TOFD超声波衍射时差法教程-PPT课件.ppt

TOFD培训教程 TOFD 超声波衍射时差法也叫 “裂纹端点衍射法”或“尖端反射法”1 12 23 3TOFD技术概念TOFDTOFD技技术术,即即Time of flight diffraction Time of flight diffraction technique,technique,超声波衍射超声波衍射时时差差检测检测技技术术概念：概念：一种依靠超声波与缺陷端部相互作用一种依靠超声波与缺陷端部相互作用发发出的衍射出的衍射波来波来检检出缺陷并出缺陷并对对缺陷缺陷进进行定量的行定量的检测检测技技术术发发展条件：展条件：因其原理与因其原理与传统检测传统检测方式有很多不同，弥方式有很多不同，弥补补了了传统传统方法的不足之方法的不足之处处4 4TOFD技术的发展历史背景1.TOFD1.TOFD即衍射即衍射时时差法是由上个世差法是由上个世纪纪七十年代由国七十年代由国际际原子原子能中心的哈能中心的哈韦尔韦尔（英国原子能（英国原子能权权威人士威人士UKKAEAUKKAEA）提）提议议下下发发展而来。展而来。2.TOFD2.TOFD最初的最初的发发展展仅仅仅仅是作是作为为定量工具，最初的想法是：定量工具，最初的想法是：使用常使用常规规技技术术探探测测到缺陷后使用到缺陷后使用TOFDTOFD进进行精确的定量和行精确的定量和监测监测在在线设备线设备裂裂纹纹的的扩扩展（例如展（例如检测压检测压力容器）。力容器）。3.3.很多年以来很多年以来TOFDTOFD一直在一直在实验实验室里，各国做室里，各国做过过大量大量实验实验直到八十年代才直到八十年代才为业为业界所界所认认同；在同；在这这些些实验实验中，用事中，用事实证实证明了明了TOFDTOFD在可靠性和精度方面都是非常好的技在可靠性和精度方面都是非常好的技术术。4.4.利用利用TOFDTOFD技技术术探探伤伤沿沿焊缝进焊缝进行行扫查扫查基本能基本能发现焊缝发现焊缝所所有缺陷，收集有缺陷，收集扫查扫查数据数据组组成成B B扫扫或或DD扫图扫图像比像比单纯单纯看看A A扫扫更更容易判断缺陷的尺寸和性容易判断缺陷的尺寸和性质质。5 5TOFD技术的优势1)TOFD1)TOFD技技术术的可靠性好。由于其主要是利用衍射波的可靠性好。由于其主要是利用衍射波进进行行检测检测，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有效的效的发现发现，使，使该该技技术术具有很高的缺陷具有很高的缺陷检检出率。国外研究机出率。国外研究机构的缺陷构的缺陷检检出率的出率的试验试验得出的得出的评评价是：手工价是：手工UTUT，50-70%50-70%；TOFDTOFD，70-90%70-90%；机械；机械扫查扫查UT+TOFDUT+TOFD，80-95%80-95%。由。由此可此可见见，TOFDTOFD检测检测技技术术比常比常规规手工手工UTUT的的检测检测可靠性要高可靠性要高得多。得多。2 2）TOFDTOFD技技术术的定量精度高。采用衍射的定量精度高。采用衍射时时差技差技术对术对缺陷缺陷定量，精度定量，精度远远远远高于常高于常规规手工超声波手工超声波检测检测。一般。一般认为认为，对对线线性缺陷或面性缺陷或面积积型缺陷，型缺陷，TOFDTOFD定量定量误误差小于差小于1mm1mm。对对裂裂纹纹和未熔合缺陷高度和未熔合缺陷高度测测量量误误差通常只有零点几毫米。差通常只有零点几毫米。6 6TOFD技术的优势3 3）TOFDTOFD检测简单检测简单快捷，最常用的非平行快捷，最常用的非平行扫查扫查只需一人即只需一人即可以操作，探可以操作，探头头只需沿只需沿焊缝焊缝两两侧侧移移动动即可，不需做即可，不需做锯齿扫锯齿扫查查，检测检测效率高，操作成本低效率高，操作成本低4 4）TOFDTOFD检测检测系系统统配有自配有自动动或半自或半自动扫查动扫查装置，能装置，能够够确定确定缺陷与探缺陷与探头头的相的相对对位置，信号通位置，信号通过处过处理可以理可以转换为转换为TOFDTOFD图图像。像。图图像的信息量像的信息量显显示比示比A A扫扫描描显显示大得多，在示大得多，在A A型型显显示中，屏幕只能示中，屏幕只能显显示一条示一条A A扫扫信号，而信号，而TOFDTOFD图图像像显显示的示的是一条是一条焊缝检测焊缝检测的大量的大量A A扫扫信号的集合。与信号的集合。与A A型信号的波型信号的波形形显显示相比，包含丰富信息的示相比，包含丰富信息的TOFDTOFD图图像更有利于缺陷的像更有利于缺陷的识别识别和分析和分析。7 7TOFD技术的优势 5 5）当今使用的）当今使用的TOFDTOFD检测检测系系统统都是高性能数字化都是高性能数字化仪仪器，器，完全客服了模完全客服了模拟拟超声探超声探伤仪伤仪和和简单简单数字超声波探数字超声波探伤仪记伤仪记录录信号能力差的特点，不信号能力差的特点，不仅仅能全能全过过程程记录记录信号，信号，长长久保久保存数据，而且能存数据，而且能够够高速高速进进行大批量信号行大批量信号处处理。理。6 6）TOFDTOFD技技术术除了用于除了用于检测检测外，外，还还可用于缺陷可用于缺陷扩扩展的展的监监控，是有效且能精确控，是有效且能精确测测量出裂量出裂纹纹增增长长的方法之一。的方法之一。）TOFDTOFD能能对对缺陷深度位置缺陷深度位置进进行精确定位，行精确定位，对对缺陷自缺陷自身高度身高度进进行定量行定量）由于缺陷衍射信号与角度无关，）由于缺陷衍射信号与角度无关，检测检测可靠性和精度可靠性和精度不受角度影响。不受角度影响。）根据衍射信号）根据衍射信号传传播播时时差确定衍射点位置，缺陷定量差确定衍射点位置，缺陷定量定位不依靠信号振幅。定位不依靠信号振幅。8 8TOFD技术的优势 1 1）TOFDTOFD检测结检测结果与射果与射线检测结线检测结果都是以二果都是以二维图维图像像显显示，示，不同的是不同的是TOFDTOFD能能对对缺陷的深度和自身高度缺陷的深度和自身高度进进行精确行精确测测量，量，而射而射线线只能得到缺陷的俯只能得到缺陷的俯视图视图信息，信息，对对于判断缺陷危害性于判断缺陷危害性程度的重要指程度的重要指标标，厚度方向的，厚度方向的长长度，射度，射线线是很困是很困难难的的2 2）TOFDTOFD技技术术可探可探测测的厚度大，的厚度大，对对厚板探厚板探伤伤的效果比的效果比较较明明显显，但射，但射线对线对厚板的穿透能力非常有限厚板的穿透能力非常有限 3 3）TOFDTOFD技技术检测术检测缺陷的能力非常缺陷的能力非常强强，特殊的探，特殊的探伤伤方式方式使其具有相当高的使其具有相当高的检检出率，出率，约约90%90%左右，而相比之下，射左右，而相比之下，射线检测线检测的的检检出率稍低，大出率稍低，大约约75%75%，在，在实际实际工作中，我工作中，我们们也也发现发现有有TOFDTOFD检测检测出来的缺陷，出来的缺陷，X X射射线线未能未能发现发现的情况，的情况，这这给质给质量控制量控制带带来了极大的来了极大的隐隐患。患。TOFDTOFD技技术术与射与射线线技技术术比比较较的的优势优势9 9TOFD技术的优势 4 4）TOFDTOFD技技术术所采集的是数据信息，能所采集的是数据信息，能够进够进行多方位分行多方位分析，甚至可以析，甚至可以对对缺陷缺陷进进行立体复原。行立体复原。这这是因是因为为TOFDTOFD技技术术是将是将扫查扫查中所有的原始信号都中所有的原始信号都进进行了保存，在脱机分析中行了保存，在脱机分析中我我们们可以利用可以利用计计算机算机对这对这些原始信号些原始信号进进行各种各行各种各样样的分析，的分析，以得出更加精确的缺陷判断以得出更加精确的缺陷判断结结果；而射果；而射线检测线检测只能将射只能将射线线底片置于底片置于观观片灯前片灯前进进行分析，不可以再行分析，不可以再进进一步利用一步利用软软件件对对缺陷缺陷进进行更加全面的分析。行更加全面的分析。）TOFDTOFD检测检测操作操作简单简单，扫查扫查速度快，速度快，检测检测效率高；而效率高；而射射线检测过线检测过程繁程繁琐琐，耗，耗时长时长，效率低下。，效率低下。TOFDTOFD技技术术与射与射线线技技术术比比较较的的优势优势1010TOFD技术的优势）TOFDTOFD技技术术是利用超声波是利用超声波进进行探行探伤伤，对检测时对检测时的工作的工作环环境没有特殊的要求。超声波境没有特殊的要求。超声波检测检测是一种是一种环环保的保的检测检测方式，方式，对对使用人使用人员员没有任何没有任何伤伤害，所以在工作害，所以在工作场场合不需要特殊的合不需要特殊的安全保安全保护护措施；而射措施；而射线检测线检测因其放射的危害性受到国家政因其放射的危害性受到国家政策的策的严严格控制，格控制，现场现场只能只能单单工种工作，降低了工种工作，降低了检测检测工作效工作效率，阻碍了整个工程率，阻碍了整个工程进进度。度。7 7）TOFDTOFD检测检测成本低，重复成本少；而射成本低，重复成本少；而射线检测线检测，建造暗，建造暗室需要室需要较较高的投入，平高的投入，平时时工作中的耗材成本重复工作中的耗材成本重复发发生，生，综综合成本相合成本相对较对较高高TOFDTOFD技技术术与射与射线线技技术术比比较较的的优势优势1111TOFD 的局限性在上、下表面附近盲区对“噪声”敏感夸大了一些良性的缺陷,如气孔,冷夹层,内部未熔合。解释比较困难注意标准问题(有待解决)1212TOFD技术的国内发展情况世世纪纪年代，我国开始引年代，我国开始引进进检测检测技技术术，最早最早应应用的用的单单位有核位有核动动力研究所和中国一重力研究所和中国一重年左右在西气年左右在西气东输东输中中进进行了大量行了大量应应用用年一重与中国特年一重与中国特检检院合作院合作编订编订国内第一个国内第一个企企业标业标准，并准，并对对神神华华煤液化工程中世界上最大的加煤液化工程中世界上最大的加氢氢反反应应器（壁厚器（壁厚mmmm）进进行行检测检测年，武年，武汉汉中科中科创创新技新技术术有限公司研有限公司研发发出国内出国内第一台第一台专专用用检测设备检测设备年通年通过过全国特种全国特种设备设备无无损损考委会培考委会培训训和考核和考核的共人的共人年中年中检测标检测标准出台，武准出台，武汉汉中科中科创创新技新技术术有限公司是国内唯有限公司是国内唯一一家参与一一家参与标标准制准制订订的超声的超声仪仪器生器生产产厂家厂家.1313TOFD原理1.1.波形衍射波形衍射当超声波作用于一条当超声波作用于一条长裂裂纹缺陷缺陷时，在裂，在裂纹缝隙隙产生衍射，生衍射，另外在裂另外在裂纹表面表面还会会产生反射。生反射。TOFD就是利用声束在裂就是利用声束在裂纹两个端点或端角两个端点或端角产生的衍射波来生的衍射波来对缺陷缺陷进行定位定量。行定位定量。探头入射波折射波衍射波探头被测工件1414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。衍射波的特点：衍射波的特点：1，向各个方向，向各个方向传播播2，能量低，能量低3，衍射方向不取决，衍射方向不取决于入射角于入射角1515发射探射探头接收探接收探头被测工件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1616+3.波形的相位关系波形的相位关系当超声波束由一个高阻抗的介当超声波束由一个高阻抗的介质传播到一个低阻抗介播到一个低阻抗介质中中时，在界面在界面经过反射后波束相位反射后波束相位发生改生改变，如果波束在遇到界面前，如果波束在遇到界面前是是负向周期向周期则在界面反射后在界面反射后转变为正向周期。正向周期。发射探射探头接收探接收探头如下如下图，波束，波束经过上端点和底面上端点和底面时，在异，在异质界面反射和相位界面反射和相位发生生转变，因此波形相位相似。而波束，因此波形相位相似。而波束经过下端点下端点时相当于波束相当于波束在底缺陷底部在底缺陷底部环绕，相位不，相位不发生生转变与直通波相位相似。与直通波相位相似。根据理根据理论和和实验证明，如果两个衍射信号的相位相反，明，如果两个衍射信号的相位相反，则在两个信号在两个信号间一定存在一一定存在一个个连续不不间断的缺陷。因此断的缺陷。因此识别相位相位变化化对于于评定缺陷尺寸非常重要。利用上、下定缺陷尺寸非常重要。利用上、下端点的端点的时间差来差来计算缺陷深度和自身高度是算缺陷深度和自身高度是TOFD探探伤最重要的部分最重要的部分*注在一些特殊情况下，例如气孔，小夹渣之类的缺陷由于几何尺寸太小不会产生两个分离的端点信号1717ss4.深度深度计算公式算公式ht如上如上图所示，两探所示，两探头的信号是的信号是对称的，称的，则在两探在两探头之之间的信号的信号时间 t 可以用下式可以用下式计算算s两探头中心距的一半h=反射信号的深度c=声速由于由于时间可以由可以由仪器自行器自行测出，出，因此由左式可因此由左式可计算出缺陷深度算出缺陷深度1818SSh1h2h5.缺陷自身高度缺陷自身高度计算算根据根据刚才的公式，才的公式，计算出缺陷的上端点深度和下端点深度算出缺陷的上端点深度和下端点深度两者之差即两者之差即为缺陷自身高度，如下式缺陷自身高度，如下式h=h1-h2h1=上端点深度上端点深度 h2=下端点深度下端点深度1919TOFD扫描成像描成像+发射探射探头接收探接收探头TOFD的成像并非是缺陷的的成像并非是缺陷的实际图像像显示，而是通示，而是通过扫查时探探头所接收所接收到的到的A扫图形形转换为黑白两色的灰度黑白两色的灰度图，为了能有更清晰的了能有更清晰的图像因些要像因些要求至少求至少256级的灰度分辨率的灰度分辨率100%0%100%利用灰阶度来表示振幅，当回波处于0位时用中间灰色表示，当波形向正半周变化时向100%灰度（白色）渐变，当波形向负正半周变化时向-100%灰度（黑色）渐变A扫图像像D扫图像像直通波直通波上端点上端点下端点下端点底波底波2020连续扫查时得到的得到的扫描描图像像A扫波形波形D扫图像像直通直通波波底波底波2121有缺陷有缺陷时扫描描图像像A扫图像像D扫图像像上端点上端点下端点下端点2222特殊缺陷的特征特殊缺陷的特征直通波被阻断直通波被阻断下端点下端点底波底波没有直通波没有直通波和上端点的和上端点的信号信号1.上表面开口裂上表面开口裂纹2323当缺陷沿当缺陷沿扫查方向有一定方向有一定长度度时，连续扫查得下如下得下如下D扫图像像直通波被阻断直通波被阻断下端点下端点底波底波直通波断开直通波断开只有下端点信号只有下端点信号2424当表面开口深度非常小当表面开口深度非常小时，直通波并没有断开，但明，直通波并没有断开，但明显滞后滞后直通波被阻断直通波被阻断底波底波直通波滞后直通波滞后2525底波被阻断底波被阻断上端点上端点底波底波2.下表面开口裂下表面开口裂纹没有下端点和底波没有下端点和底波底波断开底波断开上端点上端点2626底波被阻断底波被阻断上端点上端点底波底波2.下表面开口裂下表面开口裂纹由于开口深度由于开口深度较小，无法完全阻当直通波，小，无法完全阻当直通波，因此底波并未消失，但明因此底波并未消失，但明显滞后滞后没有下端点和底波没有下端点和底波上端点上端点底波滞后底波滞后2727底波底波3.短小缺陷短小缺陷在在焊缝中出中出现短小缺陷，上下端点距离很小，短小缺陷，上下端点距离很小，因此没有明因此没有明显区分的上下端点衍射，区分的上下端点衍射，因此会出因此会出现一个非常明一个非常明显的不的不规则多次振多次振荡信号信号2828底波底波4.近表面缺陷近表面缺陷在近表面在近表面发现的缺陷，由于与直通波距离近，的缺陷，由于与直通波距离近，因此上端点与直通波叠加在一起因此上端点与直通波叠加在一起难以区分。以区分。29295.单个气孔个气孔由于几何尺寸小，因此没有明由于几何尺寸小，因此没有明显分离的上下端点回波，分离的上下端点回波，形成一个独立的小月牙状，相位无法分辨形成一个独立的小月牙状，相位无法分辨30306.6.水平方向的平面形缺陷水平方向的平面形缺陷 (层间层间未熔未熔,冷冷夹层夹层)发射探头接收探头横向波横向波LW内壁反射波内壁反射波BW反射回波反射回波反射信号3131缺陷位置的不确切性发射探头接收探头SSt2t1相等相等时间的的轨迹迹(t1+t2=ct)dmindmax实际上上:绝对深度的最大深度的最大误差低于壁厚差低于壁厚10%.内部（小）缺陷的高度估内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的差是可以忽略的。3232TOFD扫查模式平行平行扫查扫查:又称横向又称横向扫查扫查,是指是指扫查扫查方向与超声波束方向是平方向与超声波束方向是平行的行的,扫查结扫查结果称果称为为B-scan,B-scan,所得所得结结果主要是果主要是轴轴和和轴轴方向方向值值该扫查该扫查方法能方法能为为我我们们提供很准确的深度提供很准确的深度结结果，但因果，但因扫扫查时查时探探头须头须越越过焊缝过焊缝，操作起来相，操作起来相对烦琐对烦琐非平行非平行扫查扫查:又称又称纵纵向向扫查扫查，是指，是指扫查扫查方向与超声波束方向方向与超声波束方向不平行，不平行，扫查结扫查结果称果称为为scanscan，所得，所得结结果主要是果主要是轴轴和和轴轴方向方向值值，扫查扫查方便，适用大范方便，适用大范围围的的焊焊逢逢检测检测，一般采，一般采用探用探头对头对称布置于称布置于焊缝焊缝中心中心线线两两侧侧沿沿焊缝长焊缝长度方向度方向扫查扫查左偏置非平行左偏置非平行扫查扫查 右偏置非平行右偏置非平行扫查扫查3333TOFD扫查模式3434不同类型缺陷在TOFD中的显示3535近表面裂纹裂纹阻挡了直通波，下尖端衍射信号显示在A-扫描中。213636根部未焊透注意上下尖端的两个信号12343737根部未熔合注意直通波和缺陷信号之间的波形相位转换1233838侧壁未熔合注意上下尖端的两个信号12343939气孔密集型气孔124040层间未熔合4141检测前要重点控制的指标分辨率分辨率分辨率是指分辨率是指识别识别个信号所能代表的最小距离，分辨率在个信号所能代表的最小距离，分辨率在检测检测中决定了所能分辨的缺陷的高度尺寸极限，一般一个信号可以中决定了所能分辨的缺陷的高度尺寸极限，一般一个信号可以包含个周期，相当于波包含个周期，相当于波长长，对对于探于探头头相当于相当于mmmm，对对于小的于小的夹夹渣和气孔，通常不能分辨其上下端点，但有渣和气孔，通常不能分辨其上下端点，但有时时通通过过采用高采用高频频探探头头可以提高分辨率，不可以提高分辨率，不过过会会带带来噪声并限制了来噪声并限制了检测检测厚度厚度声束声束扩扩散散在在检测检测中，一般情况下要尽可能少的中，一般情况下要尽可能少的扫查扫查次数来次数来检测检测大范大范围围的金属材料，因此声束的金属材料，因此声束扩扩散角足散角足够够大是非常重要的，制定工大是非常重要的，制定工艺时艺时需需要通要通过计过计算来确定声束覆盖范算来确定声束覆盖范围围4242参数设置的设置与选择熟悉工件：熟悉工件：焊缝类焊缝类型，运行条件，需要型，运行条件，需要检检出缺陷的出缺陷的类类型及位置，型及位置，检验检验母材的分母材的分层层和厚度，材料的衰减特性等和厚度，材料的衰减特性等选择选择超声探超声探头头：探探头频头频率，晶片尺寸，探率，晶片尺寸，探头头角度，探角度，探头对头对数，数，扫查扫查次次数等数等设设置探置探头间头间距：距：根据工件及探根据工件及探头头的的选择选择情况情况计计算并算并设设置探置探头头中心中心间间距距扫扫描采集参数描采集参数选择选择：激激发发脉冲脉冲宽宽度度设设置，置，时间时间窗口的窗口的设设置，阻尼置，阻尼设设置等置等增益增益设设置：置：根据工件根据工件实际实际情况情况选择选择合适合适检测检测灵敏度灵敏度4343TOFD检测中探头的选择探头角度探头频率探头晶片尺寸探头对数选择44441.1.探探头头角度角度TOFD检测中探头的选择角度角度在在钢钢中探中探头头的波束的波束扩扩散角散角D=6mmD=6mmD=10mmD=10mmD=15mmD=15mm454534.0-5734.0-5738.8-51.838.8-51.840.8-49.940.8-49.960 60 47.3-8447.3-8451.9-70.651.9-70.654.5-66.554.5-66.5707054.0-9054.0-9059.6-90.059.6-90.062.6-82.162.6-82.14545TOFD检测中探头的选择由上表我由上表我们们可以分析出，可以分析出，扩扩散角最小，但同一厚散角最小，但同一厚度度时时的的时间时间差最大，即分辨率差最大，即分辨率最好；最好；时扩时扩散范散范围围最大，最大，但但时间时间差太小，分辨率太低，差太小，分辨率太低，可以看出角度与探可以看出角度与探头头覆盖率成覆盖率成正比；与分辨率成反比正比；与分辨率成反比注：在直通波与底波之注：在直通波与底波之间间容容纳纳的周期数越多，分辨率越的周期数越多，分辨率越好好1.1.探探头头角度角度40mm40mm厚度工厚度工件件 折射角度折射角度454560607070PCS,mPCS,mmm484883.283.2132132LW,usLW,us8.18.1131322.222.2BW,usBW,us15.715.719.419.425.925.9时间时间差，差，usus7.67.65.425.423.83.84646TOFD检测中探头的选择探探头频头频率越高，波率越高，波长长越短，半越短，半扩扩散角越小（散角越小（sinB=Fr/DsinB=Fr/D）,覆盖率越低，增加了直通波与底波覆盖率越低，增加了直通波与底波间间的周期数，提高了分的周期数，提高了分辨率辨率例：度例：度测测mmmm工件工件为为例，直通波和底波例，直通波和底波间间隔隔为为usus，对对于探于探头头，一个振，一个振动动周期周期为为usus，则则直直通波和底面回波的通波和底面回波的时间间时间间隔只有个超声周期，隔只有个超声周期，这对显这对显然然是不是不够够的，一般达到个周期能达到相当好的分辨率，的，一般达到个周期能达到相当好的分辨率，如果是探如果是探头头，一个振，一个振动动周期周期为为usus，则则直通直通波与底面回波的波与底面回波的时间间时间间隔有个周期，效果隔有个周期，效果还还比比较较好好探探头频头频率率4747TOFD检测中探头的选择从半从半扩扩散角公式，我散角公式，我们们可了解到，晶片直径与可了解到，晶片直径与扩扩散角成散角成反比，即覆盖范反比，即覆盖范围围成反比成反比探探头头晶片尺寸晶片尺寸探探头间头间距（距（PCSPCS）探探头间头间距与覆盖率成正比，比距与覆盖率成正比，比较较直直观观4848TOFD检测中探头中心间距的选择探头中心间距：即我即我们们常常说说的（的（probe center distanceprobe center distance）,是两探是两探头头中心中心间间的距离，在探的距离，在探头选择头选择完完毕毕后，我后，我们们可以根据公式确定探可以根据公式确定探头头中心中心间间距一般要求声束聚焦在距一般要求声束聚焦在工件的厚度工件的厚度处处，但在，但在进进行分行分层层的的时时候也可以根据需候也可以根据需要聚焦在其他厚度上要聚焦在其他厚度上4949工件厚度(mm）检测通道数或扫查次数深度范围标称频率(MHz)声束角度()晶片直径(mm)声束交点61010t15107060232/3 t101510t1577060242/3 t153510t1057060262/3 t355010t537060362/3 t5010020t/2537060361/3 t5/6 t或若t/2t53604561245,t50508/9 t或若11/12 t或若10020030t/3537060362/9 tt/32t/35360456125/9 t2t/3t52604562045,t20030040t/4537060362/12 tt/4t/25360456125/12 tt/23t/45260456208/12 t3t/4t315040102045,t5151TOFD技术中灵敏度的调试方法用开槽的衍射波来设置增益用晶粒噪声来设置增益用直通波来设置增益用底波来设置增益 在超声在超声检测检测中中,我我们们一般都需要一般都需要对检测对检测灵敏度灵敏度进进行行调调整整,因因为为合适的灵敏度能避免漏合适的灵敏度能避免漏检检缺陷缺陷,但灵敏度高同但灵敏度高同时时会会带带来来较较大的噪声影响缺陷的判大的噪声影响缺陷的判读读,所以必所以必须须要有合适的要有合适的检测检测灵敏灵敏度度.5252TOFD技术中灵敏度的调试方法 在英国在英国BS7706BS7706标标准中就要求到准中就要求到,用一系列上表面开口用一系列上表面开口窄槽的下短点信号来窄槽的下短点信号来设设置增益置增益.这这种上表面开口槽的下端点种上表面开口槽的下端点幅幅值值非常非常类类似于疲似于疲劳劳裂裂纹纹的衍射信号的衍射信号.校准校准试块试块厚度厚度应应与工与工件厚度相近件厚度相近,材材质质相同相同,槽开在槽开在1/31/3和和2/32/3厚度厚度处处,在增益在增益调节调节时应时应在在满满足信噪比要求的情况下足信噪比要求的情况下,把最把最远处远处的端点衍射信号的端点衍射信号波波调调到到满满屏的屏的60%.60%.1.1.用开槽的衍射波来用开槽的衍射波来用开槽的衍射波来用开槽的衍射波来设设置增益置增益置增益置增益5353TOFD技术中灵敏度的调试方法 在英国在英国BS7706BS7706标标准中也描述到准中也描述到,用被用被检检工件工件中的典型噪声水平来中的典型噪声水平来设设置增益置增益.这这种方法能确保所种方法能确保所有缺陷信号都能有缺陷信号都能够检测够检测到到,但增益但增益设设置置过过高会高会导导致致B B扫扫和和DD扫图扫图中的信号很亮中的信号很亮,给给信号分析信号分析带带来困来困难难,一般可将晶粒噪声一般可将晶粒噪声调调至至满满屏的屏的5%.5%.2.2.用晶粒噪声来用晶粒噪声来设设置增益置增益5454TOFD技术中灵敏度的调试方法 在直通波可在直通波可见见的情况下的情况下,用被用被检检工件中的直通波波幅来工件中的直通波波幅来设设置增益置增益.这这种方法种方法调节调节的灵敏度比的灵敏度比较较合适合适,在噪声在噪声满满足的情况下足的情况下将直通波波幅将直通波波幅调调整至整至满满屏的屏的40%-80%.40%-80%.3.3.用直通波来用直通波来用直通波来用直通波来设设置增益置增益置增益置增益 在底波可在底波可见见的情况下用被的情况下用被检检工件中的底波波幅来工件中的底波波幅来设设置增置增益益.在噪声在噪声满满足的情况下将底波波幅足的情况下将底波波幅调调整至整至满满屏的屏的80%,80%,然后然后在增加在增加20-32dB20-32dB作作为检测为检测灵敏度灵敏度.这这种方法使用种方法使用较较少，一般少，一般可以用在多通道可以用在多通道检测检测中中.用底波来用底波来用底波来用底波来设设置增益置增益置增益置增益5555技术误差及解决方案时间误差近表面误差轴偏移深度误差底面盲区入射点偏移误差耦合剂深度变化误差声速变化误差5656技术误差及解决方案数字数字仪仪器都是将通器都是将通过对过对模模拟拟信号信号进进行采行采样样而将其而将其转转化化成数字信号，但由于不可能成数字信号，但由于不可能对对所有信号所有信号进进行全采集，会行全采集，会产产生采到的点并不是最端点位置的信号，从而生采到的点并不是最端点位置的信号，从而产产生生时间误时间误差，差，导导致深度致深度计计算的算的误误差差时间误时间误差差差差以以以以mmmm厚厚厚厚试块为试块为例，声速例，声速例，声速例，声速为为5.95mm/us5.95mm/us，为为mmmm探探探探头频头频率率率率为为，数字化，数字化，数字化，数字化频频率率率率为为d,mmd,mm1 13 35 5101020204040 d,mmd,mm3.03.00.990.990.60.60.30.30.160.160.090.095757技术误差及解决方案由上表可以看出，近表面深度由上表可以看出，近表面深度误误差迅速增加，差迅速增加，这这是是由于由于这这个区域内超声波几乎是水平的，个区域内超声波几乎是水平的，时间时间上一个小的上一个小的误误差会差会给给深度深度带带来很大的来很大的误误差，可以减小探差，可以减小探头间头间距，或使用距，或使用更高的数字更高的数字转转化率和增加探化率和增加探头频头频率来减少率来减少时间时间差但将减差但将减少少检查检查覆盖范覆盖范围围时间误时间误差解决方案差解决方案差解决方案差解决方案5858技术误差及解决方案近表面近表面误误差除了有上面所述差除了有上面所述时间时间不准而不准而产产生的深生的深度度误误差，差，还还有直通波存在而有直通波存在而导导致的致的误误差差近表面近表面近表面近表面误误差差差差试块试块厚度厚度 mmmm探探头间头间距距mmmm频频率率MHZMHZ两个周期两个周期usus总时间总时间usus等效深度等效深度mmmm1010232315150.1330.1334.04.03.13.1252558585 50.40.410.14810.1488.398.3950501151155 50.40.419.7319.7311.811.8直通波等效深度直通波等效深度5959技术误差及解决方案直通波的存在容易直通波的存在容易导导致缺陷埋没在直通波中不易分辨，致缺陷埋没在直通波中不易分辨，可以减少，增加数字化可以减少，增加数字化频频率，使用高率，使用高频频探探头头或高阻或高阻尼尼宽带宽带探探头头来解决来解决近表面近表面近表面近表面误误差解决方案差解决方案差解决方案差解决方案6060技术误差及解决方案轴轴偏移深度偏移深度偏移深度偏移深度误误差差差差在在在在扫查扫查中缺陷可能被中心声束中缺陷可能被中心声束中缺陷可能被中心声束中缺陷可能被中心声束发现发现也可能被也可能被也可能被也可能被边边缘缘声束声束声束声束发现发现，但在恒定，但在恒定，但在恒定，但在恒定椭圆轨椭圆轨迹中是无法分辨的，迹中是无法分辨的，迹中是无法分辨的，迹中是无法分辨的，这这就就就就产产生了生了生了生了了不同的深度，即主声束所得了不同的深度，即主声束所得了不同的深度，即主声束所得了不同的深度，即主声束所得结结果是最大的，但偏声束会偏小，果是最大的，但偏声束会偏小，果是最大的，但偏声束会偏小，果是最大的，但偏声束会偏小，一般一般一般一般认为对认为对于型剖口内缺陷于型剖口内缺陷于型剖口内缺陷于型剖口内缺陷误误差小于，差小于，差小于，差小于，对对于型剖口缺于型剖口缺于型剖口缺于型剖口缺陷小于，但所有情况都不会大于陷小于，但所有情况都不会大于陷小于，但所有情况都不会大于陷小于，但所有情况都不会大于6161技术误差及解决方案在上面提到在上面提到过时间过时间恒定恒定椭圆椭圆曲曲线线，那么最大深度和，那么最大深度和最小深度之最小深度之间间的距离就是底面的盲区了，一般小于工件厚的距离就是底面的盲区了，一般小于工件厚度，及工件厚度以上的缺陷都是度，及工件厚度以上的缺陷都是绝对绝对可以可以发现发现的的对这对这种底面盲区可以采用横波方法来种底面盲区可以采用横波方法来进进行解决行解决底面盲区底面盲区底面盲区底面盲区6262TOFD技术和PE方法组合检测焊缝的解决方案 多通道一次非平行多通道一次非平行多通道一次非平行多通道一次非平行扫查扫查方式方式方式方式 ,完成完成完成完成发现发现缺陷和缺陷和缺陷和缺陷和对对缺缺缺缺陷初步陷初步陷初步陷初步评评价价价价 非平行非平行非平行非平行扫查扫查方式方式方式方式转换为转换为平行平行平行平行扫查扫查方式，方式，方式，方式，检测检测缺陷缺陷缺陷缺陷的的的的详细详细信息信息信息信息 6363五通道一次非平行五通道一次非平行扫查方式方式当当焊缝焊缝厚度大于厚度大于6mm6mm小于等于小于等于70mm70mm时时，采用一，采用一对对TOFDTOFD探探头头覆盖整个覆盖整个焊缝焊缝厚度范厚度范围围，另外采用两，另外采用两对对PEPE探探头头从两从两边对焊缝边对焊缝根部和盖帽区域根部和盖帽区域补补充充检测检测。五通道解决方案 6464七通道解决方案 当当焊缝焊缝厚度大于厚度大于100mm100mm小于等于小于等于200mm200mm时时，采，采用三用三对对TOFDTOFD探探头头覆盖整个覆盖整个焊缝焊缝厚度范厚度范围围，另外采用，另外采用两两对对PEPE探探头头从两从两边对焊缝边对焊缝根部和盖帽区域根部和盖帽区域补补充充检测检测。七通道解决方案6565总误差深度深度mmmm时间误时间误差差t=0.01ust=0.01us误误差差s=1mms=1mm表面不平表面不平误误差差h=1mmh=1mm耦合耦合剂剂深度深度误误差差h=0.5mh=0.5mmm总误总误差差mmmm2 20.670.670.020.020.50.50.000.000.840.845 50.270.270.060.060.50.50.000.000.570.5710100.140.140.110.110.50.50.010.010.530.5320200.070.070.220.220.560.560.030.030.610.6140400.040.040.440.440.750.750.040.040.870.87D=40mm,PCS=90mm,D=40mm,PCS=90mm,探探头头角度角度6060,数字化数字化频频率率50506666TOFD技术的现场应用6767TOFD技术的现场应用6868TOFDTOFD技技术图术图像的像的处处理工具理工具 差分法通差分法通过移除直通波或移除直通波或侧向波，增向波，增强近表面分辨力近表面分辨力 数据分析模数据分析模块功能功能6969TOFDTOFD技技术图术图像的像的处处理工具理工具直通波与底波拉直直通波与底波拉直TOFD图像像 数据分析模数据分析模块功能功能7070通通过设置不同的增益增加置不同的增益增加TOFD对比度比度 数据分析模数据分析模块功功能功功能TOFDTOFD技技术图术图像的像的处处理工具理工具7171通通过设置不同的增益增加置不同的增益增加B扫对比度比度 数据分析模数据分析模块功能功能TOFDTOFD技技术图术图像的像的处处理工具理工具7272检测结果果图像像1:1比例比例显示，有利于与射示，有利于与射线底片底片进行行对比比 数据分析模数据分析模块功能功能TOFDTOFD技技术图术图像的像的处处理工具理工具7373vv HS800 TOFD HS800 TOFD 检测仪检测仪 曲曲线游游标拟合分析和合分析和TOFD尺寸判尺寸判读，记录并并标记缺陷缺陷 数据分析模数据分析模块功能功能7474TOFD技术图像的测量工具抛物线指针测量技术测量7575TOFD技术图像的测量工具在的在的扫扫描中，横向移描中，横向移动动抛物抛物线线指指针针使其与使其与缺陷的弧缺陷的弧线拟线拟合，合，则则两抛物两抛物线线指指针针的距离就是缺陷的的距离就是缺陷的长长度，度，这这种方法种方法测测量精度在量精度在mmmm内内拟拟合中如效果不太好，合中如效果不太好，可以断定缺陷外形可以断定缺陷外形为为曲曲线线形形抛物抛物线线指指针测针测量量技技术测术测量量技技术术，又称合成孔径聚焦技，又称合成孔径聚焦技术术，该该技技术术能能产产生生宽宽度是晶片尺寸一般的准直声束，而且度是晶片尺寸一般的准直声束，而且扩扩散很小，散很小，对对与与测测量小于正常波束的量小于正常波束的扩扩散范散范围围比比较较有效果，但技有效果，但技术术分析中所耗分析中所耗时间长时间长，效率比，效率比较较低低7676TOFD图像的判性分析点状缺陷射线底片7777TOFD图像的判性分析点状缺陷扫查图（小夹渣）点状缺陷扫查图（气孔）7878TOFD图像的判性分析扫查图（密集型气孔）扫查图（条状夹渣）7979TOFD图像的判性分析扫查图（裂纹）裂纹射线底片8080 HS800 TOFD HS800 TOFD 检测仪检