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1、TOFD检测工艺 中国特种设备检测研究院 无损检测技术中心 杨 齐,2,主要内容,一、TOFD工艺编制关键参数 二、案例讲解,一、TOFD工艺编制关键参数 1、TOFD工艺编制至少应包含的内容 被检工件情况； 检测设备器材； 检测准备：包括确定检测区域、厚度分区及探头设置、扫查方式的选择、扫查面准备等； 表面盲区及其补充检测方法； 横向缺陷的补充检测方法（必要时）； 检测系统设置和校准； 检测； 数据分析和解释； 缺陷评定与验收。,2021/9/13,3,2021/9/13,4,2、关键参数确定 检测区域 a）检测区域由其高度和宽度表征。 b）若焊缝实际热影响区经过测量并记录，检测区域宽度为两
2、侧实际热影响区各加上6mm的范围。 c）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的范围。 d）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。,2021/9/13,5,厚度分区及PCS的计算（NB/T 47013.10-2010),2021/9/13,6,实例：工件厚度150mm 按照NB/T47013.10标准，分为3个区检测： 1、0mm30mm 2、30mm90mm（22.5mm90mm） 3、90mm150mm（75mm150mm） 探头中心间距PCS计算 第一分区：7.5MHz3mm探头，70度楔块 聚焦点：30*(2/3
3、)=20mm，故PCS=2*tg70*20=110mm 第二分区：5MHz6mm探头，60度楔块 聚焦点：(9030)*(2/3)+30=70mm,故PCS=2*tg60*70242mm 第三分区：3.5MHz9.5mm探头，55度楔块 聚焦点：(15090)*(2/3)+90=130mm,故PCS=2*tg55*130371mm,2021/9/13,7,探头声场的计算及厚度方向覆盖验证 声束覆盖范围计算公式：,折射角公式,声束半扩散角公式,实例（以第二分区为例）： 5MHz6mm探头，60度楔块，工件中纵波声速5.95mm/us 楔块中纵波声速2.4mm/us,计算步骤： （1）由折射角公式
4、计算出楔块中纵波入射角： （2）计算楔块中纵波的声束扩散角： （3)计算楔块中纵波的声束上下边界角： （4）计算钢中纵波的声束上下边界角：,2021/9/13,8,2021/9/13,9,厚度方向覆盖验证： 根据以上12dB声束扩散角的计算，采用 5MHz6mm探头，60度楔块时，声束下半扩散角为47.22 ，上半扩散角为84.0。 第二分区覆盖厚度为：22.5mm90mm，PCS=242mm 在焊缝的中心线上， 12dB声束覆盖深度范围为： 经计算，满足厚度方向上深度覆盖的要求。 实际工作中，应在对比试块上通过对各深度缺陷的检测效果进行验证。,2021/9/13,10,表面盲区,表面盲区是T
5、OFD技术的固有局限性,扫查面表面盲区,8mm,理论上： 直通波宽度所反映的厚度 试算：若采用5M、 6mm、60度探头对检测壁厚t=40mm工件，直通波周期数为1，则表面盲区高度？ PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92 T=1/5=0.2*10-6s V*T=ABC-PCS，得到ABC=93.18mm, 则x=7.4mm,A,B,C,扫查面表面盲区 表面开口缺陷表面盲区高度 近表面不开口缺陷表面盲区高度 实测值取其中较大值。,2021/9/13,11,2021/9/13,12,对于表面盲区应采取其他有效的检测方法进行补充，如对扫查面和底面可按照JB/T 4730.34730.6
6、标准进行超声、磁粉、渗透或涡流检测等。 如：爬波检测 优点： 1、受工件表面刻痕、不平整、凹陷、液滴等的干扰较小，有利于检测近表面缺陷。 2、易安装于扫查架实现焊缝整体检测 缺点： 衰减快，检测距离较小,底面盲区 主要是轴偏离盲区,4mm,3mm,2mm,1mm,椭圆曲线方程为： x2/a2+y2/b2 = x2/(0.5PCS)2+t2+y2/t2 =1 试算：若采用5M、 6mm、60度探头对检测壁厚t=40mm工件，X型坡口，底面焊缝宽度20mm，则熔合线处的底面轴偏离盲区高度？ PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92，则a=(462+402) 1/2=61,b=t=40,
7、椭圆方程为： x2/612+y2/402 =1。 将x=10代入得：y=39.5 故熔合线处的底面轴偏离盲区高度为40-39.5=0.5mm,2021/9/13,14,x,y,2021/9/13,15,横向缺陷 横向缺陷检出率低是TOFD两种初始扫查方式的固有局限性 原因：当超声波声束与缺陷走向平行时，缺陷端点的衍射波在TOFD图谱上形成圆形显示，从而难以分辨出来。,2021/9/13,16,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JB/T4730.3中B级检测的规定进行横向缺陷的超声检测或采取措施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。 什么时
8、候需要？ 低合金高强钢等具有横向裂纹倾向材料的焊接接头、设计文件规定的,脉冲反射法斜平行扫查,脉冲反射法平行扫查,2021/9/13,17,扫查方式的选择,位置1,位置2,何时需增加偏置非平行扫查？ 1、-12dB非平行扫查覆盖不了检测区域 2、底面检测区域边界处的轴偏离盲区高度超过检测需要时,位置1,位置2,轴偏离盲区高度1.5mm,2021/9/13,18, A扫描时间窗口设置,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0.5s以上，窗口宽度应设置为包含工件底面的一次波型转换波后0.5s以上。 提供缺陷有关辅助信息,若在厚度方向分区检测时
9、，最上分区的时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5s以上，最下分区的时间窗口的终止位置应设置为底面反射波到达接收探头后0.5s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。 150mm工件 时间窗口设置 1、0-30 30*1/4=7.5 2、22.5-90 60*1/4=15 3、75-150底面反射波后0.5us,2021/9/13,19,灵敏度设置,（1） 灵敏度设置一般应采用对比试块。当采用对比试块上的反射体设置灵敏度时，需要将较弱的衍射信号波幅设置为
10、满屏高的40%80%，并在被检工件表面扫查时进行表面耦合补偿。 （2） 若被检工件厚度不大于50mm且采用单检测通道时，也可直接在被检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20dB32dB；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510作为灵敏度。有条件时，建议采用对比试块进行验证。,2021/9/13,20,2021/9/13,21, 关于最大扫查速度的规定,最大扫查速度不得超过 （其中PRF为探头激发的脉 冲重复频率，Hz；X为设置的扫查增量，mm；n为设置的信号平均次数），同时应保证耦合效果和数据采集的要求。 举例： 若某仪器PRF=500次/秒，采用单通道检测，扫查增量设置为1mm，信号平均次数为4，则最大扫查速度为： 500*1/4=125mm/s,谢 谢！,