TOFD技术介绍及应用

TOFD－TimeofFlightDiffraction

技术介绍中国特种设备检测研究院胡斌主要内容一、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2023/2/22一、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）2023/2/242、TOFD检测显示A扫描显示TOFD图像2023/2/253、TOFD起源技术起源－1974，英国AEANDTHarwell，Silk首台设备英国AEAA-EATechnologySonomatic首次应用1985核电设备用途：缺陷尺寸测量2023/2/264、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2023/2/274、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2023/2/28发射探头接收探头直通波直通波上端点下端点底面反射波底面反射波5、检测原理——埋藏缺陷2023/2/295、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2023/2/2105、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2023/2/2115、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2023/2/2126、TOFD检测图像的形成（灰度图）白+黑-幅度时间时间将每一个A扫描信号转化为灰度线，沿探头的运动方向拼接成二维灰度图

2023/2/2137、TOFD扫查方式与成像特点直通波底面反射波（1）非平行扫查2023/2/2147、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2023/2/2157、TOFD扫查方式与成像特点扫查面底面直通波形成抛物线形TOFD图像2、平行扫查方式2023/2/216二、TOFD技术的优缺点2、TOFD图谱—表面开口裂纹212023/2/2182、TOFD图谱—

X形坡口根部未焊透2112342023/2/2192、TOFD图谱—

V形坡口根部未焊透根部未焊透1232023/2/2202、TOFD图谱—密集气孔122023/2/2212、TOFD图谱—横向裂纹12341232023/2/2222、TOFD图谱—根部未焊满1232023/2/2232、TOFD图谱—层间未熔合2023/2/2242、TOFD图谱—根部未熔合TOFDtechniqueLackofrootfusiondefect2023/2/2252、TOFD图谱—根部凹陷TOFDtechniqueRootConcavitydefect2023/2/2262、TOFD图谱—根部过厚TOFDtechniqueOverpenetrationdefect2023/2/227（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2023/2/228欧洲TOFDPROOF的试验结果2023/2/2293、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。

2023/2/2304、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28mm6mm2023/2/2314、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2023/2/2323、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。2023/2/2333、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)2023/2/2344、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2023/2/235三、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2023/2/2372、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2023/2/2383、关于国际TOFD标准的分类方法BS7706ENV583-6CEN/TS14751ASTME2373NDIS2423

验收ASMEcc2235NEN1822综合规范ASMEcc22352023/2/239四、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ASTME19612023/2/2411、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）2023/2/2421、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

2023/2/2434、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2、企业标