TOFD焊缝检测标准和工艺
超声波衍射时差法(TOFD)检测过程控制要点
超声波衍射时差法(TOFD)检测过程控制要点超声波衍射时差法(TOFD)是采用一发一收探头，利用缺陷端点的衍射波信号探测缺陷和测定缺陷尺寸的一种超声检测技术，其对垂直于探测面缺陷的尺寸测量具有独特的优势，在结构焊缝检测上的应用已经较为成熟。
随着国内标准NB/T 47013.10-2010《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》的颁布，TOFD检测技术在国内得到迅速推广。
TOFD检测不是一个基于幅度响应的超声检测技术，但需要足够的灵敏度以使待检测的缺陷能够被识别。
TOFD检测的一个弱点是检测面和底面附近存在盲区，为了确保声束覆盖检测区域，必须在确定检测工艺时考虑这一因素。
探头选择和探头配置很大程度上决定着TOFD检测技术的整体精度、信噪比和覆盖区域。
进行仪器设置是为了确保足够的系统增益和信噪比，以便发现所关注的衍射信号，确保分辨力可接受、声束能够覆盖所关注的区域以及系统动态范围的有效使用。
TOFD检测过程和现场评审中有以下几点需要重点关注：一、检测区域覆盖根据任务要求的检测区域和检测级别，首先通过选择探头角度、测定探头前沿及声束扩散角来确定探头组合和间距，并根据厚度决定是否需要分区检测。
然后进行上下面盲区的确认，以决定是否需要补充超声横波检测，或偏置非平行扫查。
二、数据采样间距进行TOFD扫查时，沿扫查方向的数据采样间距在各标准中有明确规定。
三、仪器设置和验证1．灵敏度:TOFD检测不是基于幅度对缺陷进行当量评定的检测技术，TOFD检测灵敏度的设置方式也与常规超声不同，不是以人工缺陷的幅度作为基准。
灵敏度的设置只是为了保证信号幅度在一定范围内，并具有较高的信噪比。
通常要求直通波高度为满刻度的40%~90%，或在底波80%的基础上再增益20~32dB，或噪声在满刻度的5%~10%。
有时标准会要求在试块上验证探头指定区域缺陷的检出性。
2．深度校准:TOFD检测中，探头接收的信号到达时间与反射体的深度并不是线性关系，反射体的深度是在假定信号位于两探头中心的正下方的情况下，依据已知的声速和信号与直通波的时间差由软件自动计算得到的。
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操作指导书(50mm以下)
工艺验证要求：
1、采用TOFD-C试块进行工艺验证。
2、在合适灵敏度条件下，TOFD图像应能清晰显示对比试块中对应分区内的标准反射体。
辅助检测要求：
对于发现的内部可疑部位按照NB/T47013.3-2015标准进行超声检测复验。
TOFD检测前，应先采用磁粉检测方法对内表面和外表面进行表面检测
找到40, 60， 80侧孔将标准反射体校准为已知深度
初始表面盲区测定
初始扫查面育区高度的确定应采用实测法。
应采用扫查面盲区高度试块进行测量。将设置好的扫查装置分别对不同深度侧孔进行扫查，能发现的最小深度横孔上沿所对应的深度即为初始扫查面盲区高度。
底面盲区计算△h
t----工件厚度;
x----偏离焊缝中心线的距离(此处为底面检测区域宽度的一半)
对表面盲区进行脉冲反射法超声检测，并做相关记录。
编制：（Ⅱ级）
日期：
审核：（Ⅱ级）
日期：
检测示意图：
其Байду номын сангаас
他
要
求
工作性能检查要求
1、每次检测前应对位置传感器进行检查，检查方式是使带位置传感器的扫查装置移动500mm.将检测设备所显示的移与实际位移进行比较，其误差应小于5mm.
2、在实际扫查前，应检查检测灵教度及深度显示具体要求，详见NB/T47013.10-2015标准的规定。
检测记录要求:
8mm
/
偏置后底面盲区
0.9mm
/
楔块前沿测定方法
1、测前沿。两探头正向对接放在母材上.增益增加到50db 左右，同上移动BW 线套住第一正向波峰，读出BW 时间值t
TOFD标准
JB 中华人民共和国行业标准JB/T 4730.10－××××承压设备无损检测第10 部分：衍射时差法超声检测Nondestructive testing of pressure equipments－Part 10: Ultrasonic time of flight diffraction techni que（征求意见稿）××××-×-×发布××××-×-×实施××××××××××发布目次前言 (Ⅱ)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 检测人员 (3)5 检测设备 (3)6 对比试块 (3)7 方法概要和一般要求 (4)8 检测准备 (5)9 检测设置和校准 (6)10 检测 (9)11 检测数据的分析和解释 (10)12 其他补充检测 (12)13 缺陷评定与质量分级 (12)14 检测报告 (13)附录 A（规范性附录） TOFD 检测设备的具体性能指标要求 (15)附录 B（资料性附录）对比试块 (17)附录C（资料性附录）衍射时差法超声检测报告 (19)前言本部分为JB/T 4730.1～6-2005 之外新增加的第10 部分：衍射时差法超声检测。
本部分主要根据国内近年来的研究成果和应用经验，在方法部分主要参考了CEN/TS 14751-2004《焊接－衍射时差法超声检测在焊接检验中的使用》、ASTM E2373-2004《采用衍射时差法超声检测的标准实施规程》、ENV583-6－2000《无损检测之超声检测第6 部分：缺陷探测和定量的衍射时差法超声检测》、BS 7706-1993《用于缺陷探测、定位和定量的衍射时差法超声检测的校准和设置指南》以及 ASME code case 2235-9 中的有关内容；在缺陷评定部分主要参考了NEN 1822－2005《衍射时差法超声检测的检验验收准则》和ASME code case 2235-9 中的相关内容。
TOFD检测通用工艺规程参考版
TOFD检测通用工艺规程参考版衍射时差法超声检测通用工艺规程文件编号：2013受控□非受控□分发号：—目录1编制的目的和适用范围 (1)2引用标准、规范 (1)3术语定义 (2)4检测人员要求 (2)5检测设备、器材和材料 (3)6检测表面要求 (7)7检测时机 (7)8TOFD检测技术工艺 (8)8.1 TOFD检测基本程序 (8)8.2检测前准备 (8)8.3表面盲区确定 (9)8.4横向缺陷 (9)8.5探头-12dB声场测试 (10)8.6与其他无损检测方法的综合应用 (11)8.7现场条件要求 (11)8.8检测准备 (12)8.9检测系统设置和校准 (16)8.10 检测 (19)8.11数据文件的命名规则 (20)8.12焊缝检测记录 (20)9检测数据分析和解释 (21)9.1检测数据的有效性评价 (21)9.2相关显示和非相关显示 (21)9.3缺陷位置的测定 (22)9.4缺陷尺寸测定 (24)9.5检测结果的评定和质量等级分类 (24)10编制专用检测工艺卡 (29)11检测流程 (21)12检测记录、报告和资料存档 (21)附件1衍射时差法超声检测工艺卡 (32)附件2衍射时差法超声检测报告 (35)附件3TOFD检测返修通知单 (40)附件4衍射时差法超声检测记录 (43)1编制的目的和适用范围为了保证本公司检测工作质量，提供准确可靠的检测数据，特制定本通用规程，本规程对衍射时差法超声检测（TOFD）中各环节质量控制要求作出了规定。
本通用规程适用于以下焊接接头的TOFD检测。
1.1材料为碳素钢或低合金钢；1.2全焊透结构型式的对接接头；1.3工件厚度t：12mm ≤t≤100mm（不包括焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时，取薄侧厚度值）。
1.4与承压设备有关的支撑件和结构件的衍射时差法超声检测，可参照本规程使用；对于其他细晶各向同性和低声衰减材料，也可参照本规程使用，但要考虑声速衰减。
TOFD检测实验分析
第一节TOFD检测实验分析1 前言随着科技的发展，各行业设备运行参数的提高，对设备本身的质量要求越来越严格。
机械设备在焊接加工过程中，焊缝中难免会存在一些或大或小的标准允许范围内的缺陷，在设备长期运行过程中，这些缺陷都有扩展的可能。
为保证设备的安全运行，需要监控这些缺陷的状态，判定这些缺陷是否已扩展。
在检测中如何获得这些缺陷在各方向的精确尺寸特别是高度方向上的尺寸就成了迫切需要解决的问题。
近年来，国内同行对焊缝缺陷的精确测量，特别是在役设备裂纹高度的测量投入了大量的精力，取得了一定的效果。
TOFD检测技术以其在缺陷检出率及精确定量方面具有的明显技术优势，在众多检测技术中脱颖而出，得到业界的接受和认可。
本节通过几个实验来介绍TOFD在缺陷精确测高方面的技术优势。
2 实验比较TOFD数据采集使用加拿大RDTech公司的OmniScanMX超声探伤仪、5MHz Φ3mm纵波探头（1对）、45°楔块。
采用平行扫查，探头中心距按PCS=2×(2T/3)×tanβ选择。
实验选用2块0.2mm宽线切割槽试块（试块A、B）和一裂纹试块（试块C）。
2.1线切割槽试块A实测实验采用下图所示试块A（长160mm、宽50mm、厚40mm）试验中使用常规超声波将端角反射波调至80％后，重复扫查，逐步增益30dB，直到噪声信号达20％，仍未发现可识别的独立的衍射波信号；并且在TOFD检测数据中，可以看到仅从A扫描波形中也很难区分衍射波。
由此可以看出：开口很小，内部紧闭的裂纹，衍射波信号并不如想像中明显，仅从A扫描波形中基本不能区分衍射波与噪声。
这主要是由于裂纹两个面接触很紧密，大部分的声波穿过了裂纹，导致衍射能量明显降低。
不过在TOFD中结合B扫描时还是较好识别。
在实际检测中通常遇到由夹渣或其它体积型缺陷扩展的裂纹或局部开口较大的裂纹，对于这些裂纹通常在测高时会发生实测缺陷高度偏小的情况。
这就与试块C的情况非常类似，见图11，在a 点位置由于裂纹结合紧密，大多数声波透过裂纹，仅有部分能量转化为衍射波，b点位置由于开口较大，声波无法穿过，衍射能量较强，波幅也较强。
tofd探伤标准
TOFD（Time-of-Flight Diffraction）是一种非破坏性测试（NDT）技术，用于检测焊接、铸造、管道和其他材料中的缺陷，如裂纹和夹杂。
TOFD 探伤技术的标准可以帮助确保测试的准确性和可靠性。
以下是一些与TOFD 探伤标准相关的国际和行业标准：1. ASTM E2905 - 19：这是由美国材料与试验协会（ASTM）发布的标准，标题为“使用TOFD技术检测焊缝中的焊缝裂纹的标准实施规程”。
它提供了使用TOFD技术进行焊缝检测的详细规程和指南。
2. ASME V Article 4: 这是美国机械工程师学会（ASME）发布的标准，标题为“Nondestructive Examination”。
其中第4节专门讨论TOFD技术的应用，以检测焊缝、铸件和其他组件中的缺陷。
3. ISO 10863: 这是国际标准化组织（ISO）发布的标准，题为“Non-destructive testing - Ultrasonic testing - Time-of-flight diffraction technique as a method for detection and sizing of discontinuities”。
它为TOFD技术的应用提供了国际性的指南和要求。
4. EN 14127: 这是欧洲标准（European Norm）的一部分，标题为“Non-destructive testing - Ultrasonic examination - Time-of-flight diffraction technique”。
它为欧洲地区的TOFD检测提供了指南。
这些标准提供了关于TOFD技术的应用、设备要求、操作程序和缺陷评估的详细指导。
使用适当的标准可以确保TOFD探伤测试的一致性和可靠性，并有助于确保检测到的缺陷能够得到准确评估。
请注意，标准可能会定期更新和修订，因此建议查阅最新版本以确保遵守最新的要求。
TOFT检测技术简介
一、TOFD技术特点TOFD（Time of Flight Diffraction）衍射时差法超声检测或超声波衍射时差法，是利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷尺寸的一种自动超声检测方法。
它是国内外无损检测行业公认的新的检测技术，其主要优势是检测图像比较直观、检测能力强、精度高。
在国外工程上应用广泛，而且有逐渐取代X射线检测方式的趋势。
TOFD技术的特点：1)TOFD技术的可靠性好。
由于其主要是利用衍射波进行检测，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有效的发现，使该技术具有很高的缺陷检出率。
国外研究机构的缺陷检出率的试验得出的评价是：手工UT，50-70%；TOFD，70-90%；机械扫查UT+TOFD，80-95%。
由此可见，TOFD检测技术比常规手工UT的检测可靠性要高得多。
2）TOFD技术的定量精度高。
采用衍射时差技术对缺陷定量，精度远远高于常规手工超声波检测。
一般认为，对线性缺陷或面积型缺陷，TOFD定量误差小于1mm。
对裂纹和未熔合缺陷高度测量误差通常只有零点几毫米。
3）TOFD检测简单快捷，最常用的非平行扫查只需一人即可以操作，探头只需沿焊缝两侧移动即可，不需做锯齿扫查，检测效率高，操作成本低。
4）TOFD检测系统配有自动或半自动扫查装置，能够确定缺陷与探头的相对位置，信号通过处理可以转换为TOFD图像。
图像的信息量显示比A扫描显示大得多，在A型显示中，屏幕只能显示一条A扫信号，而TOFD图像显示的是一条焊缝检测的大量A扫信号的集合。
与A型信号的波形显示相比，包含丰富信息的TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析。
5）当今使用的TOFD检测系统都是高性能数字化仪器，完全克服了模拟超声探伤仪和简单数字超声波探伤仪记录信号能力差的特点，不仅能全过程记录信号，长久保存数据，而且能够高速进行大批量信号处理。
6）TOFD技术除了用于检测外，还可用于缺陷扩展的监控，是有效且能精确测量出裂纹增长的方法之一。
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接收探头
上端点 下端点
内壁反射信号
发射探头
A扫信号
横向波
接收探头
底面反射波
LW
BW
上端点 下端点
直通波（LW）和底面反射波（BW）是固定存在的， 无论被检焊缝中是否存在缺陷。
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，在上表面和内壁表面存 在盲区，一般为几毫米左右。
l TOFD检验不是依赖于测量缺陷回波高度而是以精 确测量衍射波的飞行时间确定缺陷的尺寸和位置，对 于自然裂纹测量精度为1mm，对于人工反射体测量精 度为0.1mm（实验室条件下）。
TOFD – 认可
• TOFD 还没有被管线标准认可 (仅仅有少 数的标准中有关于TOFD的内容)
• 然而, TOFD 对于判定缺陷尺寸的真实性 和准确定量上十分有效。
TOFD焊缝检测
2007年7月12日
TOFD释义
• TOFD(Time-of-flight-diffraction technique) 检测技术是在1977年，由Silk根据超声波 衍射现象提出来，简称衍射时差法 (TOFD)。检测时使用一对或多对宽声束 探头，每对探头相对焊缝对称分布，声 束覆盖检测区域，遇到缺陷时产生反射 波和衍射波。探头同时接收反射波和衍 射波，通过测量衍射波传播时间和利用 三角方程，来确定出缺陷的尺寸和位置。
• 同时， TOFD 可以和脉冲反射法相互取 长补短。 例如， 检出焊缝中部的缺陷， 判断缺陷是否向表面延伸等就是它的强 项。
• 在厚壁容器环焊缝上作为案例每次使用 前需要向国家质检总局申请。
衍射现象
入射波
衍射波
折射波
裂纹 衍射波
向各个方向传播 能量低
取决于入射角
TOFD: 典型的设置
发射探头
横向波
2
•
t
2t0
2
S
2
发射探头
缺陷自身高度
2S
d1 d2
接收探头
h d2 d1
由于计算自身高度只需要测量时间, 所以高度估计会很准确。 实际操作中，检 测裂纹 1-mm 的精度是完全可以达到的 (检测人工缺陷时可以达到0.1 mm )。
数据显示(A扫非检波和D扫灰谱图显示)
LW
A扫
D扫
BW
上表面
• 在外表面和内表面附近存在盲区。
• 解释比较困难，目前国内对缺陷定性问 题没有经验，经常需要辅助其它检测手 段。
• 夸大了一些良性的缺陷, 如气孔, 冷夹层, 内部未熔合。
• 实际检测中缺陷高度方向误差较小，长 度方向误差较大（6dB法测长）。
• 注意标准问题 (有待解决)
检测标准：ASME CODE CASE 2235简介
内壁
发射探头
t0
缺陷位置的影响
S
S
d
接收探头
t0
x
发射探头
缺陷位置的不确切性
S
S
接收探头
t1
t2
相等时间的轨迹
(t1+t2=ct)
dmin dmax
实际上: 绝对深度的最大误差低于10 %. 内部（小）缺陷的高度估计误差是可以忽略的 。
特别应注意靠近内壁的小缺陷
当探头相对于 缺陷对称时时 间最短 。
1、相关定义
1.1扫描面 Scanned surface：放置探头的表面或水浸探伤中 超声波能量进入试件的表面。
1.2远面 Far surface：与扫描面相对的表面。
1.3缺陷深度 Flaw depth：缺陷上端面距扫描面的距离。
1.4缺陷高度 Flaw height：投影到一个厚度平面上的缺陷 的上、下端点之间的距离，用H表示。在评定时，对于表 面缺陷，H等于“a”；对于内部缺陷，H等于“2a”。
横向扫查
直通波
上表面
内壁
B扫 这种扫查会产生典型的 反向抛物线
几种典型的TOFD波形
1、上表面存在裂纹时，声束无法从上表面通过，无直通 波（LW）和上端点衍射波。
2、内表面存在裂纹时，声束无法从内表面通过，无底面 反射波（BW）和下端点衍射波。
3、水平方向的平面形缺陷 (层间未熔, 冷夹层)上下端点 衍射波合在一起。
TOFD检测的特点：
l 检验是使用一对宽声束、纵波探头，探头频率高于 脉冲回波法（PE）的探头频率，探头相对于焊缝对称 分布。
l 声束在焊缝中传播遇到缺陷时，缺陷会产生反射波， 缺陷两端产生衍射波，衍射波比反射波低20～30dB。 接收探头具有极高的灵敏度，接收衍射波。
l 以精确测量衍射波的传输时间和简单的三角方程为 理论基础，使用计算机来完成缺陷尺寸和位置的测量。
1.5 缺陷上端点 Upper flaw extremity：缺陷离 扫描面最近的端点或顶点。
1.6 缺陷下端点 Lower flaw extremity：缺陷离 扫描面最远的端点或顶点。
1.7 爬波 Creep wave ：在平面或凹面上，TOFD两 探头之间的波。
1.8 B扫查 B-scan：一对探头在横穿焊缝或缺陷的 方向上进行配置，探头运动方向与焊缝方向垂直的 扫查；显示时，坐标原点为焊缝的中点，横坐标表 示与焊缝中线的距离，纵坐标表示深度。
3、检测区域的划定：对于母材厚度大于 204mm的焊缝，检测区域应覆盖全部焊缝体积， 并加上焊缝两侧各51mm的范围；当母材厚度 等于或小于204mm时，超声波检测区域应覆盖 全部焊缝体积，再加上焊缝两侧各25.4mm或t 中较小值的范围。
发射探头
向外表面延伸的裂纹
直通波被隔开了
接收探头
没有直通波
底面反射波 BW
裂纹尖端
发射探头
向内表面延伸的裂纹
直通波
接收探头
内壁反射信号被隔开了 LW
尖端信号
没有底面 反射波
发射探头
水平方向的平面形缺陷
(层间未熔, 冷夹层)
直通波
接收探头
反射信号
LW 反射回波
底面反射波 BW
TOFD 的局限性
A、B、D显示示意图。
1.9 D扫查 D-scan：在扫查时，一对探头在横穿焊 缝或缺陷的方向上进行配置，探头运动方向与焊缝 方向平行的扫查；显示时，坐标原点为扫查的起始 点，横坐标表示焊缝的深度，纵坐标表示焊缝的长 度。
2、适用范围：压力容器焊缝厚度大于等于 12.7mm时可以使用超声波检测替代射线检测。
直通波（LW）和底面反射波（BW）及每一个显示的 上、下衍射波相位是相反的。
相位变化
横向波
底面反射波
+
LW
+
BW
-
-
上端点 下端点 需要不检波的A扫来显示相位的变化
发射探头
t0
传播时间
S
S
d
接收探头
t0
2 • S 2 d 2
t
c
2 • t0
发射探头
t0
缺陷深d
c 2