TOFD检测操作指导书

TOFD操作指导书编制

中国特种设备检测研究院

无损检测技术中心

杨齐2主要内容一、TOFD操作指导书编制关键参数二、案例讲解一、TOFD操作指导书编制关键参数

1、被检工件情况；2、确定检测技术等级、检测区域、厚度分区及探头设置、扫查方式的选择、

扫查面准备等；

3、表面盲区及其补充检测方法；4、横向缺陷的补充检测方法（必要时）；5、检测系统设置和校准；2023/2/43①检测区域的确定检测区域由其高度和宽度表征。检测区域高度为工件焊接接头的厚度。检测区域宽度为焊缝本身及熔合线两侧各10mm。2023/2/442023/2/45②厚度分区及PCS的计算（NB/T47013.10-2015)工件厚度mm检测分区数深度范围mm标称频率MHz声束角度（°）晶片直径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实例：工件厚度150mm按照NB/T47013.10标准，分为3个区检测：1、0mm～30mm2、30mm～90mm（22.5mm～90mm）3、90mm～150mm（75mm～150mm）探头中心间距——PCS计算第一分区：7.5MHz3mm探头，70度楔块聚焦点：30*(2/3)=20mm，故PCS=2*tg70*20=110mm第二分区：5MHz6mm探头，60度楔块聚焦点：(90－30)*(2/3)+30=70mm,故PCS=2*tg60*70＝242mm第三分区：3.5MHz9.5mm探头，55度楔块聚焦点：(150－90)*(2/3)+90=130mm,故PCS=2*tg55*130＝371mm2023/2/47探头声场的计算及厚度方向覆盖验证声束覆盖范围计算公式：折射角公式声束半扩散角公式实例（以第二分区为例）：5MHz6mm探头，60度楔块，工件中纵波声速5.95mm/us楔块中纵波声速2.4mm/us计算步骤：（1）由折射角公式计算出楔块中纵波入射角：（2）计算楔块中纵波的声束扩散角：（3)计算楔块中纵波的声束上下边界角：

（4）计算钢中纵波的声束上下边界角：2023/2/482023/2/49厚度方向覆盖验证：根据以上－12dB声束扩散角的计算，采用5MHz6mm探头，60度楔块时，声束下半扩散角为47.22°，上半扩散角为84.0°。第二分区覆盖厚度为：22.5mm～90mm，PCS=242mm在焊缝的中心线上，－12dB声束覆盖深度范围为：经计算，满足厚度方向上深度覆盖的要求。实际工作中，应在对比试块上通过对各深度缺陷的检测效果进行验证。宽度方向的覆盖性（略）2023/2/410③扫查面盲区盲区是TOFD技术的固有局限性8mm实测法测试ABCF1F2xy0底面盲区主要是轴偏离盲区4mm3mm2mm1mm椭圆曲线方程为：x2/a2+y2/b2=x2/[(0.5PCS)2+t2]+y2/t2=1试算：若采用5M、ϕ6mm、60度探头对检测壁厚t=40mm工件，X型坡口，底面焊缝宽度20mm，则熔合线处的底面轴偏离盲区高度？PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92，则a=(462+402)1/2=61,b=t=40,椭圆方程为：x2/612+y2/402=1。将x=10代入得：y=39.5

故熔合线处的底面轴偏离盲区高度为40-39.5=0.5mm2023/2/412xy2023/2/413④横向缺陷横向缺陷检出率低是TOFD两种初始扫查方式的固有局限性原因：当超声波声束与缺陷走向平行时，缺陷端点的衍射波在TOFD图谱上形成圆形显示，从而难以分辨出来。2023/2/414脉冲反射法斜平行扫查脉冲反射法平行扫查斜向扫查2023/2/415位置1位置21、-12dB非平行扫查覆盖不了检测区域2、底面检测区域边界处的轴偏离盲区高度超出标准要求时位置1位置2轴偏离盲区高度超出标准要求⑤扫查方式的选择2023/2/416⑥A扫描时间窗口设置若工件厚度不大于50mm时，可采用单检测通道，其时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5μs以上，窗口宽度应设置为包含工件底面的一次波型转换波后0.5μs以上。

——提供缺陷有关辅助信息若在厚度方向分区检测时，最上分区的时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0.5μs以上，最下分区的时间窗口的终止位置应设置为底面反射波到达接收探头后0.5μs以上

其他分区的时间窗口的起始位置应在厚度方向依次向上覆盖相邻检测分区深度范围的25％；150mm工件

时间窗口设置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检测灵敏度设置

若被检工件厚度不大于50mm且采用单检测通道时，可直接在被检工件上或采用对比试块设置灵敏度。若直接在被检工件上设置灵敏度时，一般将直通波的波幅设定到满屏高的40%～80%；若直通波不可用，可将底面反射波波幅调整为满屏高的80%，再提高20dB～32dB；若直通波和底面反射波均不可用，可将材料的晶粒噪声设定为满屏高的5％～10％作为灵敏度。若在厚度方向分区检测时，应采用4.2.3.2规定的对比试块设置各通道检测灵敏度。将各通道A扫描时间窗口内各反射体产生的最弱的衍射信号波幅设置为满屏高的40%～80%作为灵敏度（最上分区也可将直通波的波幅设定到满屏高的40%～80%）。182023/2/42023/2/419⑧关于最大扫查速度的规定最大扫查速度不得超过（其中PRF为探头激发的脉冲重复频率，Hz；X为设置的扫查增量，mm；n为设置的信号平均次数），同时应保证耦合效果和数据采集的要求。举例：若某仪器PRF=500次/秒，采用单通道检测，扫查增量设置为1mm，信号平均次数为4，则最大扫查速度为：500*1/4=125mm/s2023/2/420二、案例讲解设备名称/设备类别/设备规格20mm主体材质Q345R工作介质/设备状态在制坡口型式X焊接方法SAW焊缝宽度16mm焊后热处理无技术等级B级检测比例100%1、仪器：*********2、探头规格：10M3mm7.5M3mm5M6mm3.5M12.5mm3、楔块角度：70度、60度、45度4、扫查装置：手动单轴扫查器，带滚轮编码器2023/2/421检测区域2023/2/422探头选取和设置：（1）假定采用7.5M、3mm探头60度楔块：编号标称频率(MHz)晶片直径(mm)前沿60°楔块扩散角***7.531033-85°声束交点深度为2/3*20=13.3mm，故PCS=46mm。直通波与底波的时间间隔包含的信号周期数：2(232+202)1/2-46=14.96mm，△t=14.96/5.9=2.54*10-6sT7.5M=0.133*10-6s信号周期数=192023/2/423该探头声束覆盖范围见下图：由上图可见，此探头配置的底面有效检测宽度为12.4mm，而需检测范围为36mm，故单次非平行扫查不能检测覆盖，需考虑偏置非平行扫查。为覆盖检测区域，最少需沿Y轴偏置±11.8mm。考虑到探头前沿为10mm，故探头对中间的空间间隔为26mm，而焊缝宽16mm，最多可偏置5mm，不满足偏置扫查对移动区域的需求，故不可行。2023/2/424（2）假定采用10M、ϕ3mm探头，楔块角度70：编号标称频率(MHz)晶片直径(mm)前沿70°楔块扩散角***1031040-90°声束交点深度为2/3*20=13.3mm，故PCS=73mm。

直通波与底波的时间间隔包含的信号周期数：2(36.52+202)1/2-73=10.2mm，

△t=10.2/5.9=1.73*10-6sT10M=0.1*10-6s

信号周期数=172023/2/425该探头声束覆盖范围见下图：非平行扫查的底面有效检测宽度为39.4mm可满足覆盖检测区域的要求。2023/2/426扫查方式的选择：（1）计算非平行扫查底面有效宽度：39.4mm，覆盖检测区域。（2）计算底面检测区域边界处的轴偏离盲区高度值：XZX1=18X2/a2+Z2/b2=1此处：a2=36.52+202——a=41.6b=20则椭圆方程为：X2/41.62+Z2/202=1该方程中代入X1=18，计算：Z1=18.1则底面检测区域边界处的轴偏离盲区高度值为20-18.1=1.9mm故：若需检出底面自身高度1mm的缺陷，需增加两侧的偏置非平行扫查，偏移量可设定为36*1/4=9mm，此时的椭圆方程为(X-9)2