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1、衍射时差法（TOFD）检测技术宁波恒信工程检测有限公司TOFD技术概念TOFD技术,即Timeofflightdiffractiontechnique,超声波衍射时差检测技术．概念：一种依靠超声波与缺陷端部相互作用发出的衍射波来检出缺陷并对缺陷进行定量的检测技术．发展条件：因其原理与传统检测方式有很多不同，弥补了传统方法的不足之处．TOFD发展及应用背景1.TOFD(TimeofFlightDiffraction)即衍射时差法是由上个世纪七十年代由国际原子能中心的（英国哈韦尔原子能权威人士－Dr.silk）提议下发展而来。2.TOFD最初的发展仅仅是作为定量工具，最初的想法是：使用常规技术
2、探测到缺陷后使用TOFD进行精确的定量和监测在线设备裂纹的扩展（例如检测压力容器）。TOFD发展及应用背景3.很多年以来TOFD一直在实验室里，各国做过大量实验直到八十年代才为业界所认同；在这些实验中，用事实证明了TOFD在可靠性和精度方面都是非常好的技术。4.利用TOFD技术探伤沿焊缝进行扫查基本能发现焊缝所有缺陷，收集扫查数据实时形成B扫或D扫图像比单纯看A扫更容易判断缺陷的尺寸和性质。TOFD–认可TOFD已经得到ASTME2373-04，ASMEVIIICode2235，CENENV583-6(2000)，BS7706(1993)等标准的认可。TOFD对于判定缺陷的真实性和精确定量
3、上十分有效。TOFD可以和脉冲反射法相互取长补短。例如，检出焊缝中部的缺陷，判断缺陷是否向表面延伸等就是它的强项。TOFD原理1.波形衍射当超声波作用于一条长裂纹缺陷时，在裂纹缝隙产生衍射，另外在裂纹表面还会产生反射。TOFD就是利用声束在裂纹两个端点或端角产生的衍射波来对缺陷进行定位定量。探头入射波反射波衍射波被测工件探头入射波反射波衍射波被测工件t由于衍射波能量远远低于反射波能量,因此采用单探头作TOFD检测时衍射信号被反射波掩盖难以观察,因此单探头扫查方式,不适合高效的TOFD检测反射波衍射波探头入射波反射波衍射波被测工件探头双探头阵列,将接收探头置于焊缝另一侧,有效的保证了衍射波的
4、接收,而反射信号,基本上是不被接收的,而衍射波没有明显的指向性，可以轻易的被接收探头接收，从而在屏幕上显示出比较纯粹的衍射信号.为了使衍射信号更好的被接收到,两只探头的技术参数应尽量一致,如探头频率和角度等.2.探头的选择有效覆盖区ＴＯＦＤ检测通常采用小晶片，大扩散角，宽频带的纵波探头。晶片一般采用复合压电晶片，有效提高发射和接收灵敏度,且直径一般不超25mm。不同工件厚度需要不同的探头角度，因此探头与楔块采用分离方法，可根据不同的需要，更换不同的楔块。复合压电晶片优点:1.横向振动很弱,串扰声压小2.机械品质因子Q值低3.带宽大(80~100%)4.机电耦合系数值大5.灵敏度高,信噪比优
5、于普通PZT探头6.在较大温度范围内特性稳定7.可加工形状复杂的探头8.易与声阻抗不同的材料匹配9.可通过陶瓷体积率的变化,调节超声波灵敏度关键词.TOFD(timeofflightdiffraction)超声波衍射时差法,是采用一发一收两只探头,利用缺陷端点处的衍射信号探测和测定缺陷尺寸的一种自动超声检测方法.直通波(lateralwave)直通波是从发射探头发出沿工件以最短路径到达接收探头的波束.底面反射波(backwallecho)经底面反射到接收探头的超声波.探头中心间距(probecentreseparation)发射和接收探头入射点之间的直线距离2/3T探头间距的设定,基本遵循
6、两探头主声轴交叉于被测区域厚度的2/3处,计算公式如下:PCS=(4/3)TtanθPCS--探头中心间距T—被检区域厚度θ--探头折射角探头角度与频率的选择工件厚度mm中心频率MHzzz探头角度晶片尺寸mm<1010-1550-702-610-305-1050-602-630-702-545-606-12由上表可知再进行TOFD检测时，薄壁工件应选择高频小晶片大角度探头，而厚壁工件应选用低频大晶片小角度探头发射探头接收探头被测工件TOFD扫查焊缝形成的A扫脉冲图像直通波上端点下端点底波3.波形的相位关系当超声波束由一个高阻抗的介质传播到一个低阻抗介质中时，在界面经过反射后波束相位发生改变
7、，如果波束在遇到界面前是负向周期则在界面反射后转变为正向周期。发射探头接收探头如下图，波束经过上端点和底面时，在异质界面反射和相位发生转变，因此波形相位相似。而波束经过下端点时相当于波束在底缺陷底部环绕，相位不发生转变与直通波相位相似。根据理论和实验证明，如果两个衍射信号的相位相反，则在两个信号间一定存在一个连续不间断的缺陷。因此识别相位变化对于评定缺陷尺寸非常重要。利用上、下端点的时间差来计算缺陷深度和自身高度是TOF
