TOFD衍射时差法超声检测技术ppt课件.ppt

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1、TOFD衍射时差法超声检测技术天津诚信达金属检测技术有限公司张平UT-Ⅲ复试2010年4月21日于济南什么是TOFD?TOFD是TimeofFlightDiffraction的第一个英文字母的缩写，中文简称衍射时差法。是上世纪七十年代由英国哈威尔无损检测中心根据超声波衍射现象首先提出来的，检测时使用一对或多对宽声束探头，每对探头相对焊缝对称布置（一发一收），声束覆盖检测区域，遇到缺陷时产生反射波和衍射波。探头同时接收反射波和衍射波，通过测量衍射波传播时间，利用三角方程来确定出缺陷的尺寸和位置。TOFD中文名称TimeofFlightDiffr

2、actionTechnique的中文翻译为——衍射时差法超声检测技术GB/T12604.1—2005（等同ISO5577:2000）翻译为——衍射声时物理学术语翻译为——衍射渡越时间TOFD发展历程TOFD技术发现(20世纪70年代）——摸索、完善、装备研发开始应用（20世纪90年代）大规模应用（21世纪初）TOFD技术得以推广应用的先决条件TOFD技术得以推广应用的关键主要是：数字技术：是计算机技术、多媒体技术、智能技术和信息技术的基础。计算机技术：快速处理大量数据压电复合材料：可用于相控阵探头、TOFD探头和高性能常规脉冲超声探头采用数字

3、化记录超声波检测数据的优点1、能够实现海量数据的长期保存；2、便于采取各种信号处理操作，例如多样的可视化显示、信号增强、平均、叠加等；3、取用、再分析、通讯传输方便；4、精度高，抗干扰性强。模拟信号的局限性，容易失真，精度低，抗干扰能力差，远距离传输和大规模存储困难，无法进行复杂的分析处理等压电复合材料制作的探头有以下优点（1）横向振动很弱，串扰声压小；（2）机械品质因数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，仅需简

4、易的切块和充填技术；（8）声速、声阻抗、相对绝缘常数及机电系数易于改变（因这些参数相关于陶瓷材料的体积率）；（9）易与声阻抗不同的材料匹配（从水到钢）；（10）可通过陶瓷体积率的变化，调节超声波灵敏度。合格的TOFD成像缺陷检出率手工UT：50～70％；RT：70～80％；TOFD：70～90％；机械扫查UT+TOFD：80～95％。衍射现象裂纹衍射波衍射波入射波反射波衍射现象惠更斯原理:缺陷上的每一个点都产生出一个球面子波入射波使缺陷产生振动。衍射现象裂纹衍射波衍射波入射波反射波向各个方向传播能量低TOFD技术的优点（与PE相比）缺陷的衍射

5、信号与缺陷的方向无关。缺陷的定量不依赖于缺陷的回波幅度。精确测量衍射波的传播时间来确定缺陷的尺寸和位置，对面状缺陷自身高度的测量精度很高。（对于自然裂纹自身高度测量精度为±1mm，对于监测裂纹扩展测量精度为±0.3mm。缺陷长度的测量精度与PE相当±5mm）检测数据有永久的数字记录。检测速度快，效率高。折射角度与衍射波幅度的关系折射角度与衍射波幅度的关系裂纹上尖端信号从0－65°单调增大，从65°~85°单调降低。波幅最大时的折射角为65°。裂纹下尖端的信号波幅曲线在20°和65°时出现两个峰值，在38°时，裂纹下尖端的信号波幅下降到最低。在

6、45°~80°区间，裂纹下尖端的信号波幅略大于上尖端的信号波幅。在45°～80°之间波幅的变化小于6dB。纵波探头声场特点1、纵波与横波同时存在。由于TOFD技术采用纵波检测，探头折射角小于第一临界角。这样在探头声场中，同时存在纵波与横波。2、大扩散角和宽波束。探头纵波具有很宽的波束。通过计算可以求出，该探头在钢中声压下降12dB的波束上边界角为90°，下边界角为45.7°。3、从图11中可以看出，横波声场的强度比纵波大的多。TOFD检测为什么使用纵波而不用横波探头纵波传播速度快，几乎是横波的两倍，最先到达接收探头，容易识别缺陷，以纵波波速计

7、算缺陷深度，不会与横波信号混淆。60°5MHz6mm波束模拟晶片尺寸与频率对探头性能的影响小晶片，扩散角大，覆盖范围大。频率高，扩散角小，覆盖范围小。另一方面，频率高，周期短，容易满足直通波与底波信号时间差至少20个周期的要求，这可使直通波与底波回波在10％以上的波幅不超过两个周期，减小盲区，提高时间分辨率。综合考虑晶片尺寸与探头频率，根据标准规定选择。一般使用的TOFD探头中心频率为1～15MHz，晶片尺寸为3～20mm。常用的探头角度为：45°、60°、70°TOFD的典型设置发射探头接收探头直通波上端点下端点底面反射信号A扫信号发射探头

8、接收探头直通波LW上端点下端点底面反射波BW直通波(LW)：两个探头之间沿工件表面直线传播的纵波。路程最逗，最先到达。缺陷信号：缺陷上、下端点产生的衍射信号，在直通