TOFD檢測(cè)操作指導(dǎo)書(shū)

TOFD操作指導(dǎo)書(shū)編制

中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中心

楊齊2主要內(nèi)容一、TOFD操作指導(dǎo)書(shū)編制關(guān)鍵參數(shù)二、案例講解一、TOFD操作指導(dǎo)書(shū)編制關(guān)鍵參數(shù)

1、被檢工件情況；2、確定檢測(cè)技術(shù)等級(jí)、檢測(cè)區(qū)域、厚度分區(qū)及探頭設(shè)置、掃查方式的選擇、

掃查面準(zhǔn)備等；

3、表面盲區(qū)及其補(bǔ)充檢測(cè)方法；4、橫向缺陷的補(bǔ)充檢測(cè)方法（必要時(shí)）；5、檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置和校準(zhǔn)；2023/2/43①檢測(cè)區(qū)域的確定檢測(cè)區(qū)域由其高度和寬度表征。檢測(cè)區(qū)域高度為工件焊接接頭的厚度。檢測(cè)區(qū)域?qū)挾葹楹缚p本身及熔合線兩側(cè)各10mm。2023/2/442023/2/45②厚度分區(qū)及PCS的計(jì)算（NB/T47013.10-2015)工件厚度mm檢測(cè)分區(qū)數(shù)深度范圍mm標(biāo)稱頻率MHz聲束角度（°）晶片直徑mm50~10020~2t/57.5~570~603~62t/5~t5~360~456~12100~20030~t/57.5~570~603~6t/5~3t/55~360~456~123t/5~t5~260~456~20200~30040~407.5~570~603~640~2t/55~360~456~122t/5~3t/45~260~456~203t/4~t3~150~4010~202023/2/46實(shí)例：工件厚度150mm按照NB/T47013.10標(biāo)準(zhǔn)，分為3個(gè)區(qū)檢測(cè)：1、0mm～30mm2、30mm～90mm（22.5mm～90mm）3、90mm～150mm（75mm～150mm）探頭中心間距——PCS計(jì)算第一分區(qū)：7.5MHz3mm探頭，70度楔塊聚焦點(diǎn)：30*(2/3)=20mm，故PCS=2*tg70*20=110mm第二分區(qū)：5MHz6mm探頭，60度楔塊聚焦點(diǎn)：(90－30)*(2/3)+30=70mm,故PCS=2*tg60*70＝242mm第三分區(qū)：3.5MHz9.5mm探頭，55度楔塊聚焦點(diǎn)：(150－90)*(2/3)+90=130mm,故PCS=2*tg55*130＝371mm2023/2/47探頭聲場(chǎng)的計(jì)算及厚度方向覆蓋驗(yàn)證聲束覆蓋范圍計(jì)算公式：折射角公式聲束半擴(kuò)散角公式實(shí)例（以第二分區(qū)為例）：5MHz6mm探頭，60度楔塊，工件中縱波聲速5.95mm/us楔塊中縱波聲速2.4mm/us計(jì)算步驟：（1）由折射角公式計(jì)算出楔塊中縱波入射角：（2）計(jì)算楔塊中縱波的聲束擴(kuò)散角：（3)計(jì)算楔塊中縱波的聲束上下邊界角：

（4）計(jì)算鋼中縱波的聲束上下邊界角：2023/2/482023/2/49厚度方向覆蓋驗(yàn)證：根據(jù)以上－12dB聲束擴(kuò)散角的計(jì)算，采用5MHz6mm探頭，60度楔塊時(shí)，聲束下半擴(kuò)散角為47.22°，上半擴(kuò)散角為84.0°。第二分區(qū)覆蓋厚度為：22.5mm～90mm，PCS=242mm在焊縫的中心線上，－12dB聲束覆蓋深度范圍為：經(jīng)計(jì)算，滿足厚度方向上深度覆蓋的要求。實(shí)際工作中，應(yīng)在對(duì)比試塊上通過(guò)對(duì)各深度缺陷的檢測(cè)效果進(jìn)行驗(yàn)證。寬度方向的覆蓋性（略）2023/2/410③掃查面盲區(qū)盲區(qū)是TOFD技術(shù)的固有局限性8mm實(shí)測(cè)法測(cè)試ABCF1F2xy0底面盲區(qū)主要是軸偏離盲區(qū)4mm3mm2mm1mm橢圓曲線方程為：x2/a2+y2/b2=x2/[(0.5PCS)2+t2]+y2/t2=1試算：若采用5M、?6mm、60度探頭對(duì)檢測(cè)壁厚t=40mm工件，X型坡口，底面焊縫寬度20mm，則熔合線處的底面軸偏離盲區(qū)高度？PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92，則a=(462+402)1/2=61,b=t=40,橢圓方程為：x2/612+y2/402=1。將x=10代入得：y=39.5

故熔合線處的底面軸偏離盲區(qū)高度為40-39.5=0.5mm2023/2/412xy2023/2/413④橫向缺陷橫向缺陷檢出率低是TOFD兩種初始掃查方式的固有局限性原因：當(dāng)超聲波聲束與缺陷走向平行時(shí)，缺陷端點(diǎn)的衍射波在TOFD圖譜上形成圓形顯示，從而難以分辨出來(lái)。2023/2/414脈沖反射法斜平行掃查脈沖反射法平行掃查斜向掃查2023/2/415位置1位置21、-12dB非平行掃查覆蓋不了檢測(cè)區(qū)域2、底面檢測(cè)區(qū)域邊界處的軸偏離盲區(qū)高度超出標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)位置1位置2軸偏離盲區(qū)高度超出標(biāo)準(zhǔn)要求⑤掃查方式的選擇2023/2/416⑥A掃描時(shí)間窗口設(shè)置若工件厚度不大于50mm時(shí)，可采用單檢測(cè)通道，其時(shí)間窗口的起始位置應(yīng)設(shè)置為直通波到達(dá)接收探頭前0.5μs以上，窗口寬度應(yīng)設(shè)置為包含工件底面的一次波型轉(zhuǎn)換波后0.5μs以上。

——提供缺陷有關(guān)輔助信息若在厚度方向分區(qū)檢測(cè)時(shí)，最上分區(qū)的時(shí)間窗口的起始位置應(yīng)設(shè)置為直通波到達(dá)接收探頭前0.5μs以上，最下分區(qū)的時(shí)間窗口的終止位置應(yīng)設(shè)置為底面反射波到達(dá)接收探頭后0.5μs以上

其他分區(qū)的時(shí)間窗口的起始位置應(yīng)在厚度方向依次向上覆蓋相鄰檢測(cè)分區(qū)深度范圍的25％；150mm工件

時(shí)間窗口設(shè)置1、0-3030*1/4=7.52、22.5-9060*1/4=153、75-150底面反射波后0.5us2023/2/417

⑦檢測(cè)靈敏度設(shè)置

若被檢工件厚度不大于50mm且采用單檢測(cè)通道時(shí)，可直接在被檢工件上或采用對(duì)比試塊設(shè)置靈敏度。若直接在被檢工件上設(shè)置靈敏度時(shí)，一般將直通波的波幅設(shè)定到滿屏高的40%～80%；若直通波不可用，可將底面反射波波幅調(diào)整為滿屏高的80%，再提高20dB～32dB；若直通波和底面反射波均不可用，可將材料的晶粒噪聲設(shè)定為滿屏高的5％～10％作為靈敏度。若在厚度方向分區(qū)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采用4.2.3.2規(guī)定的對(duì)比試塊設(shè)置各通道檢測(cè)靈敏度。將各通道A掃描時(shí)間窗口內(nèi)各反射體產(chǎn)生的最弱的衍射信號(hào)波幅設(shè)置為滿屏高的40%～80%作為靈敏度（最上分區(qū)也可將直通波的波幅設(shè)定到滿屏高的40%～80%）。182023/2/42023/2/419⑧關(guān)于最大掃查速度的規(guī)定最大掃查速度不得超過(guò)（其中PRF為探頭激發(fā)的脈沖重復(fù)頻率，Hz；X為設(shè)置的掃查增量，mm；n為設(shè)置的信號(hào)平均次數(shù)），同時(shí)應(yīng)保證耦合效果和數(shù)據(jù)采集的要求。舉例：若某儀器PRF=500次/秒，采用單通道檢測(cè)，掃查增量設(shè)置為1mm，信號(hào)平均次數(shù)為4，則最大掃查速度為：500*1/4=125mm/s2023/2/420二、案例講解設(shè)備名稱/設(shè)備類別/設(shè)備規(guī)格20mm主體材質(zhì)Q345R工作介質(zhì)/設(shè)備狀態(tài)在制坡口型式X焊接方法SAW焊縫寬度16mm焊后熱處理無(wú)技術(shù)等級(jí)B級(jí)檢測(cè)比例100%1、儀器：*********2、探頭規(guī)格：10M3mm7.5M3mm5M6mm3.5M12.5mm3、楔塊角度：70度、60度、45度4、掃查裝置：手動(dòng)單軸掃查器，帶滾輪編碼器2023/2/421檢測(cè)區(qū)域2023/2/422探頭選取和設(shè)置：（1）假定采用7.5M、3mm探頭60度楔塊：編號(hào)標(biāo)稱頻率(MHz)晶片直徑(mm)前沿60°楔塊擴(kuò)散角***7.531033-85°聲束交點(diǎn)深度為2/3*20=13.3mm，故PCS=46mm。直通波與底波的時(shí)間間隔包含的信號(hào)周期數(shù)：2(232+202)1/2-46=14.96mm，△t=14.96/5.9=2.54*10-6sT7.5M=0.133*10-6s信號(hào)周期數(shù)=192023/2/423該探頭聲束覆蓋范圍見(jiàn)下圖：由上圖可見(jiàn)，此探頭配置的底面有效檢測(cè)寬度為12.4mm，而需檢測(cè)范圍為36mm，故單次非平行掃查不能檢測(cè)覆蓋，需考慮偏置非平行掃查。為覆蓋檢測(cè)區(qū)域，最少需沿Y軸偏置±11.8mm?？紤]到探頭前沿為10mm，故探頭對(duì)中間的空間間隔為26mm，而焊縫寬16mm，最多可偏置5mm，不滿足偏置掃查對(duì)移動(dòng)區(qū)域的需求，故不可行。2023/2/424（2）假定采用10M、?3mm探頭，楔塊角度70：編號(hào)標(biāo)稱頻率(MHz)晶片直徑(mm)前沿70°楔塊擴(kuò)散角***1031040-90°聲束交點(diǎn)深度為2/3*20=13.3mm，故PCS=73mm。

直通波與底波的時(shí)間間隔包含的信號(hào)周期數(shù)：2(36.52+202)1/2-73=10.2mm，

△t=10.2/5.9=1.73*10-6sT10M=0.1*10-6s

信號(hào)周期數(shù)=172023/2/425該探頭聲束覆蓋范圍見(jiàn)下圖：非平行掃查的底面有效檢測(cè)寬度為39.4mm可滿足覆蓋檢測(cè)區(qū)域的要求。2023/2/426掃查方式的選擇：（1）計(jì)算非平行掃查底面有效寬度：39.4mm，覆蓋檢測(cè)區(qū)域。（2）計(jì)算底面檢測(cè)區(qū)域邊界處的軸偏離盲區(qū)高度值：XZX1=18X2/a2+Z2/b2=1此處：a2=36.52+202——a=41.6b=20則橢圓方程為：X2/41.62+Z2/202=1該方程中代入X1=18，計(jì)算：Z1=18.1則底面檢測(cè)區(qū)域邊界處的軸偏離盲區(qū)高度值為20-18.1=1.9mm故：若需檢出底面自身高度1mm的缺陷，需增加兩側(cè)的偏置非平行掃查，偏移量可設(shè)定為36*1/4=9mm，此時(shí)的橢圓方程為(X-9)2