重要_无损检测新技术- TOFD 检测技术简介
TOFD技术介绍
3、TOFD技术使用的探头
晶片尺寸与频率对探头性能的影响
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小晶片，扩散角大，覆盖范围大。 频率高，扩散角小，覆盖范围小。 另一方面，频率高，周期短，容易满足直通波 与底波信号时间差至少20个周期的要求，这可 使直通波与底波回波在10％以上的波幅不超过 两个周期，减小盲区，提高时间分辨率。 综合考虑晶片尺寸与探头频率，根据标准规定 选择。 一般使用的TOFD探头中心频率为1～15MHz，晶 片尺寸为 3～20mm。 常用的探头角度为：45 ° 、60 ° 、70 °
8、TOFD检测的盲区
底面盲区
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偏离焊缝中心的缺陷很难在D扫描的底面反射 信号中看到，可能被底面回波信号掩盖。 在传播时间相同轨迹上任意一点的信号都具有 相同的时间
在传播时间相同轨迹上任意一点的信号 都具有相同的时间
检测不到 的缺陷
TOFD检测的精度
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时间误差： 探头频率5MHz，假定采样频率25MHz， 则采用间隔0.04 μs，时间误差0.02 μs， 深度误差0.02 μs ×5.95mm/ μs＝ 0.1mm
•底面反射波(BW)：纵波在底面的反射波。因其传播距离比直 通波大，总是在直通波之后。 •波型转换信号：在底面纵波和底面反射波型转换信号还会产生 各种波型转换信号。由于横波速度较慢，在底面反射波之后出 现，但波幅相当大。 •由于直通波(LW)和底面反射波(BW)的存在，检测时如果只使 用TOFD检测，在上表面和下表面存在盲区，一般为几毫米左右， 近表面的盲区大于底面的盲区。
TOFD标准
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1993年，英国BS7706标准中规定了用TOFD法进行缺陷 定量评价的具体程序和要求。 1996年，美国ASME规范在案例2235案例中，明确提出 允许使用TOFD取代RT。2000年ASME规范第I卷（动力 锅炉）也允许用AUT取代RT，用TOFD法记录焊缝检测结 果。 2000年欧共体也在原英国标准BS7706：1993基础上，制 订了有关焊缝TOFD法检测的现行标准ENV583-6-2000 《超声衍射波时差法用于缺陷检出和定量》。 2001年，日本制定了NDIS2423：2001超声波衍射时差技 术(TOFD)用于缺陷高度测量的方法。 目前，我国正在修订《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和已 颁布的《固定式压力容器安全技术监察规程》已经将 TOFD技术方法纳入正式条文。
无损检测技术衍射时差法超声TOFD检测基本原理
无损检测技术衍射时差法超声TOFD检测基本原理无损检测（Nondestructive Testing，简称NDT）技术是一种应用于工程领域的检测方法，其目的是在不损伤被测物体的情况下获得其内部和表面的缺陷信息，以判断材料的质量和可靠性。
衍射时差法超声TOFD（Time of Flight Diffraction）是无损检测中一种常用的超声检测技术，它通过分析超声波在被测物体内部的衍射图样和所传播时间的差异来确定缺陷的位置和尺寸。
衍射时差法超声TOFD检测的基本原理如下：1.超声波传播：超声波在被检测材料内部的传播速度是已知的，传播路径是直线传播的。
超声波发射器发射出短脉冲的超声波信号，经过材料中的声阻抗不一致表面发生反射；然后通过被检材料内部传播，当超声波遇到缺陷时，会部分反射、散射和透射；最后，超声波信号达到接收器并被记录。
2.衍射现象：当超声波遇到边界或缺陷时，会发生衍射现象。
衍射现象是指波通过开口或缝隙时，从波的前向运动方向上的边界或缝隙中发射出去一部分。
3.TOFD测量：TOFD测量的关键在于将两个特征回波的衍射声波进行时间差测量。
超声波发射器和接收器之间有一对平行排列的接收器，其中一个接收器用于接收来自发射器产生的超声波的第一个回波，另一个接收器用于接收来自发射器产生的超声波的第二个回波。
4.TOFD信号分析：通过同时接收两个回波，并测量二者之间的时间差，可以确定缺陷的位置和尺寸。
当超声波传播到缺陷区域时，由于缺陷的存在，衍射声波将被传播到两个接收器之间。
通过测量两个回波的时间差，可以计算出衍射声波的传播路径，从而确定缺陷的位置。
5.结果分析：将TOFD信号进行处理和分析，可以得到缺陷的尺寸、位置和形态。
同时，根据TOFD原理的高度灵敏度特点，可以检测到非常小的缺陷。
衍射时差法超声TOFD检测技术具有以下优点：1.高敏感性：TOFD检测技术可以检测到相对较小的缺陷，对大多数工程材料和结构缺陷的检测效果非常好。
TOFD技术要点简介
底面波
第二部分 TOFD检测系统
1.TOFD基本系统包括:
扫查器&编码器
Tx
Rx
试样
脉冲控制单元
接收放大器
位置控制单元
A/D 转化器
计算机 监视器 数据
存储
1.TOFD基本系统包括:
2.TOFD探头 1）宽带，窄脉冲 有利于提高分辨力。最终目的是降低信号在时间轴方向所占的宽度。
2）具有足够的发散特性 TOFD技术使用的是发散的波束，探头应使波束的辐射场对焊缝待见区域
详细介绍4730.10
第六部分 TOFD技术的应用
• 1 AUT技术应用
• 2 船舶检测应用 对接焊缝：TP-view系统
缺陷长度：576mm 缺陷深度：14.8mm 缺陷类型：未熔合
射线检测长度：300mm
某新建入级甲板运输船大合拢 焊缝（甲板横向对接焊缝）
3.TOFD+PE的图像
• 共包含5组图像
顾名思义， a. TOFD技术利用衍射波进行检测 b. TOFD技术通过计算特殊波之间的时间差进行定位及定量
TOFD技术的优点 1.定量定位精度高，可达1mm，当跟踪缺陷时可达0.3mm。 2.检测速度快，检测灵敏度高。 3.缺陷检测不受走向性影响，检出率高。 4.数据可记录。
• 由UKEA (英国原子能
管理局)主持的缺陷检
出实验DDT, 1983
All Methods
• 试验由:
• 荷兰焊接协会 (NIL)
• 美国电力研究院(EPRI)
• 美国焊接工程师协会
TOFD
(ASME)
• 共同完成
荷兰焊接协会 (NIL) KINT
•TOFD技术具有出色的定量能力. •TOFD检测高效,可靠.
TOFD技术的优缺点
TOFD技术的优缺点TOFD（Time-of-Flight Diffraction）技术是一种常用于无损检测的超声波检测方法，其原理是利用超声波在物体中的传播时间和反射信号的强度来检测缺陷。
以下是TOFD技术的优缺点：优点：1.高准确性：TOFD技术采用幅射超声波技术，可以实时对材料进行扫描，能够高精度地测量缺陷的尺寸和位置，并且能够区分大小不一的缺陷。
2.高灵敏度：TOFD技术可以探测到微小的缺陷，能够检测到微米级别的缺陷，对于一些重要的安全关键部件的无损检测非常有效。
3.高效性：TOFD技术可以在快速扫描的同时采集大量的数据，可以快速地获取大范围内的缺陷信息，节省了检测时间和人力成本。
4.全面性：TOFD技术不受限于对缺陷的预期，可以探测到多种不同类型的缺陷，如裂纹、孔洞、气泡等，对于多种材料的检测都具有一定的适用性。
5.无需缺陷的先验知识：相对于传统的A扫和B扫技术，TOFD技术无需事先了解缺陷的位置和形状，可以全面地检测材料中的所有缺陷。
缺点：1.受到耦合介质的限制：TOFD技术需要使用耦合介质将超声波传递到被测材料上，而不同材料需要选择适合的耦合介质，这会对TOFD技术的应用造成局限。
2.对操作人员的要求高：TOFD技术需要经验丰富的操作人员进行正确的操作和解读数据，对操作人员的技能要求较高，需要进行专门的培训和资质认证。
3.对材料的要求高：TOFD技术对被检测材料有一定的要求，例如材料应具有良好的声波传导性和一定的尺寸范围。
一些复杂材料（如复合材料）的检测可能比较困难。
4.软件处理的复杂性：TOFD技术的数据处理复杂，需要运用专门的软件进行数据分析和图像处理，这对于使用者来说有一定的技术要求。
总结：TOFD技术在无损检测领域有着广泛的应用，具有高准确性、高灵敏度、高效性、全面性等优点，能够提供可靠的缺陷检测和评估结果。
然而，TOFD技术也存在一些缺点，例如对耦合介质和材料的要求高，操作人员水平要求较高等。
超声衍射时差(TOFD)技术原理简介(含图表)
超声衍射时差（TOFD）技术原理简介（含图表）1.超声衍射时差(TOFD)技术介绍“TOFD”即Timeofflightdiffraction，译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。
极大地提高了缺陷检出率。
TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。
此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。
上个世纪七十年代早期，英国原子能管理局(UnitedKingdomAtomicEnergyAuthority，即UKAEA)的国家无损检测研究中心的Harwell实验室提出了了超声波衍射在UT中应用的原理。
UKAEA为了开发比常规超声波检测更精确的缺陷定量技术，最早由史可·毛瑞斯(SILKMG)博士开发出了超声衍射时差技术- 1 -(TimeofFlightDiffraction，简称TOFD)。
后来欧美国家的有关机构进行了大量的试验，到80年代早期证实，对于核反应堆的压力容器和主要部件，TOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声检测(即脉冲回波)技术；相比常规的脉冲回波技术，当时的TOFD 技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差<±1mm，而裂纹监测的误差<±0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感，不向脉冲回波技术那样对某些方向的缺陷有“盲区”；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。
后来开发了便携的设备系统(即国际无损检测中心的ZIPSCAN)，TOFD技术被国际工业界广泛公认。
90年代，该项技术开始应用与石油化工管线的检测。
tofd总结报告
TOFD总结报告1. 引言TOFD（Time-of-Flight Diffraction）是一种常用的超声检测技术，通过测量超声波从缺陷周围反射的时间差来确定缺陷的位置和大小。
本文将对TOFD技术进行总结和分析。
2. TOFD技术原理TOFD技术是基于超声波的传播和反射原理。
当超声波通过材料中的缺陷时，一部分超声波会沿着材料的表面传播，另一部分会沿着缺陷的边界发生反射。
通过测量反射超声波的时间差，可以确定缺陷的位置和大小。
3. TOFD技术的应用领域TOFD技术广泛应用于各个领域，特别是在材料检测和焊缝检测方面。
例如，在航空航天领域，TOFD技术可以用于检测飞机结构中的裂纹和缺陷。
在核电领域，TOFD技术可以用于检测管道焊缝中的缺陷。
4. TOFD技术的优势TOFD技术相比传统的超声波检测技术具有以下优势： - 高分辨率：TOFD技术可以提供高分辨率的缺陷图像，能够准确地识别出小型缺陷。
- 定位准确：通过测量反射超声波的时间差，可以准确地确定缺陷的位置。
- 非破坏性：TOFD技术是一种非破坏性的检测方法，对被检测材料没有损伤。
5. TOFD技术的局限性虽然TOFD技术具有许多优势，但也存在一些局限性： - 对材料和缺陷形状的依赖性：TOFD技术对材料的声传播速度和缺陷的形状有一定的依赖性，对某些特殊材料和形状的缺陷可能不适用。
- 处理数据的复杂性：TOFD技术生成的数据量较大，需要使用专业的数据处理软件进行分析和解释。
- 对操作人员要求高：TOFD技术需要操作人员具备较高的技术水平和经验，以确保检测结果的准确性。
6. TOFD技术的未来发展趋势随着科学技术的不断进步，TOFD技术也在不断发展和演进。
未来TOFD技术的发展趋势包括： - 智能化：将人工智能和机器学习等技术应用于TOFD技术中，提高数据处理和分析的效率和准确性。
- 无损检测集成化：将TOFD技术与其他无损检测技术相结合，实现更全面、更准确的检测和评估。
无损检测技术,衍射时差法超声TOFD检测基本原理
目录1.TOFD检测技术定义及原理2.TOFD检测技术基本知识3.TOFD检测技术的盲区4.TOFD检测技术的特点5.几种典型缺陷TOFD图谱1TOFD检测定义及基本原理1.1TOFD检测的定义衍射时差法超声检测（Time of Flight Diffraction ，英文缩写 TOFD）是依靠超声波与被检对象中的缺陷尖端或端部相互作用后发出的衍射信号来检测缺陷并对缺陷进行定位、定量的一种无损检测技术。
概况起来说 TOFD技术就是一种基于衍射信号实施检测的技术。
1.2 TOFD检测原理1.2.1 衍射现象衍射现象：是指波在传播过程中，遇到障碍物，能够绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象。
缺陷端点衍射现象可以用惠更斯－菲涅尔原理解释：惠更斯提出，介质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。
菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加。
图1.1缺陷端部衍射信号的解释由图示可见:当一束超声波入射到裂纹缺陷时：（1）在裂纹中部会形成有一定方向的反射波，其方向满足反射定律。
反射波接近平面波，其波阵面是由众多子波源反射波叠加构成;（2）在裂纹尖端则没有叠加现象发生。
这种裂纹尖端以独立的子波源发射的超声波即为衍射波。
衍射波的重要特点：1.没有明显的方向性；2.衍射波强度很弱。
衍射波的这两个特点都是由于裂纹尖端独立发射超声波没有波的叠加所造成的图1.2裂纹端点衍射波特点裂纹的上下端点都可以产生衍射波。
衍射波信号比反射波信号弱得多，且向空间的各个方向传播，即没有明显的指向性。
图1.3 端角反射与裂纹端点衍射信号波幅比较根据惠更斯-菲涅尔定理可知，缺陷端点形状改变会对衍射信号产生影响：（1）端点越尖锐，衍射特性越明显，（2）端点越圆滑，衍射特性越不明显，（3）当端点曲率半径大于波长（d>λ）时，主要体现的是反射特性。
TOFD技术介绍
TOFD技术介绍TOFD技术是一种应用于可视检测及无损检测领域的超声波技术，全称为时序差超声测深技术（Time of Flight Diffraction）。
它可以高精度、高速度地检测和定位各种缺陷类型，如裂纹、孔洞、疤痕等。
TOFD技术的原理是利用短脉冲超声波向材料中发射，并在材料中缺陷处产生扩散波。
其中扩散波的传播时间与缺陷的深度有关，通过测量这些传播时间的差异，可以确定缺陷的存在和位置。
TOFD技术的测量精度高于常规超声波技术，可以实时监控缺陷的变化和生长。
TOFD技术的主要特点之一是其高速度。
通过准确测量扩散波到达不同传感器的时间差，可以快速地确定缺陷的位置和大小，无需扫描探头。
这种实时定位的能力使得TOFD技术在工业生产线上广泛应用，可以大大提高生产效率。
TOFD技术可以用于各种材料的无损检测，包括金属、复合材料、陶瓷等。
它可以应用于许多行业，如航空航天、石油化工、电力等。
在航空领域，TOFD技术广泛用于飞机的结构检测和维护。
在石油化工领域，TOFD技术可用于检测管道和容器的腐蚀和裂纹。
在电力领域，TOFD技术可以用于检测火电站锅炉管道的腐蚀和裂纹。
与传统的超声波技术相比，TOFD技术具有一些独特的优势。
TOFD技术可以提供定量的深度信息，并提供缺陷的长度和高度测量。
通过使用多通道的接收机，TOFD技术还可以提供更高的解析度。
此外，TOFD技术不受材料的吸收和散射的影响，适用于各种复杂的工况。
尽管TOFD技术在无损检测领域具有很大的潜力，但它也存在一些局限性。
首先，TOFD技术对探测头的位置和方向要求非常高，需要准确地调整和定位。
其次，TOFD技术对材料的起伏和表面不平整度较为敏感，可能会导致误差。
此外，TOFD技术在探测大型结构和离探测头较远的区域时可能存在问题。
总之，TOFD技术是一种高灵敏度和高精度的超声波技术，广泛应用于可视检测及无损检测领域。
它可以实时定位和监测各种缺陷类型，并在多个行业中发挥着重要的作用。
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无损检测新技术-TOFD检测技术简介
夏纪真
无损检测资讯网
广州市番禺区南村镇恒生花园14梯701 邮编：511442
摘要：本文简单介绍了超声波检测中TOFD方法的物理原理、应用及局限性。
关键词：无损检测超声检测 TOFD技术
1 TOFD检测方法依据的物理原理
“TOFD”是英文“Time of flight diffraction”的缩写，翻译成中文是“衍射时间差”，现在把这种检测方法基本上统一称为“衍射时差法超声波检测”，以方便与传统的“脉冲反射法超声波检测”相对应。
根据惠更斯原理，超声波在传
声介质中投射到一个异质界
面，例如裂纹上时，由于超声
波振动作用在裂纹尖端上，将
使裂纹尖端成为新的子波源而
产生衍射波，这种衍射波是球
面波，向四周传播，用适当的
方式接收到该衍射波时，就可
按照超声波的传播时间与几何
声学的原理计算得到该裂纹尖
端的埋藏深度。
所以，TOFD
是一种依靠从待检试件内部结图1基于惠更斯原理评定缺陷垂直于探测表面高度的方法构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。
在20世纪70年代中期开始在模拟式超声波探伤仪上应用的“棱边再生波法”、“时间渡越衍射法”、“衍射声时法”、“裂纹端点衍射法”或“尖端反射法”等也是基于惠更斯原理。
图1示出评定缺陷垂直于探测表面高度的方法示意图，其中（a）、（c）称为端点反射波法；（b）称为端点衍射波法。
2 TOFD检测方法的应用
TOFD检测方法采用数字式超声波检测仪，利用计算机技术来处理检出缺陷端角（尖端）的衍射波信号以及两个探头之间直接传播的横向波（直通波）和直达的内壁反射信号，从而能够确定缺陷的存在并对缺陷进行定位和定量成像，能够有效地评定缺陷垂直于探测面取向的延长度（缺陷高度），如图2所示。
TOFD的优点是它完全不同于传统超声波检测技术根据反射信号及其幅度来检测和评定缺陷，即不是以缺陷回波幅度作为定量评判依据，而是靠脉冲传播时间来定量，能够不受声束角度、检测方向、缺陷表面粗糙度、工件表面状态及探头压力等因素的影响，对于判定缺陷的真实性和准确定量上十分有效，而且TOFD 可以和脉冲反射法相结合来相互取长补短。
这在数字化的多通道系统上是能够实现TOFD和脉冲回波同时进行检测和分析的。
例如在焊缝检测上，TOFD对于焊缝中部缺陷检出率很高，容易检出方向性不好的缺陷，可以识别判断缺陷是否向表面延伸，采用TOFD和脉冲回波相结合，可以实现100%焊缝覆盖，沿焊缝作一维扫查，具有较高的检测速度，缺陷定量、定位精度高，并且根据TOFD的检测结果有助于进行缺陷寿命评估（ECA）分析。
TOFD方法通常使用一对晶片尺寸、中心频率和折射角等参数相同的探头（一发一收），相向对置于焊缝两侧，同时垂直或平行于焊缝移动扫查，使用纵波或横波入射的斜探头，测
量缺陷端部产生的衍射波信号与侧向波（直通波）的时间差，能以较高的准确性测量缺陷高度。
两个探头之间的距离以及折射角度的选择取决于被检测的板厚。
图3示出TOFD方法在工件上应用的示意图。
图2 TOFD方法原理示意图
图3 TOFD方法在工件上的应用
具有TOFD功能的数字式超声波探伤仪能实现A显示（特别是采用射频显示波形，有利于观察缺陷波和侧向波的相位）、D显示（探头沿焊缝或缺陷延伸长度方向作垂直于声束方向移动，由采集数据在屏幕上显示焊缝或缺陷纵断面图形）、B显示（探头沿声束平行方向作横切焊缝或缺陷横断面移动，由采集数据在屏幕上显示焊缝或缺陷横断面图形）三种显示方式（如图3所示），探伤结果记录较直观和客观，通过对缺陷波的相位、显示轮廓、缺陷所处的深度位置以及缺陷波幅的观察，结合所检测的焊接结构，可以作为对缺陷定性的重要依据。
近年来，TOFD法在欧洲、美国和日本已广泛用于锅炉、压力容器和压力管道焊缝的检测，在最新欧洲标准ENV 583-6:2000、CEN/TS-14751:2004、NEN1882:2005，英国
BS7706:1993[2]、美国ASME 2235: 2001[3] 、ASTM E2373-2004和日本的NDIS
2423:2001[4 ]等中都已经对TOFD法有了相关的规定，包括要求检测焊缝的人员在应用TOFD法时，除需有NDT2级以上资格证书外，还需通过根据被检产品等级和书面实施细则进行TOFD法检测的附加培训和考试，对于从事焊缝超声波无损检测的机构也要求具备TOFD 法检测的资质。
3 TOFD检测技术的局限性
TOFD方法存在近表面检测盲区和底面检测盲区（达到数毫米），贴近内壁的检测信号也往往不够清晰，通常需要采用常规的脉冲回波法（横波单斜探头）补偿；如果材料存在各向异性，则由于声速在不同方向上有变化而会影响缺陷高度的计算评定；TOFD法所得到的信号幅度较低，通常只适用于超声波衰减较小的材料，如低碳钢和低合金钢材料和焊缝，以及细晶奥氏体钢和铝材，并且对被检表面粗糙度有较高要求；需要使用专用参考试块来校正系统灵敏度，以获得足够的体积覆盖范围和判断增益调整值和信噪比是否恰当；TOFD必须在设置正确时才能成为一种很好的缺陷定量和定位方法；用于TOFD方法的探头需要特制，一般为小晶片大指向角（宽束）的宽频带纵波斜探头（也可以是横波，但横波的波形较复杂）。
作者简介：夏纪真，高级工程师，国务院授予政府终身特殊津贴的有突出贡献专家，《无损检测资讯网 》创建并主持人。