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(2012-02-01 14:34:29)
标签：
杂谈 |
分类： wayne |
TOFD 检测技术及其工艺参数设置
孔令昌
( 广东省珠海市特种设备检验所,
珠海519002)
作者：中国检测网
摘要: 简要介绍TOFD 检测技术原理,
分析有关工艺参数的选择对检测结果的影响, 并列举出了工程应用实例。通过优化检测工艺,
能够提高对不同工件中各类缺陷的检测范围和检出率。对TOFD
在工程检测中的实际应用具有一定指导意义。
关键词: 超声衍射时差法检测; 工艺参数; 应用实例
中图分类号: TG115. 28 文献标志码: B 文章编号: 1000 6656(
2010) 07 0549 02
TOFD Technique and Processing
Parameter
KONG Ling Chang
( Guang do ng Zhuhai Institut e o f
Special Equipment Inspection, Zhuhai 519002,
China)
Abstract: T ime o f flig ht diff ractio n
( TOFD) was summar ized as a new NDT metho d, and offer ed a real
applicat ion. It was dissected that the processing parameter
affected the result of inspectio n. Throug h o ptimizing the pr
ocessing parameter, the test ing rang e and relevance r atio wer e
r aised. It w as of value to g uide t he a pplicat ion o f
TOFD.
Keywords: T ime of fight diffr act ion testing; Pr
ocessing par ameter; Applicat ion illustration
超声衍射时差法( T OFD) 技术是利用从工件内部缺陷( 如裂纹)
的端角或端点处发出的衍射波来检测缺陷的一种超声检测方法。该方法已经得到ASTM E2373??04、ASME VIII Code
2235、CENEN V 583??6( 2000) 和BS 7706( 1993) 等标准的认可。TOFD对于判定缺陷的真实性和准确定量上十分有效,
在检测核电、建筑、化工、石化和长输管道等行业中的容器和管道设备中已有应用。现在, T
OFD检测技术解决了大厚壁工件射线检测困难的难题,并在一定范围内有取代射线检测的趋势和可能。
当超声波遇到诸如裂纹等缺陷时, 将在缺陷尖端产生衍射波, 探头探测到不同声程和位置的衍射波,
进而可以得到缺陷的高度和深度。TOFD
检测原理如图1[ 1- 2] 。
因为纵波声速大于横波声速, 在显示屏上反射纵波会比反射横波先到, 进而避免了横波的干扰, 所以T OFD
是利用纵波来检测缺陷的。TOFD
检测中使用的是纵波探头, 并成对配置。
TOFD检测在工程应用中具有很多优点,
如缺陷检出能力强, 定位精度高; 检测周期短, 检测效率高, 安全, 环保; 检测数据可进行成像处理,
检测结果直观并可数字化永久保存, 实现全过程记录。与常规脉冲回波超声检测技术相比, TOFD
检测与缺陷的方向无关; TOFD 检测不以缺陷反射波幅的高低( 即缺陷当量大小) 作为判定缺陷大小的依据,
这与传统常规超声检测一直沿用的?? 比较大小法 检测技术有根本的不同。
不是所有工件都能用一次扫查完成检测, 应根据工件选择合适的探头, 从而决定扫查次数。一般50 mm 厚度范围内工件可一次扫查,
超出此范围需多次扫查; 若焊缝较宽, 在焊缝两侧各增加一次偏置非平行扫查。
探头角度越小, 时间间隔越大, 分辨率越好; 扩散角越小; 两探头间距越小。探头60!~ 65!衍射信号强度最强,
38!最差。因此应根据板厚及焊缝宽度选择。
探头频率越高, 分辨率越高; 波束扩散越小; 能量越高; 衰减越大, 信噪比越低。一般较薄板采用高频率,
厚板用低频率探头。
晶片越小, 波束扩散越大; 晶片越大, 扩散角越小( 指向性好) , 能量越大且集中。一般检测深度大时选用大晶片,
需要更大检测范围时选用小晶片( 扩散角大) 。
检测时一般将所选探头声束轴线交于壁厚的2T/ 3 处, 此时PCS = 4/ 3T tg。如果需要定点测量,
则使声束轴线对准缺陷所在深度, 此时PCS =2H tg ??(H 为缺陷深度) 。
值得注意的是TOFD
检测灵敏度与传统常规超声检测的灵敏度是完全不同的概念。常规超声检测的灵敏度是相对于标准人工反射体而言, 可以理解为相对灵敏度 , 而T
OFD 检测的灵敏度指的是实际波幅高度, 可以理解为?? 绝对灵敏度。
单通道一次扫查( 50 mm 以下) 可直接在被检工件上设置灵敏度, 一般将直通波的波幅设定到满屏的40%~ 80% ;
若采用直通波不适合或直通波不可见, 可将底面反射波幅设定为满屏的80% , 再提高20~ 32 dB; 若直通波和底面反射均不可用,
可将材料的晶粒噪声设定为满屏的5% ~ 10% 作为灵敏度。多通道T OFD 检测灵敏度可在对比试块上进行设置,
将试块上人工反射体较弱的衍射信号波幅设置为满屏的40%~ 80% , 并在实际工件表面扫查时进行表面耦合补偿。
采用单通道检测时, 时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前0. 5 s 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. 5 s以上。
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. 5~ 1 s 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. 5~ 1 s 以上;对应各分区的A
扫描时间窗口在深度方向应至少覆盖相邻检测分区在厚度方向上高度的25% 。
分为手动扫查和机械扫查。一般为了准确定位应使用行程编码器( 位置传感器) 。
对某在役5 000 m3 液化气球罐球壳焊接接头进行TOFD 检测,
该球壳的材质为16MnR 钢板, 板厚30 mm。采用X 坡口型平板焊接方式进行手工电弧焊, 焊后进行退火处理。检测比例为100%,
检测参数如下。
综上所述, TOFD检测技术在工程检测中具有很多优势和先进性,
但它对仪器设置要求高, 数据结果识别及判读具有一定的难度。在现场检测时, 对被检工件表面状况要求无凹凸,
否则将对探头的平稳行走带来严重的影响; 被检部位必须有足够位置能够放置并行走TOFD 探头对。
另外, TOFD
检测存在一定的表面盲区, 即在上下表面存在一个检测不到( 信号重叠) 的区域。为了减小盲区, 可采用T OFD
与脉冲反射法组合检测、改变扫查面、采用偏置非平行扫查等一种或多种方法相结合的手段。根据TOFD
的检测原理和特点, 该技术在检测厚壁容器和大管径的管道方面具有一定的优势。
1 TOFD
检测原理
2 TOFD
检测工艺设置
2. 1 扫查次数的选择
2. 2 探头角度的选择
2. 3 探头频率的选择
2. 4 探头晶片尺寸的选择
2. 5 PCS( 探头间距) 的选择
2. 6 灵敏度设置
2. 7 A 扫描时间窗口设置
2. 8 扫查方式
3 TOFD
检测实例
( 1) 检测设备器材?? 仪器选用ISONIC ST AR;探头规格5 MHz, 6 mm;
楔块60!; 扫查装置为带滚轮编码器; 耦合剂为水。
( 2) 设置PCS ?? PCS= 4/ 3T tg??= 69 mm。
( 3) 设置A 扫描时间窗口?? 选择工件母材某处合适部位, 调节时间轴,
使时间窗口的起始位置为直通波到达接收探头前0. 5~ 1 ??s, 宽度设置为工件底面的一次波型转换波后0. 5~ 1
??s。
( 4 ) 设置灵敏度?? 在被检工件待检部位上设置灵敏度, 将直通波的波幅设定到满屏的40%
~80% 。
( 5 ) 校准位置传感器?? 选择编码器驱动模式,设定传感器编码型号, 移动300 mm,
比较检测设备所显示的位移与实际位移之差值, 其误差应< 3 mm。
( 6 ) 扫查次数及方式?? 扫查方式为非平行扫查; 扫查次数1 次; 每次扫查3 m,
第二段扫查时重叠20mm; 检测过程中密切注意波幅变化状况以及是否有数据丢失现象; 数据保存。
参考文献:
[1] 李家伟, 陈积懋. 无损检测手册[ M] . 北京:
机械工业出版社, 2002: 52- 79.
[2] 郑晖, 林树青. 超声检测[ M] . 北京: 新华出版社, 2008.
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