
8.8.4.1非平行扫查，一般作为初始的扫查方式，用于缺陷的快速探测以及缺陷长度、缺陷自身高度的测定，可大致测定缺陷深度；见图-4
8.8.4.2偏置非平行扫查，作为初始的扫查附加方式，主要解决底部盲区，检测时应明确此时探头对称中心相对焊缝中心的偏移方向、偏移量。
检测前应根据探头对设置、实测声束宽度值和初始扫查方式，在检测工艺中注明检测覆盖区域。
见图-5
8.8.4.3平行扫查，一般针对已发现的缺陷进行，可精确测定缺陷自身高度和缺陷深度以及缺陷相对焊缝中心线的偏移，并为缺陷定性提供更多信息。
见图-6
8.8.4.4一般针对横向缺陷采用与缺陷成一定角度的非平行扫查，用于快速探测横向缺陷，可大致测定缺陷深度、长度、自身高度。
a）示意图如图-7所示
8.8.5母材检测
8.8.5.1超声波声束通过的母材区域，应按/T4730.3中5.1.4.4中的规定先用直探头进行检测或在TOFD检测的过程中进行。
8.8.5.2母材中影响检测结果的反射体，应予以记录。
8.9检测系统设置和校准
8.9.1A扫描时间窗口设置
8.9.1.1检测前应对检测通道的A扫描时间窗口进行设置。
8.9.1.2A扫描时间窗口至少应按NB/T47013.10表501-1中规定的深度X围，同时应满足如下要求：
1）若工件厚度不大于50mm时，可采用单检测通道，其时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5us以上，时间窗口的终止位置为工件底面的一次波型转换波后0.5us以上。
2）若在厚度方向分区检测时，最上层分区的时间窗口起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5us以上，最下分区的时间窗口的终止位置为底面反射波到达接受探头后0.5us以上；各分区的A扫描时间窗口在深度方向应至少覆盖相邻检测分区在厚度方向上高度的25％。
可利用检测设备提供的深度参数输入，但应采用对比试块校验时间窗口在厚度方向上的覆盖性。
8.9.2灵敏度设置
8.9.2.1检测前应设置检测通道的灵敏度。
8.9.2.2灵敏度设置方法：
1）一般应采用对比试块。
当采用对比试块上的标准反射体设置灵敏度时，需要将较弱的衍射信号波幅设置为满屏高的40～80%，并在实际扫查时进行表面耦合补偿。
2）若工件厚度不大于50mm且采用单检测通道时，也可直接在工件上进行灵敏度设置，一般将直通波的波幅设定到满屏高的40～80%；若采用直通波不适合或直通波不可见，可将底面反射波幅设定为满屏高的80%，再提高20～32dB；若直通波和底面反射波均不可用，可将材料的晶粒噪声设定为满屏高的5％～10％作为灵敏度。
有条件情况下，建议采用对比试块进行验证。
8.9.3扫查增量设置
工件厚度在12mm≦t≦100mmX围内时,扫查增量最大值为1.0mm；
8.9.4编码器校准
8.9.4.1检测前应对位置编码器进行校准。
8.9.4.2校准方法是使扫查器移动一定距离仪器显示位移与实际位移进行比较，其误差应小于1%。
8.9.5深度校准
8.9.5.1对于直通波和底面反射波同时可见的情况，其时间间隔所反映的厚度应校准为已知的厚度值。
8.9.5.2对直通波或底面反射波不可见或分区检测时，应采用对比试块进行深度校准。
8.9.5.3深度校准应保证深度测量误差不大于工件厚度的1％或0.5mm（取较大值）。
8.9.5.3对于曲面或非平面工件的纵向焊接接头，应对深度校准进行必要的调节。
8.9.6检测系统复核
8.9.6.1检测过程中检测设备开停机或更换部件时，进行复核。
8.9.6.2检测人员有怀疑时，进行复核。
8.9.6.3检测结束时，进行复核。
8.9.6.4复核要求：
1）若初始设置和校准时采用了对比试块，则在复核时应采用同一试块。
2）若为直接在工件上进行的灵敏度设置，则应在工件上的同一部位复核。
3）若复核时发现初始设置和校准的参数偏离，则按表8-1的规定执行纠正。
表8-1偏离和纠正
灵敏度
1
≦6dB
不需要采取措施，必要时可通过软件纠正
2
＞6dB
应重新设置，并重新检测上次校准以来所检测的焊缝
深度
1
偏离≦0.5mm或板厚的2％（取较大值）
不需要采取措施
2
偏离＞0.5mm或板厚的2％（取较大值）
应重新设置，并重新检测上次校准以来所检测的焊缝
位移
1
≦5%
不需要采取措施
2
＞5%
应对上次校准以来所检测的位置进行修正
8.10检测
8.10.1初始的扫查方式一般采用非平行扫查或偏置非平行扫查。
8.10.2扫查时应确保探头的运动轨迹与拟扫查路径间的误差不超过探头中心间距的10％。
8.10.3若需对焊缝在长度方向进行分段扫查（每次应小于2米），则各段扫查区的重叠X围至少为20mm。
对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少20mm。
8.10.3扫查过程中应密切注意波幅状况。
若发现直通波、底面反射波、材料晶粒噪声或波型转换波的波幅降低12dB以上或怀疑耦合不好时，应重新扫查该段区域。
若发现直通波满屏或晶粒噪声波幅超过满屏高20％时，则应降低增益并重新扫查。
8.10.4扫查时应保证扫查速度≤νmax（νmax=PRF·ΔX/N，νmax——最大扫查速度，mm/s；PRF——激发探头的脉冲重复频率，Hz；ΔX——设置的扫查增量值，mm；N——设备的信号平均次数），同时应保证耦合效果和满足数据采集的要求。
8.10.5通过底面盲区计算认为需要进行偏置非平行扫查时，应在焊缝中心线两侧各增加一次偏置非平行扫查，偏心距离一般取底面检测宽度的1/4。
8.10.6对扫查面盲区有条件下，可采用双面检测。
8.10.7若焊缝中可能存在横向缺陷时，采取措施使超声波声束与焊缝横截面形成一定的倾角进行检测。
8.11数据文件的命名规则
8.11.1数据文件的命名应包括：
工件编号、焊缝编号、扫查部位号等。
8.11.2对返修复检部位应加返修标记和次数（即R1···n），对扩探部位检测应加K。
8.12焊缝检测记录
8.12.1检测前应绘制示意图，包括工件编号、焊缝编号、分段检测位置编号、检测面区分标志。
8.12.2分段受检焊缝应有分段标识，起始点用“0”表示，扫查方向用箭头“→”表示，并用记号笔划定，标识应对扫查无影响。
8.12.3检测完成后绘制检测部位图，作为原始记录。
9检测数据分析和解释
9.1检测数据的有效性评价
9.1.1分析数据之前应对所采集的数据进行评估以确定其有效性，应满足如下要求：
9.1.2数据是基于扫查增量的设置而采集的；
9.1.3采集数据量满足所检测焊缝长度的要求；
9.1.4数据丢失量不得超过整个扫查的5%，且不允许相邻数据连续丢失。
9.1.5采集的数据量应满足以下要求：
各段扫查区的重叠X围至少为20mm。
对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少20mm。
9.1.6信号波幅改变量应在12dB以上X围之内。
9.1.7若数据无效，应纠正后重新进行扫查。
9.2相关显示和非相关显示
9.2.1相关显示是由缺陷引起的显示为相关显示，应进行分类并测定其位置和尺寸。
9.2.2非相关显示是由由于工件结构或者材料冶金结构的偏差引起的显示为非相关显示。
对于非相关显示，应记录其位置。
9.2.3非相关显示的确认和记录
1）查阅加工和焊接文件资料。
2）根据反射体的位置绘制反射体和表面不连续的截面示意图。
3）根据检测工艺对包含反射体的区域进行评估。
4）可辅助使用其他无损检测技术进行确定。
9.2.3相关显示的分类
9.2.3.1相关显示分为表面开口型缺陷显示、埋藏型缺陷显示和难以分类的显示。
9.2.3.2表面开口型缺陷显示分为扫查面开口型、底面开口型、穿透型三类。
9.2.3.3对表面开口型缺陷数据
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