TOFD技术与标准课件

TOFD－TimeofFlightDiffraction

技术与标准中国特种设备检测研究院研究开发部无损检测研究室胡斌主要内容一、TOFD技术概述二、TOFD技术验证与优缺点三、国外TOFD标准四、我国TOFD发展及标准法规2022/10/142一、TOFD技术概述1、TOFD定义定义：TimeOfFlightDiffraction衍射时差法超声检测TOFD方法利用缺陷端点的衍射波信号探测和测量缺陷的尺寸

TOFD基本结构：一发一收双探头

宽角度纵波斜探头（通常）2022/10/1442、TOFD检测显示A扫描显示TOFD图像2022/10/1454、物理基础－衍射缺陷上的每一点形成新的子波源称为衍射惠更斯原理入射波2022/10/1474、物理基础－衍射缺陷衍射波衍射波入射波反射波特点：1、全方位2、低能量2022/10/1485、检测原理——扫查面开口缺陷发射探头接收探头缺陷下尖端底面反射波底面反射波直通波中断无直通波2022/10/14105、检测原理——底面开口缺陷发射探头接收探头直通波直通波缺陷上尖端底面反射波中断无底面反射波2022/10/14115、检测原理——层间缺陷发射探头接收探头直通波直通波底面发射波底面发射波反射波反射信号2022/10/14127、TOFD扫查方式与成像特点直通波底面反射波（1）非平行扫查2022/10/14147、TOFD扫查方式与成像特点A扫描信号非平行扫查lPPCS非平行扫查成像特点2022/10/1415二、TOFD技术验证与优缺点1、欧洲TOFD技术试验日期试验名称1980DTIMEMTRequirementBoard

(Weldingdefectsinplates34-94mm)1983UKAEADDTTrials1985PISC-llTrials1989EPRITrials1983-86DutchNILTrials1990-91GF.10-38mmplate&welds1991-95NDP6-15mmplate&welds2002－05TOFDPROOF2022/10/14182、TOFD图谱—表面开口裂纹212022/10/14192、TOFD图谱—

X形坡口根部未焊透2112342022/10/14202、TOFD图谱—

V形坡口根部未焊透根部未焊透1232022/10/14212、TOFD图谱—密集气孔122022/10/14222、TOFD图谱—根部未焊满1232022/10/14242、TOFD图谱—层间未熔合2022/10/14252、TOFD图谱—根部凹陷TOFDtechniqueRootConcavitydefect2022/10/14272、TOFD图谱—根部过厚TOFDtechniqueOverpenetrationdefect2022/10/1428（1）能探测不利取向的缺陷，缺陷检出率高；

荷兰焊接协会的试验结果

POD缺陷检出率FCR误报率R可靠性3、TOFD优点2022/10/1429欧洲TOFDPROOF的试验结果2022/10/14303、TOFD的优点（2）超声波束覆盖区域大，效率高；（3）缺陷高度测量精确；（4）实时成像，快速分析；（5）非基于波幅，波幅影响小；（6）快速、安全、方便。

2022/10/14314、TOFD的局限性（1）扫查面盲区：直通波有一定的宽度，处于此范围的缺陷波难以被发现壁厚20mm5mm壁厚28mm6mm2022/10/14324、TOFD的局限性（1）底面盲区（2）非平行扫查时焊缝横截面相似深度的缺陷在TOFD显示中会叠加2022/10/14333、TOFD的局限性（3）横向缺陷检出率较低；

横向裂纹信号一般是可以采集到的，但是信号没有长度，因为看起来象是来自于一个微小的点状反射体（例如气孔）的信号，容易被忽略。2022/10/14343、TOFD的局限性（4）TOFD信号较弱，对信噪比敏感；（5）TOFD数据分析对检测人员要求高。

熟练掌握设备；扎实的理论基础；丰富的对比试验经验：工厂、试块（RT、解剖）现场经验(跳动、滑移、耦合、表面、运动方式对图谱影响)2022/10/14354、TOFD检测适用对象可检工件壁厚：欧洲：6mm美国ASTM：9mmASME:12.7mm以上时可替代射线我国：12mm对接焊接接头（主要）各种缺陷：裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣错边、腐蚀减薄、未焊满等材料：低碳钢和低合金钢（主要）对其他粗晶和各向异性材料应有特殊方法，如不锈钢2022/10/1436三、国外TOFD标准1、欧洲TOFD标准BS7706-1993英国

ENV583-6:2000无损检测（法国标准化协会）

CEN/TS-14751:2004焊接（德国标准化协会）

共识EN标准NEN1822：2005

荷兰验收标准铁素体钢接受准则2022/10/14382、美国、日本的标准美国ASMEcodecase2235－1，1996年；自动超声检测，规范性质（含验收标准）ASTME2373-2004采用超声波衍射时差法的标准实施规程

ASMESec.V附录N、ASMESec.V附录III

日本NDIS2423-2001ＴＯＦＤ法によるきず高さ測定方法2022/10/14393、关于国际TOFD标准的分类方法BS7706ENV583-6CEN/TS14751ASTME2373NDIS2423

验收ASMEcc2235NEN1822综合规范ASMEcc22352022/10/14404、关于ASMEcc2235国内重点关注特殊的标准案例2235的主要内容—超声替代射线(核心和争议所在)2235的历史

－1（1996）；－3（2000），＋动力锅炉；－6（2003），改动较多－8，－9，2005年10月（＋相控阵9早于8）对象

任何适用的自动超声检测方法，并非特指TOFD条件—基于计算机的自动数据采集、原始数据完整存储方法分为两种：基于波幅、非基于波幅（TOFD）2022/10/14414、关于ASMEcc2235(续)超声替代射线的提出

1995荷兰VerkooijenJINSIGHT欧洲？直接原因：日本建造ASME的大型容器，申请特批技术原因面状缺陷的检出率（面状缺陷对容器的影响更大）深度定位和测高（RTNO)教训：工厂RT、现场UT总是发现一些RT漏掉的大缺陷需求：HSE、效率、成本仪器和技术的进步

2022/10/14424、关于ASMEcc2235(续)2235主要特点1、强调自动超声检测（非人工手动超声）2、强调演示3、强调数据（数据采集、完整存储）4、设备、程序、人员、试块要鉴定（qualification）5、检测区域、扫查方案文件化保证可重复性6、缺陷评定缺陷不定性矩形表征接受原则（材料力学计算）考虑2个因素：断裂力学分析＋超声对缺陷检测能力

4种材料：SA516-70/SA517-F/9Ni/304SS

—欧洲ECA/FFP、国内的安全评定并非指单独的TOFD代替射线检测，需同时满足各要求2022/10/1443四、我国TOFD发展及标准法规1、TOFD在我国的发展20世纪90年代

TOFD技术引进理论研究、设备购置中国特种设备检测研究院端点衍射法研究无锡华光锅炉公司李衍介绍TOFD原理和国外标准核动力研究所、中国第一重型机械集团设备引进与试验

2000年左右试应用西气东输工程中石油管道局相控阵分区聚焦＋TOFD技术中石油企标ASTME19612022/10/14451、TOFD在我国的发展TOFD检测实际应用（举例）

2001年大庆龙凤炼油厂加氢反应器(206mm/192mm)中国一重与中国特检院2005年神华煤液化工程340mm厚加氢反应器中国一重

2007年新疆独山子石化和天利高新中国特检院质检总局第1个TOFD科研试点

2008年广西石化23球罐、大连日立宝源中国特检院TOFD企业标准2004年

中国一重企业标准（一重和中国特检中心合作编写）2007年中国特检院、合肥通用院、中特创业、中国二重2008年江苏省特检院开展TOFD应用的特种设备相关检验单位湖北省院、山东省院等其他行业

机械、核工业（105）、石油系统（中海油、中石油）、大专院校（北交大、哈工大）2022/10/14461、TOFD在我国的发展国产TOFD设备

2003年带TOFD功能的超声手动扫查成像仪中国特检院（林树青、马殿忠等）

2005年第一台单通道TOFD设备中科创新、湖北省特检院

2008年铁轨TOFD检测设备北京市铁道局、北京交大TOFD检测人员

全国特种设备无损检测UT资格中分项TOFD专项截至目前共5期，约合计150人。展望

能源工业发展，安全环保的强调，对检测质量、成本和效率的不断重视——越来越广泛的应用

2022/10/14472、国内TOFD法规关于进一步完善锅炉压力容器压力管道安全监察工作的通知

国质检特函[2007]4022007年6月7日六、关于衍射波时差法超声波检测（TOFD）方法的应用对现场制造壁厚度60mm以上的压力容器，可以采用TOFD检测方法替代射线法进行无损检测。从事TOFD检测的无损检测机构必须符合以下条件：（一）在我国TOFD无损检测标准未公布前，应当参照国外成熟标准制订相应的企业标准，经全国锅炉压力容器标准化技术委员会审核通过后，按照《中华人民共和国标准化法》规定进行备案。（二）从事TOFD检测的无损检测机构至少应具有超声波无损检测（UT）Ⅲ级人员1名，UTⅡ级资格4年以上（含4年，下同）人员2名，作为TOFD检测责任人和操作复核人员。（三）从事TOFD检测人员应当具有UTⅡ级资格4年以上（含4年），其TOFD操作技能经全国无损检测考核委员会考核合格。2022/10/14483、《容规》（征求意见稿）《蒸规》《容规》（征求意见稿）：第八十三条压力容器焊接接头检测方法的选择要求如下：(一)压力容器壁厚小于等于38mm时，其对接接头应当采用射线检测或可记录的超声检测。(二)压力容器壁厚大于38mm（或小于等于38mm，但大于20mm并且使用材料抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）时，其对接接头如采用射线检测，则每条焊缝还应当附加局部超声检测；如采用超声检测，每条焊缝还应当附加局部射线检测。……(三)可以采用衍射时差法超声检测（TOFD）代替射线检测。……第八十五条

……采用衍射时差法超声检测（TOFD）的焊接接头，其合格级别不应低于Ⅱ级。第九十条

……妥善保管好无损检测档案和底片（包括原缺陷的底片）或超声检测资料，保存期限不应当少于7年。《蒸规》修订意见：

TOFD有望纳入正式正文2022/10/14494、TOFD检测标准TOFD标准1、JB/T4730.10《承压设备衍射时差法超声检测》草案2006年9月5日中国特检院提出全国锅容标委归口“标准起草组”成立成员状况组长：林树青技术总负责：寿比南特设局、中国特检院、全国锅容标委、全国特种设备无损考委会、省市检验检测机构、承压设备制造单位、国内外设备生产厂家、电力系统代表、石油系统代表目前进度2008年6月发改委通过立项2、企业标准

要求：机构具有设备、人员和一定经验；“应当参照国外成熟标准”；全国锅容标委审核通过。2022/10/14504、TOFD检测标准主要参照：CEN/TS14751ASTME2373参考：ENV583-6,BS7706NEN1822，ASMECC2235

JB/T4730.32022/10/14514、TOFD检测标准适用壁厚BS7706未明确ENV583-66－300mmCEN/TS147516－300mm，超过需演示证明ASTM23739-300mm，超过需演示证明ASME2235-9大于等于1/2英寸（12.7mm）标准草案12－400mm2022/10/14524、TOFD检测标准适用材料BS7706基本上可适用于绝大多数需要快速和可靠探测缺陷、定量的场合。可应用于许多复杂结构形式。应用于粗晶、声衰减大材料时应注意。ENV583-6低碳、低合金钢及其他低衰减和散射材料，包括细晶奥氏体和铝。粗晶和各向异性材料需要额外的确认和数据处理。CEN/TS14751低碳、低合金钢或其他低声衰减材料（考虑声速变化）板、管、容器对接熔化焊焊缝。ASTM2373金属和非金属。最适合的材料是细晶各向同性的低衰减材料，包括细晶奥氏体和铝。如果合同方同意并采取确认过的工艺，也可以用TOFD检测粗晶和各向异性的材料，需要对频率和数字信号处理进行额外的修改。主要用于焊缝但不限于标准草案低碳钢、低合金钢的对接接头（一般）2022/10/14534、TOFD检测标准术语和定义坐标定义TOFD：超声波衍射时差法缺陷高度直通波、底面反射波三种扫查方式：非平行扫查（D)

平行扫查(B)

偏置非平行扫查TOFD检测显示

TOFD图像（灰度图）A扫描信号ZXYO扫查面底面直通波底面反射波Z底面2022/10/14544、TOFD检测标准BS7706代表性缺陷试件机加槽或侧孔ENV583-6代表性缺陷试件机加槽或侧孔CEN/TS14751代表性缺陷试件机加槽和侧孔（同时）ASTM2373侧孔（一般只允许）（深度25、75％）标准草案参照14751和2373，推荐尖角槽试块2022/10/14554、TOFD检测标准BS7706/ENV583-6厚度70mm以内单通道，70mm以上分为若干区域，探头按深度范围选择：0～30,30～﹤100，100～≦300CEN/TS14751厚度50mm以内单通道，50mm以上分区（平均分）：50～100分2个区,100～200分3个区，200～300分4个区ASTM2373厚度75mm以内单通道（也可分区），75mm以上可分为若干区域，探头按深度范围选择：0～35,35～﹤100,100～﹤300标准草案厚度50mm以内单通道，50mm以上分区（非平均分）：50～100分2个区,100～200分3个，200～300分4个,300～400分5个区厚度分区2022/10/14564、TOFD检测标准BS7706四种方式选其一：代表性缺陷试件；槽或尖角槽试块；侧孔试块；材料结构噪声ENV583-6先调节电噪声和系统增益，再使用试块CEN/TS14751先三种方式选其一：直通波幅度40－80％；底面回波幅度；材料结构噪声；然后再使用试块进行验证（A)ASTM2373先直通波幅度40－90％；再用试块进行调整。此为参考灵敏度，还提出了扫查灵敏度的概念标准草案若工件厚度不大于50mm采用单检测通道时，可直接在工件上进行大于50mm，需使用对比试块灵敏度设置2022/10/14574、TOFD检测标准BS7706一般忽略底面发射波之后的波型转换波，转换波有时作为一种特殊技术ENV583-6直通波前1us—底面反射波（推荐至一次底面反射波型转换波），厚度分区应相互覆盖CEN/TS14751直通波前1us—底面反射波（尽可能至一次底面反射波型转换波，分区：在厚度方向重叠至少10％ASTM2373直通波前1us—底面反射波（推荐至一次底面反射波型转换波），分区重叠25％标准草案直通波前1us—推荐至一次底面反射波型转换波分区：厚度方向重叠25％时间窗口设置2022/10/14584、TOFD检测标准BS7706面状缺陷、体积性缺陷、线状（高度<3mm）、点状、难以分类的缺陷ENV583-6上表面开口不连续、底面开口不连续、埋藏不连续CEN/TS14751非相关显示和相关显示：表面开口不连续（扫查面、底面或穿透型），埋藏不连续（点状、细长、条状),难以分类的显示ASTM2373同CEN/TS14751（但无难以分类的显示这一项）标准草案同14751缺陷分类2022/10/14594、TOFD检测标准关于非平行扫查和其它扫查方式非平行扫查初始的扫查方式用于缺陷的快速探测无法确定缺陷距焊缝中心线的偏移量平行扫查或偏置非平行扫查——已发现的缺陷可精确测定缺陷高度、改进缺陷定位以及为缺陷定性提供更多信息。条件：对于非平行扫查发现的接近最大允许尺寸的缺陷或需要了解缺陷更多信息时（建议进行）2022/10/14604、TOFD检测标准TOFD检测的一般程序原始资料查阅；编制检测工艺作业指导书；人员、设备、试块准备；检测准备；检测系统设置和校准；检测；数据分析和解释；缺陷评定与验收。2022/10/14615、一些体会（1）缺陷的检出率高TOFDV.S.RT案例1TOFD检测：检出四处缺陷，其中两处较严重的缺陷长度分别为55（145-90）mm和40mm，缺陷高度分别为10mm和7mm。2022/10/14625、一些体会（1）缺陷的检出率高TOFDV.S.RT案例1RT检测：检出二个缺陷，长度分别为50和35mm。2022/10/14635、一些体会（1）缺陷的检出率高TOFDV.S.RT案例2TOFD检测：发现F9焊缝在0～400mm内存在4处缺陷。2022/10/14645、一些体会（1）缺陷的检出率高TOFDV.S.RT案例2RT检测：在F9焊缝同一部位发现3处缺陷。。2022/10/14655、一些体会（1）缺陷的检出率高TOFDV.S.UT