TOFD普及班培训讲解教材.doc

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1、目录第一章TOFD基础知识及原理介绍11.1TOFD历史背景11.2衍射现象11.3衍射信号波幅变化31.4TOFD技术应用的基本知识41.4.1探头配置41.4.2超声波类型41.4.3波型转换51.4.4TOFD技术的A扫波51.4.5A扫波的相位关系61.5信号处理与分析方法71.5.1信号平均71.5.2图像拉直81.5.3去除直通波81.6抛物线拟合指针91.6.1用抛物线指针测量缺陷长度101.7对比试块111.8TOFD技术的优点和局限性12第二章TOFD技术的信号处理以及硬件系统知识132.1模拟信号与数字信

2、号132.2数模转换和数字采样142.3灰度成像和D扫162.4TOFD检测系统的结构172.4.1TOFD检测仪器的主要功能172.4.2TOFD检测仪器的主要性能指标182.5带宽和滤波192.6脉冲特性202.6.1脉冲宽度212.6.2脉冲上升时间222.6.3脉冲高度23第三章TOFD技术的工艺知识243.1探头的一般要求243.2探头的扩散角和频率分量计算253.2.1声束扩散角计算253.3不同频率分量在波束中的分布293.4扫查方式和信号测量313.4.1扫查方式的选择313.4.2信号的位置测量333.5T

3、OFD技术的盲区和扫查误差343.6相关信号的传播时间和深度计算353.7TOFD相关的时间窗口计算37533.8探头的选择373.8.1PCS的设定373.8.2探头角度的选择383.8.3探头频率的选择393.8.4探头晶片尺寸的选择403.9增益设定413.9.1利用直通波设置增益423.9.2用晶粒噪声来设置增益423.9.3用底面反射波来设置增益423.9.4用尖角槽的衍射波来设置增益433.9.5用侧孔的反射波来设置增益433.9.6选择设置增益方法的小结43第四章数据判读454.1在线分析454.2离线分析45

4、4.3缺陷类型及信号特征464.4TOFD记录中的气孔和夹渣474.5上表面开口缺陷484.6下表面开口缺陷504.7详细定性的进一步扫查51第五章TOFD检测标准5353第一章TOFD基础知识及原理介绍1.1TOFD历史背景TOFD技术（TimeofFlightDiffractionTechnique）是一种基于衍射信号实施检测的技术，即衍射时差法超声检测技术。上世纪七十年代，由于工业发展的需求的不断增多，MauricSilk博士（英国国家无损检测中心）率先提出了TOFD技术。在TOFD系统的发展过程中，计算机和数字技术的

5、应用起到了决定性的作用。早期的常规超声检测使用的都是模拟探伤仪，用横波斜探头或纵波直探头做手动扫查，大多数情况采用单探头检测，仪器显示的是A扫波型，扫查的结果不能被记录，也无法作为永久的参考数据保存。自二十世纪九十年代起，模拟仪器开始慢慢演变为由计算机控制的数字仪器，随后数字仪器逐渐完善和复杂化，可以配置探头阵列，自动扫查装置，而且能够记录和保存所有的扫查数据用于归档和分析。TOFD检测需要记录每个检测位置的完整的未校正的A扫信号，可见TOFD检测的数据采集系统是一个更先进的复杂的数字化系统，在接收放大系统、数字化采样、信号

6、处理、信息存储等方面都达到了较高的水平。TOFD技术与传统脉冲回波技术的最主要的两个区别在于：A)更加精确的尺寸测量精度(一般为±1mm，当监测状态为±0.3mm)，且检测时与缺陷的角度几乎无关。尺寸测量是基于衍射信号的传播时间而不依赖于波幅。B)TOFD技术不使用简单的波幅阈值作为报告缺陷与否的标准。由于衍射信号的波幅并不依赖于缺陷尺寸，在任何缺陷可能被判不合格之前所有数据必须经过分析，因此培训和经验对于TOFD技术的应用是极为基本的要求。1.2衍射现象衍射是波在传输过程中与传播介质的交界面发生作用而产生的一种有别于反射的

7、物理现象。当超声波与有一定长度的裂纹缺陷发生作用，在裂纹两尖端将53会发生衍射现象。衍射信号要远远弱于反射波信号，而且向四周传播，没有明显的方向性。如图1.1所示：任何波都可以产生衍射现象，如光波和水波。衍射现象可以用惠更斯（Huygens）原理解释,即介质中波动传播到的各点都可以看作是新的发射子波的波源，在其后任意时刻这些子波的包络面就构成了新的波阵面，图1.2为惠更斯原理示意图。由图可以看出，裂纹尖端的子波源发出了方向不同于反射波的超声波，即为衍射波。缺陷端点越尖锐，则衍射现象越明显，反之，端点越圆滑，衍射越不明显。53

8、1.1衍射信号波幅变化下图是衍射波波幅在不同的探头折射角度下随角度变化的实验结果示意图。由图可见，将TOFD探头放在垂直于试件的表面的裂纹两侧，等距离放置，分别用来发送和接收信号，并且确保探头的角度能够同时产生和收到缺陷上端点和下端点的衍射信号。实验结果表明，当折射角度为65°时，上下尖端