TOFD检测步骤及要领

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1、TOFD检测步骤及要领1原理介绍TOFD技术有赖于超声波与缺陷端部的相互作用。此相互作用的结果：在相当大的角度范围发射衍射波。检出衍射波就能确定缺陷的存在。信号的幅值用来发现缺陷，所记录信号的传播时间信息用来对缺陷进行定位定量。TOFD采用一对相同型号的探头一发一收，对置放置。波速覆盖的扫查面中有缺陷时，直通波和底面回波之间还含有缺陷端部产生的衍射波，根据直通波、缺陷回波和底面回波三者的时间关系和两探头之间的位置，就能对缺陷进行定位、定量。计算示意图见图1。图1计算示意图(1.发射探头2.接收探头A.侧向波B.底面回波C.上端点衍射波D.试

2、件厚度S.探头间距的一半)则缺陷深度可由简单的几何关系得出：(1)(2)(3)式中c：工件中纵波波速；S：1/2探头间距；d：缺陷端点高度；：A信号中上端点衍射信号出现的时间；：A信号中下端点衍射信号出现的时间；D：工件自身高度；2探头角度、频率、尺寸和间距对检查的影响TOFD检测中，探头角度、频率、尺寸和探头间距的选择十分重要，四者起着相互制约的作用。1探头角度大小的选择关系到声波能量的分布，大角度探头声波能量分布靠上，检测区域也就靠上，小角度探头能量分布靠下，相应的检测区域也就靠下。2探头频率对检测的分辨力和声波衰减影响较大。当探头频率

3、较高，波形振动周期短，分辨力提高，但难发生明显衍射现象，且衰减大。探头频率减小，波形振动周期长，分辨力下降，但易于发生衍射现象，且衰减小。3探头晶片尺寸的大小关系到声束扩撒角的大小和与弧面工件耦合效果，小尺寸晶片扩散角较大，声束覆盖面广，对于弧面工件耦合较好，但局部声能相对较低，进场长度相对较长。大尺寸晶片声束扩散较小，声束覆盖面窄，对弧面耦合效果不好，但局部声能集中，进场长度较短。4探头间距大小的调节可以改变近表面和远表面的分辨力，但较远的探头间距对应的声波传输路径也相对较长导致声波衰减较大。3扫查TOFD检测对缺陷的定量分析不同于传统的

4、脉冲回波法对幅值的灵敏度要求那么高，在第一次扫查时，最主要的目的是使声速覆盖到检测面，以免缺陷漏检。常用的探头有晶片尺寸6mm、10mm、12mm，探头频率2.25Mhz、2.5MHz、5MHz、10Mhz，斜楔角度45°、60°、70°等。为此确定出探头尺寸、频率、角度和探头间距组合，以备第一次缺陷扫查时缺陷不被漏检。3.1晶片、频率选择为使声束覆盖区域大，我们首先选择较小的晶片、较低的频率。一般晶片大小选直径6mm的，探头频率选2.5Mhz。3.2角度、探头间距选择针对45°、60°、70°三种角度探头，我们以波幅降低一半（即-6db）

5、来计算三者的半波扩散角，见表1。表1角度频率45°60°70°2.25Mhz28.8°~65.09°41.7°~90°47.84°~90°5Mhz38.08°~52.97°50.89°~72.45°58.31°~90°对于探头间距的选择，一般使探头主声束角聚焦到工件厚度D的1/2，但由表1可以看出，声束向上等能量扩散角大于向下等能量扩散角，即声束能量向上衰减的慢，向下衰减的快，根据这一特点，我们可以把声束聚焦点略向下移动至工件厚度D的3/5，对应的半波高深度检测范围见表2。表2角度频率45°60°70°2.25Mhz0.28D~1.91D0

6、~1.17D0~1.49D5Mhz0.45D~0.77D0.33D~0.84D0~1.02D由表2可以看出，频率为2.25Mhz的60°探头、频率为2.25Mhz的70°探头和频率为5Mhz的70°探头都能满足工件厚度方向负6db声能全覆盖，但声波频率越高，声能衰减越大，则选择2.25Mhz低频声波，声波路径越远，衰减越大，而根据探头主声速聚焦到工件厚度D的3/5原则，对于同等深度的缺陷，70°探头声波传输的路径要大于60°探头，顾选择2.25Mhz、60°探头作为初次扫查探头。4精度提高为提高TOFD成像质量，增加缺陷识别能力，在检测时需

7、对不同类别的缺陷设置不同的检测工艺参数。而检测精确精度提高，关键是对A信号中直通波和缺陷波信号的识别（即两波应具有一定波幅），由于缺陷深度分布不同，影响直通波和缺陷波的识别能力的主要因素也不同。4.1近上表面缺陷检测对于近上表面缺陷(距表面距离<10mm)的精确检测，缺陷波走过的路程相对较小，衰减较小，顾衍射信号能量得到保证，但由于缺陷的特殊位置使得缺陷回波与直通波的路径差相对较小导致A信号中的时间间隔小，难于区分两波的到达时间，这时应当在满足信噪比的要求下适当提高探头频率，减小两波的振动周期。对于探头间距的调节，减小探头间距有利于加大直通

8、波与缺陷回波的路径，但过小的探头间距会加大直通波的能量，导致直通波衰减不够充分在A信号中振动周期过长，针对直通波这一特点，可以用角度较小的45°纵波折射角探头，使能量分布靠下从而