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TOFD检测技术
发(fa)布时间:2016-11-29

TOFD的由来

    TOFD 是(shi)Time Of Flight Diffraction的英文(wen)缩写,是(shi)一种利(li)用超(chao)声(sheng)波(bo)衍(yan)射时间差进行检(jian)(jian)(jian)测(ce)的无损检(jian)(jian)(jian)测(ce)方(fang)(fang)法(fa)。其原理与常用的脉冲回波(bo)超(chao)声(sheng)检(jian)(jian)(jian)测(ce)方(fang)(fang)法(fa)不同点是(shi):①缺(que)陷衍(yan)射波(bo)与缺(que)陷角(jiao)度无关(guan)(guan);②缺(que)陷定(ding)位定(ding)量(liang)的误差与波(bo)的幅(fu)度无关(guan)(guan)。其性能(neng)优越、成(cheng)本低廉、工艺简单、环境安全,极具发(fa)展前景。我国已确认其为特种设备的缺(que)陷评价检(jian)(jian)(jian)测(ce)方(fang)(fang)法(fa)。


TOFD检测原理

    超声TOFD方法是采用(yong)一(yi)对频(pin)率、尺寸、角(jiao)度相同的纵波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头进行(xing)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)伤(shang);一(yi)个作(zuo)为(wei)发射探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头,另一(yi)个作(zuo)为(wei)接收探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头,两探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头相对位置(zhi)在焊缝两侧且探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头中心在同一(yi)直线上,发射探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头发射横(heng)向纵波(bo),在无缺陷部位接收探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头首先按收到直通波(bo),这种波(bo)在两个探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)头间以纵波(bo)速度进行(xing)传(chuan)播,然后接收到反射回(hui)波(bo)(back wave)。

如果在工件中存(cun)在裂纹缺陷(xian),则在缺陷(xian)的(de)两(liang)端(duan)除普通(tong)的(de)反射(she)波外,在缺陷(xian)的(de)上下端(duan)点,还将分别产生衍射(she)波,其衍射(she)能量耒源于缺陷(xian)端(duan)部。

这两束衍(yan)射波号(hao)(hao)在直通(tong)波与底面反射波之间(jian)出现。缺陷两端点的信号(hao)(hao)在时间(jian)上将是(shi)可分(fen)辨的,根据衍(yan)射波信号(hao)(hao)传播的时间(jian)差可判定缺陷高度的量值。


与常规脉冲器超声波检测的区别

TOFD检(jian)测原理相对于常(chang)规脉冲器超声波检(jian)测方法两个重要不同点:

①陷衍射信(xin)号与缺陷角度无(wu)关;

②定位、定量的误(wu)差(cha)与信号的幅度(du)无(wu)关(guan)。

这也(ye)是TOFD技(ji)术得以快速(su)发展的原因


采用TOFD对薄(bo)壁堆焊(han)层裂纹(wen)缺陷(xian)的检测

堆焊层缺陷通(tong)常(chang)有:

①表面(mian)缺陷(xian)包括裂(lie)纹、气孔和(he)夹渣等;

②堆焊层内的(de)缺陷,一般为夹渣和未(wei)融合;

③堆焊层(ceng)与母材未结合;

④堆焊层(ceng)下(xia)母材(cai)热(re)影响区再热(re)裂缝(纹),趋向基本垂直于(yu)母材(cai)表面;当厚度(du)δ<5mm堆焊层(ceng)时,灵敏度(du)极低。


TOFD检测中的计算机应用

     TOFD检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)系统是以windows XP为开发平台,LabVIEW为基(ji)础完(wan)成(cheng)(cheng)超声二次开发;使采集卡与个人PC机(ji)相结合,完(wan)成(cheng)(cheng)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)信号采集、存储、图(tu)像(xiang)显(xian)示等(deng)工作。当今新型裂(lie)纹(wen)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)技(ji)(ji)术----TOFD超声检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)技(ji)(ji)术对焊接中裂(lie)纹(wen)类(lei)缺陷的(de)检(jian)(jian)(jian)出效果(guo)比较明(ming)显(xian),是其他(ta)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)方(fang)法无法比拟的(de)。

裂纹(wen)的高度计算

      裂纹的(de)(de)高度的(de)(de)检测(ce),通(tong)常是测(ce)定沿(yan)工(gong)件表面传播(bo)的(de)(de)直(zhi)通(tong)波(bo)和缺(que)陷端(duan)部(bu)产生的(de)(de)衍射波(bo)的(de)(de)传播(bo)时间差△t实(shi)现的(de)(de)。只要知道工(gong)件的(de)(de)纵波(bo)声速V和2个(ge)探头间距2S,则缺(que)陷上下端(duan)埋藏深(shen)度由(you)下式求出:


d=1/2[△t2 v2+4△tvs]1/2

式中:v——纵波声速

      △t——直通波与衍(yan)射波之间的(de)传播时间差;

        s——1/2的(de)探头间距。

由缺陷上下端埋藏深度即(ji)可(ke)求得缺陷在板厚方向的高:H=d1- d2

式中:H——裂纹高度(du);

      d1——裂纹上端点距上表面的距离(li);

      d2——裂纹下端点距上表(biao)面的距离;


模拟试块的制备

     利用电火(huo)花、线切割(ge)加工不(bu)同尺寸的人工线状裂纹模(mo)拟母材(cai)下(xia)再热裂纹缺(que)陷(xian)。试块母材(cai)为(wei)(wei)普通碳(tan)钢(gang),堆焊层为(wei)(wei)合(he)金(jin)钢(gang),尺寸为(wei)(wei)270mm×30mm×40mm,在试块堆焊层侧等(deng)间距加工了(le)八个(ge)不(bu)等(deng)高度、宽(kuan)度为(wei)(wei)0.2mm的人工裂纹。

 

 

TOFD原理示意图

 

TOFD图像


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