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超声波衍射时差法（TOFD）在焊缝检测中原理及应用分析
超声波衍射时差法（TOFD）在焊缝检测中原理及应用分析超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用分析[摘要] 本文介绍了超声tofd法的检测原理及应用状况。
超声tofd(时间渡越衍射法)检测技术具有检测速度快，定量精度高，定位准确和可确定缺陷尺寸等优点，是其它检测方法无法比拟的，已开始广泛应用于焊缝和压力容器等特种设备的检测。
[关键词] 声波衍射时差法；射线检测；精确测量；缺陷尖端；探头[pick to] this paper introduces the method of ultrasonic tofd the detection principle and application conditions. ultrasound tofd (time over the diffraction method) detection technology has the detection speed, quantitative high precision, accurate positioning and defect size can determine etc, and is other detection method of the incomparable, has started to widely used in weld and pressure containers of special equipment detection.[key words] sound waves diffraction method of time difference; the x-ray testing; accurate measurement; defect tip; probe中图分类号：r445.1文献标识码：a 文章编号：0 引言衍射时差法(tofd)是一种新型超声无损检测方法。
TOFD检测通用工艺
TOFD检测通用工艺Q/SCC·CNPC·G·8005—2007 1 适用范围1.1 本工艺规定了衍射时差法超声检测（以下简称“TOFD”）人员应具备的资格、所用器材、检测工艺参数和验收标准以及采用TOFD检测承压设备的方法和质量分级要求。
1.2 本工艺依据JB/T4730.10的要求适用于同时具备下列条件的焊接接头：a）材料为低碳钢或低合金钢；b）截面全焊透的对接接头；c）工件厚度t：12mm ≤t≤400mm（不包括焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时，取薄侧厚度值）。
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，可参照本部分使用；对于其他细晶各向同性和低声衰减金属材料，也可参照本部分使用，但应考虑声速的变化。
1.3 本工艺满足《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB150的要求。
1.4检测工艺卡是本工艺的补充，可由II级或III级人员按合同要求编写，其工艺参数及其他相关的技术要求规定更具体。
2 引用标准1) JB/T4730.10《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》；2) JB/T 4730.1-2005 《承压设备无损检测第1 部分：通用要求》；3) JB/T 10061-1999《A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》；4) JB/T 10062-1999《超声探伤用探头性能测试方法》；5) TGS R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》；6) GB150-1998《钢制压力容器》3 术语和定义标准JB/T4730.10中给出的TOFD技术专用定义和术语适用于此工艺。
4 检测人员4.1 从事TOFD检测的人员应当按照相关安全技术规范要求，获得特种设备无损检测人员超声检测TOFD专项资格，方可从事相应资格等级规定的检测工作，并负相应技术责任。
4.2 TOFD检测人员应熟悉所使用的TOFD 检测设备.4.3 TOFD检测人员应具有实际检测经验并掌握一定的承压设备结构及制造基础知识。
TOFD工艺试验方案
TOFD探头声场测试工艺试验一、准备器材1.TOFD仪器2.试块：CSK-IA3.探头：根据检测工艺选取探头和锲块4.量角器或直尺二、原理利用CSK-IA试块的100mm半径弧面测量-12dB扩散角。
圆心到达各个弧面的距离相同，即声程相同。
声程相同即在时间方向上的衰减相同。
将装有发射探头楔块放在圆心处，另一个探头在60度附近的弧面上找到最高波即是主声束，在弧面上移动找该最高波降低1/4处即是-12dB扩散角。
图1. -12dB扩散角示意图三、操作A．探头前沿测试1.将探头、楔块、探头线连接到仪器上，打开仪器。
2.点击仪器“菜单”按钮，选择“辅助计算”，选择“探头前沿”。
3.点击“前沿测试”，测量处探头前沿长度L。
方法详见仪器上的说明。
B．测量主声束角度1.点击仪器“菜单”按钮，选择“常规设置”，选择“仪器”。
2.点击“检波方式”，设置为“全波”。
3.将装有发射探头的楔块放在距离CSK-IA试块弧面一端100mm-L÷2的位置。
4.将接收探头卸掉楔块，在CSK-IA试块弧面60度附近处移动找到最高波，固定接收探头，移动调整发射探头找到最高波，再次固定移动探头调整接收探头找到最高波。
5.测量并记录此时角度θ0，并调节增益，使最高波到满屏80%。
θ0即为该探头楔块组合的主声束角。
C．上-12dB扩散角测量1.向弧面上方移动接收探头，找到波高降低到满屏的20%处。
2.测量并记录此时的角度θ1，若波幅始终大于满屏的20%，则θ1=90°3.则上-12bB扩散角为θ上=θ 1 -θ0D．下-12dB扩散角测量1.向弧面下方移动接收探头，找到波高降低到满屏的20%处。
2.测量并记录此时的角度θ23.则下-12bB扩散角为θ下=θ0-θ2一、准备器材1．TOFD仪器2．盲区试块：试块应符合JB/T 4730.10-2010标准中第6条之规定，加工有深度分别为1mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8mm上开口槽，以及深度分别为3 mm、4mm、6 mm、7 mm、9 mm、10 mm、12 mm、13 mm的φ2侧孔。
20mm厚工件TOFD检测工艺
*****压力容器TOFD 检测工艺一、概述：二、编制依据：1、JB/T 4730.10《承压设备无损检测 衍射时差法超声检测》；2、《固定式压力容器安全监察规程》。
3、******单位有关检测技术文件。
三、被检工件基本情况四、检测设备器材： 1、仪器：*********2、探头规格：10M3mm 7.5M3mm 5M6mm 3.5M12.5mm3、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5、对比试块：直接采用被检工件。
61：图1模拟试块示意图五、检测人员：51、TOFD 检测的人员应当具备特种设备无损检测人员超声检测TOFD 专项资格。
2、检测人员应熟悉所使用的检测设备；3、检测人员应熟悉有关的标准法规，具有实际检测经验并掌握一定的压力容器结构及制造基础知识；六、检测准备： 1、确定检测区域检测区域应包括焊缝熔合线两侧各10mm 的区域（根据4730标准“8.1.1.2.1 若焊缝实际热影响区经过测量并记录，检测区域宽度为两侧实际热影响区各加上6mm 的范围”。
根据我公司的PQR ，该焊缝的实际热影响区小于等于焊缝熔合线外4mm ，故检测区域为焊缝熔合线两侧各10mm 的区域），见下图：图2 检测区域2、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*10-6s36mm36mm22mmT7.5M=0.133*10-6s信号周期数=19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20mm，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。
tofd考试题及答案
tofd考试题及答案**TOFD考试题及答案**一、选择题1. TOFD（Time of Flight Diffraction）技术是一种基于什么原理的超声波检测方法？A. 声波反射B. 声波折射C. 声波衍射D. 声波干涉答案：C2. 在TOFD检测中，以下哪个参数是不需要测量的？A. 缺陷高度B. 缺陷长度C. 缺陷深度D. 缺陷密度答案：D3. TOFD检测技术中，衍射波的产生是由于：A. 缺陷的存在B. 材料的均匀性C. 探头的移动D. 耦合剂的厚度答案：A4. TOFD检测中，以下哪项不是影响检测结果的因素？A. 探头的频率B. 探头的尺寸C. 材料的厚度D. 检测人员的性别答案：D5. 在TOFD检测中，缺陷的定位是通过以下哪种方式实现的？A. 通过缺陷的反射波B. 通过缺陷的衍射波C. 通过缺陷的折射波D. 通过缺陷的散射波答案：B二、判断题1. TOFD技术可以用于检测材料内部的裂纹、孔洞等缺陷。
（对/错）答案：对2. TOFD技术只能用于检测金属材料。
（对/错）答案：错3. TOFD技术可以提供缺陷的三维图像。
（对/错）答案：对4. TOFD技术不需要耦合剂就可以进行检测。
（对/错）答案：错5. TOFD技术可以替代传统的超声波检测方法。
（对/错）答案：错三、简答题1. 简述TOFD技术的优势。
答案：TOFD技术的优势包括：- 提供缺陷的精确位置和尺寸信息。
- 能够检测到传统超声波检测方法难以发现的缺陷。
- 可以提供缺陷的三维图像，有助于更全面地理解缺陷。
- 检测速度快，效率高。
- 对于复杂几何形状的部件检测更为有效。
2. 描述TOFD检测过程中的基本原理。
答案：TOFD检测过程中，超声波探头发射超声波，当超声波遇到材料内部的缺陷时，会在缺陷尖端产生衍射波。
这些衍射波被探头接收并转换成电信号，通过分析这些信号的时间和幅度，可以确定缺陷的位置和尺寸。
3. 说明TOFD检测中探头的布置方式。
超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用分析
超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用分析[摘要] 本文介绍了超声TOFD法的检测原理及应用状况。
超声TOFD(时间渡越衍射法)检测技术具有检测速度快，定量精度高，定位准确和可确定缺陷尺寸等优点，是其它检测方法无法比拟的，已开始广泛应用于焊缝和压力容器等特种设备的检测。
[关键词] 声波衍射时差法；射线检测；精确测量；缺陷尖端；探头[pick to] this paper introduces the method of ultrasonic TOFD the detection principle and application conditions. Ultrasound TOFD (time over the diffraction method) detection technology has the detection speed, quantitative high precision, accurate positioning and defect size can determine etc, and is other detection method of the incomparable, has started to widely used in weld and pressure containers of special equipment detection.[key words] sound waves diffraction method of time difference; The X-ray testing; Accurate measurement; Defect tip; probe0 引言衍射时差法(TOFD)是一种新型超声无损检测方法。
利用声波传播时间进行缺陷定量的准确性优于传统超声回波幅度法，因而得到许多无损检测研究人员的关注，投入了大量的研究力量，从而发展了各种检测方法，如表面波法，尖端衍射法，超声衍射时差法（TOFD）等，其中TOFD 法以检测速度快，能够很好的消除检测信号中的电噪声，对缺陷尺寸定量准确而获得越来越多的应用。
TOFD检测技术
在九十年代初，TOFD 开始用于管线的检测。 在国内的特种设备行业，2003年，最早将TOFD技 术用于工程检测并申请成为企业标准的是中国第一
重型机械集团公司。应用对象是神华煤液化工程中
的壁厚达340mm的加氢反应器。此外，在核工业、 电力、石油系统，TOFD技术的研究和应用也在蓬 勃发展，影响日益扩大。
d1 d2
缺陷深度
h d 2 d1
由于计算自身高度只需要测量时间, 所以垂直方向定 量会很准确。实际操作中，检测裂纹精度可达1mm ，检测 人工缺陷时可达0.1 mm 。
向外表面延伸的裂纹
发射探头
横向波被隔开了
接收探头
内壁反射波 BW 没有横向波
裂纹尖端
向内表面延伸的裂纹
发射探头 接收探头
第6 章
6.1 TOFD技术
超声检测新技术
TOFD (衍射时差法、裂纹端点衍射法、尖端反 射法 )是一种依靠从待检试件内部结构（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。 超声TOFD法可用于材料探伤、缺陷定位和定 量。与常规的超声技术不同，TOFD法不用脉冲回 波幅度对缺陷大小做定量测定，而是靠脉冲传播时
间来定量。
TOFD 对于判定缺陷的真实性和准确定量上十分 有效。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。TOFD技术是七十年代
中期由 Harwell 发现的，由于定量很准 ，该技术很
快成为一种标准的定量技术。
Source: NDT On-line
Source: NDT On-line
入射波 衍射波
折射波
TOFD题一
TOFD题一、判断题判断正确的在每道题后括号内打○错误的打X1.根据惠更斯原理衍射波与反射波相比衍射波的一个重要特点是具有明显的方向性X12.TOFD技术使用纵波并利用波速计算缺陷的深度得到的结果是唯一的。
○13.直通波在平直工件的表面以下沿两个探头之间最短路径以表面波速度进行传播。
X14.TOFD检测非平行扫查时我们可以得到精确的缺陷高度数据及该缺陷距焊缝中线的距离。
X15.探头角度为38度时无衍射信号因此TOFD技术检测对对比试块规定了最大厚度。
X16.TOFD技术只能用于检测不能用于裂纹等缺陷扩展的监控。
X17.为了提高分辨力TOFD探头要求具有宽频带、窄脉冲特性但对激励探头的脉冲无要求X18.采样定理指出要使信号采样后能够不是真还原采样频率必须大于信号最高频率的两倍因此数字超声波系统数字化频率只要大于探头中心频率2倍即可。
X9.数字化采样中只能采用提高采样频率的方法消除混叠现象。
X210.1对5M的TOFD探头满足Nyquist极限的数字化频率是10MX211.当电压脉冲宽度设置为改声波频率的一周期时此时可以提高分辨率余波振动也将增大。
X312.脉冲上升或下降时间影响超声波形和TOFD检测精度和分辨力因此要求其尽可能长。
X313.电压脉冲宽度、上升时间、高度和探头性能均影响TOFD检测的分辨力。
○14.TOFD检测时如果扫描速率相对较快可以通过减小PRF的方法避免数据采集系统采集到空白的A扫。
X315.TOFD检测使用的是短脉冲、窄频带、高灵敏度的纵波探头。
X316.超声波检测粗晶材料时为了提高信噪比应使用宽带探头。
○317.脉冲回波超声波检测通常用的平底孔和横孔反射体均适用于TOFD波幅校准。
X318.TOFD检测时探头间距减小会导致声束覆盖范围降低但会提高对缺陷的分辨率○419.直通波和底波的时间间隔包含的信号周期数越多深度分辨力就越低X420.TOFD检测不依靠信号波幅对缺陷定量因此波幅对TOFD检测无意义。
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某锻焊结构加氢精制反应器，工令号为
R07303408 ，设备类别为三类，规格为
34.5m ×14.7m ×210mm ，工作介质为 H 2S ，主体材质为 2 1/4Cr1Mo1/4V ，环焊缝采用窄间 隙埋弧自动焊， U 形坡口，宽度为 28mm ，焊接热影响区为 6mm ，焊后消应力处理。现按
JB/T4730.10 《承压设备无损检测 衍射时差法超声检测》对其环焊缝进行
TOFD 检测，合格
级别为 Ⅰ级，试编制检测工艺，检测过程需符合企业标准
Q/YZB-2005 《压力容器焊缝 TOFD
检测》的要求。
二、编制依据：
1、 JB/T 4730.10 《承压设备无损检测 衍射时差法超声检测》 ；
5、对比试块： 210mm 厚对比试块。 五、检测人员：
1、从事 TOFD 检测的人员应按照质检特函【 2007】 402 号文的要求至少具有 UTⅡ级资格 4 年以上（含 4 年）或 UTⅢ级，同时其操作技能经全国无损检测考核委员会考核合格。
2、检测人员应熟悉所使用的检测设备；
3、检测人员应熟悉有关的标准法规， 具有实际检测经验并掌握一定的压力容器结构及制造
1、探头选取和设置： 工件厚度 深度范围
标称频率
声束角度
(mm ）
(mm)
(MHz)
( °)
晶片直径 (mm)
声束交点 mm)
PCS (mm)
将探头固定在扫查装置上，安装位置传感器，连接它们与仪器间的线缆并开机。 2、仪器初调
选择 A 扫描的 RF 波形和 TOFD 显示模式等。 3、设置 A 扫描时间窗口
记录。
2、采用国家有关法规和标准、
单位质量体系文件规定的报告格式。
`````
8、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 500mm ，比较检测设备所显示的位移
与实际位移之差值，其误差应小于
5mm ；
9、保存设置文件。 八、检测
1、将设置好的扫查架置于焊缝之上，检查 2、扫查次数和方式的选择：
（ 1）扫查方式：非平行扫查。
A 扫描时间窗口和灵敏度是否变化；
危害性埋藏缺陷时，评为 Ⅲ级，同时测量其 Y 轴位置；
2、根据 4730.10 对相关显示进行评定和分级，同时对评定为 Ⅱ级的缺陷测量其
Y 轴位置。
3、对 Ⅱ级缺陷出具缺陷返修通知单。
十二、检测过程的质量控制
检测过程的质量控制严格按进行。
十三、检测记录及报告
1、检测人员应按照
单位质量体系文件 ******* 《记录填写规则》的要求现场填写检测
长度（ X 轴起始位置）、高度。
十、其他补充检测
1、对于底面所发现的表面可疑部位以及扫查面应按照
JB/T4730.4 标准进行磁粉检测和处
理；
2、对于发现的内部难以判断的可疑部位按照
JB/T4730.3 进行超声检测和处理。
十一、缺陷评定与质量分级
1、分析相关显示的缺陷性质，如可判断缺陷类型为危害性表面开口缺陷或裂纹、未熔合等
2、 Q/YZB-2005 《压力容器焊缝 TOFD 检测》。
三、被检工件基本情况 设备名称及 单位内编号 主体材质
设备类别 工作介质
接头型式
坡口型式
焊后热处理
检测部位
设备规格
设备状态 焊接方法 检测比例
四、检测设备器材：
1、仪器：
2、探头规格：
3、楔块：
4、扫查装置：四通道手动扫查器，带滚轮编码器
（ 2）扫查次数：
该探头覆盖范围见下图：
。 3、每次扫查 1 米，第二段扫查时重叠 200mm 。 4、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。
`````
5、数据保存。 6、按规定进行系统复核。 九、数据分析和解释 1、判断数据有效性； 2、判断是否存在相关显示； 3、对相关显示进行分类：表面开口型缺陷显示、埋藏型缺陷显示和难以分类的显示。 4、相关显示的测量：
选择 试块 合适部位，调节时间轴
第一通道
第二通道
第三通道
第四通道
4、选择合适的探头激发电压 调节探头激发电压，观察不同电压值下的
A 扫描信号幅度状况，确定适合的电压值。
5、校准超声波在探头楔块中传播的时间和深度； 在试块上校验时，应保证深度测量误差不大于
6、设置灵敏度：
`````
7、设置扫查增量：
基础知识；
六、检测准备：
1、确定检测区域
`````
检测区域应包括
画线：
2、扫查面准备： 焊缝每侧打磨宽度为，应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他杂质。检测表面应平整，
其表面粗糙度 Ra 值不低于 6.3um ，一般应进行打磨。
应将余高打磨到与邻近母材平齐。
3、耦合剂：
4、检测温度： 20-30 ℃。 七、检测设置和校准