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[技术交流] TOFD检测技术原理及局限性

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    2017-12-18 08:47
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    发表于 2014-5-25 17:14:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
    TOFD技术原理
    ( D% s" @6 V+ N# g- a5 M9 {9 [2 h! i  _0 L( n" [$ S
    TOFD定义
    . U% e" ~; s8 a* r4 g: g! N/ B1 P. e# ^0 E
    Time Of Flight Diffraction(TOFD)超声波衍射时差法,是一种依靠从待检试件内部结构(主要是指缺陷)的"端角"和"端点"处得到的衍射能量来检测缺陷的方法,用于缺陷的检测、定量和定位。
    " O/ ]. o. h$ Q0 g; Q# b( E' A+ Y+ J& l+ y- y6 B
    TOFD技术的来源, [, ?$ N, ^  ?! V; I) H+ Z
    ) K% k! p$ p( W, a
    TOFD技术的英文全称是Time of Flight Diffraction Technique,中文译名为衍射时差法超声检测技术。& n8 a- P' R- D+ L! ]

    + [- }) R" q- p$ J4 ZTOFD技术于20世纪70年代由英国哈威尔的国家无损检测中心silk博士首先提出,其原理源于silk博士对裂纹尖端衍射信号的研究。在同一时期我国中科院也检测出了裂纹尖端衍射信号,发展出一套裂纹测高的工艺方法,无损检测资源网但并未发展出现在通行的TOFD检测技术。
    3 x* D0 o$ b, _) b
    ! x% x- J6 M" G4 i3 x- g6 zTOFD技术首先是一种检测方法,但能满足这种检测方法要求的仪器却迟迟未能问世。详细情况在下一部分内容进行讲解。TOFD要求探头接收微弱的衍射波时达到足够的信噪比,仪器可全程记录A扫波形、形成D扫描图谱,并且可用解三角形的方法将A扫时间值换算成深度值。而同一时期工业探伤的技术水平没能达到可满足这些技术要求的水平。直到20实际90年代,计算机技术的发展使得数字化超声探伤仪发展成熟后,研制便携、成本可接受的TOFD检测仪才成为可能。但即便如此,TOFD仪器与普通A超仪器之间还是存在很大技术差别。
    ' L) U  Z" |5 [1 I) v# P
    * u0 ]  o/ L# }" h2 G4 ?3 pTOFD技术的物理原理
    : L( M: ^0 n  A! I3 M3 H9 K2 g$ s: M- ?: D' r: R9 M4 p
    衍射现象是TOFD技术采用的基本物理原理。
      `7 o6 z- B# C! d- Y2 y/ O8 @6 w% f7 n9 e( Q5 e- @
    衍射现象的解释:波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象,根据惠更斯原理,媒质上波阵面上的各点,都可以看成是发射子波的波源,其后任意时刻这些子波的包迹,就是该时刻新的波阵面。% j, i4 S. h$ x
    - V% Q! B6 f  t
    TOFD工作原理* r5 `- \+ s+ o- \0 ]- C! V; o% w
    " K" O8 R. x( l0 M; ~9 \
    TOFD技术采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测,探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中,其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收,部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。
    8 y" a1 M1 b8 B7 g) j7 v9 N' E: g2 x) K7 c7 y. a. O. c8 j
    TOFD技术优越性:
    5 Y7 j1 \. F$ `6 b( M% e' P, @) a) O; B8 l+ P6 m9 O7 E( E
    a)一次扫查几乎能够覆盖整个焊缝区域(除上下表面盲区),可以实现非常高的检测速度;8 B$ {! {& v  q1 b1 h. f6 b; L; G% A
    , e2 x$ G+ @1 |% q) I  s0 F
    b)可靠性要好,对于焊缝中部缺陷检出率很高;( \1 j# d6 t0 P
    / ?5 m3 w4 |4 J* d& Y' H
    c)能够发现各种类型的缺陷,对缺陷的走向不敏感;
    1 y  s+ x  B0 p7 l* B7 f+ x; l  Y9 {- O8 _7 a+ \7 ~
    d)可以识别向表面延伸的缺陷;! m5 I, z5 ~0 B" x2 @' o

    # q) ^  l3 U+ @% p2 g& _e)采用D-扫描成像,缺陷判读更加直观;) U1 z, u- @- J, |4 J

    0 C4 g. L9 \: G  df)对缺陷垂直方向的定量和定位非常准确,精度误差小于1mm;  T- M7 v- Q9 s3 V* p) R) [
    4 N8 u8 X3 y( i
    g)和脉冲反射法相结合时检测效果更好,覆盖率100%;6 }! W$ e6 E3 T3 U, a: P

    . t( i: S9 J4 xTOFD技术局限性:. t# t1 C6 s& A/ v

    % Y: w8 W, U+ `8 L* b) o, Ha)近表面存在盲区,对该区域检测可靠性不够* I# ^6 C. g% @/ Q* U7 a; z! d0 D

    4 s- |  R. z% s7 o1 P  ib)对缺陷定性比较困难, x0 J5 w8 d# X9 `1 V. b! f
    , m' ]9 G3 h' A/ S# j: k
    c)对图像判读需要丰富经验& g& X' \- \6 O4 S# G( }( ~, T1 {

    , Z, q6 v  \/ h* L1 C6 C5 pd)横向缺陷检出比较困难! ?8 d/ Q+ \" ]2 s
    " T! T6 ^4 I. C3 T  }# X& r4 n* E
    e)对粗晶材料,检出比较困难2 u: e) h9 a' I

    % t) D2 |& i% |% q5 `* I. wf)对复杂几何形状的工件比较难测量



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