无损检测技术,衍射时差法超声TOFD检测基本原理
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。
无损检测新技术TOFD衍射时差法超声波检测PPT培训课件
二、TOFD在压力容器制造过程中现场应用 3、现场缺陷数据分析 裂纹2（08R063 R713 A10 0.3 H=29 L=40 III级 UT H=28 L=35 SL+13dB III级
X形坡口中部未焊透
2 3 4
1
1
2
3
4
上下尖端都有明显的信号
根部未焊透
1
1 2 3
2 3
直通波的相位与缺陷相位相同
侧壁未熔合
1
1 2 3 4
2 3 4
能够清晰的看到上下尖端信号
气孔
1
2
气孔信号或单个出现，或成串的出现
横向裂纹
1 2
1 2 3
1 2
3
4
3
能够看到裂纹的宽波束信号
根部内凹
1
1
发射探头
S
接收探头
t1
t2
dmin dmax
相等时间的轨迹 (t1+t2=ct)
实际上: 绝对深度的最大误差低于10 %.
横向扫查
当探头相对于 缺陷对称时时 间最短 。
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
TOFD 扫查图
TOFD 图显 示出直通波 和内壁回波 加上 波型转 换信号以及 缺陷反射信 号
一些典型缺陷
向外表面延伸的缺陷
向内表面延伸的缺陷
水平方向的平面形缺陷
info@ info@ •
向外表面延伸的裂纹
发射探头
直通波被隔开了
重要_无损检测新技术- TOFD 检测技术简介
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。
无损检测之超声监测--TOFD检测原理
无损检测之超声监测--TOFD检测原理超声在工业设备上的应用以承压设备为例，超声主要用于检测设备的腐蚀情况、焊缝和原材料质量等。
（1）检测在用承压设备的厚度，以确定设备腐蚀程度，综合设备使用年限和使用情况，对设备安全性做出评估；（2）检测奥氏体不锈钢、镍合金等堆焊层厚度，以确定耐腐蚀层是否堆焊均匀；（3）最常用的就是检测焊接接头的质量，检测焊缝是否存在缺陷，确定缺陷的位置和形状；（4）检测板材本身的质量，确保板材是否存在缺陷。
传统的脉冲反射超声检测超声检测可检厚度厚度：检测焊缝质量方面，焊缝所连接工件的适用厚度已经扩展为6-500mm甚至更厚的工件；检测板材质量方面，碳素钢和低合金钢制承压设备的板材适用厚度为6-250mm。
TOFD检测TOFD--Time Of Flight Diffraction超声波衍射时差法，属于超声检测（UT）的一员。
采用一发一收探头对工作模式，利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷位置和尺寸的超声检测方法。
1套TOFD设备主要由自动探伤系统传感器、扫查架、系统电路、主机硬件、系统软件等组成。
单通道手动TOFD扫查器TOFD检测为什么用纵波纵波传播速度快，最先到达接收探头，容易识别缺陷，以纵波计算缺陷深度，不会与横波信号混淆。
TOFD检测的优缺点（1）相比射线检测（RT）的优势a.灵敏度高，缺陷检出率高，可达80-95%；b.穿透力强，探测深度大，可用于超厚设备检测；c.缺陷的位置、大小、形状及性质等方面较为准确;d.仅须从一面接近被检验的物体;e.无放射性危害，操作安全,无须清场；f.设备轻便，检测速度快。
（2）自身缺点a.表面测量存在盲区，易受焊缝表面质量影响；b.图像识别和缺陷定性较难，需要丰富的经验，对人员要求高；c.横向缺陷难检测；d.对粗晶粒材料检测困难，易受干扰等。
e.不规则焊缝检出较难。
TOFD检测原理1典型TOFD检测图像工人现场手动TOFD扫查环焊缝工人现场手动TOFD扫查环焊缝。
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检测
TOFD定义Time Of Flight Diffraction(TOFD)超声波衍射时差法，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，用于缺陷的检测、定量和定位。
TOFD技术的来源TOFD技术的英文全称是Time of Flight Diffraction Technique，中文译名为衍射时差法超声检测技术。
TOFD技术于20世纪70年代由英国哈威尔的国家无损检测中心silk博士首先提出，其原理源于silk博士对裂纹尖端衍射信号的研究。
在同一时期我国中科院也检测出了裂纹尖端衍射信号，发展出一套裂纹测高的工艺方法，但并未发展出现在通行的TOFD检测技术。
TOFD技术首先是一种检测方法，但能满足这种检测方法要求的仪器却迟迟未能问世。
详细情况在下一部分内容进行讲解。
TOFD要求探头接收微弱的衍射波时达到足够的信噪比，仪器可全程记录A扫波形、形成D扫描图谱，并且可用解三角形的方法将A扫时间值换算成深度值。
而同一时期工业探伤的技术水平没能达到可满足这些技术要求的水平。
直到20世纪90年代，计算机技术的发展使得数字化超声探伤仪发展成熟后，研制便携、成本可接受的TOFD检测仪才成为可能。
但即便如此，TOFD仪器与普通A超仪器之间还是存在很大技术差别。
TOFD技术的物理原理衍射现象是TOFD技术采用的基本物理原理。
衍射现象的解释：波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象，根据惠更斯原理，媒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。
TOFD工作原理TOFD技术采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。
发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。
接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。
TOFD介绍资料
钢轨焊缝TOFD方法检测1、TOFD方法基本原理TOFD方法是采集超声波在缺陷端点产生的衍射和散射的信号来进行处理和判断的超声波探伤方法，称做衍射度越时差法（Time-of-flight diffraction )．其基本原理如下图：图1 TOFD方法基本原理当超声波信号在传播介质中遇到影响因素时（如缺陷，大晶粒，不均匀等），其传播会产生相应的改变。
如图所示为超声波遇到内部裂纹时，发射的一束超声波1会分成反射波2、透射波3（图示为镜面反射方向，实际中缺陷的反射波范围很广，是粗糙表面的散射形式）、上端散射波4和下端衍射波5。
通常方法使用接收到的反射信号对缺陷进行检测（图1）。
TOFD方法采用接收到的散射和衍射信号实现对缺陷检测。
与其他方法相比，TOFD接受的信号少，所以可以尽量避免一些其他的干扰。
但是也同时存在接收的信号弱，所以要求灵敏度要高，这样对仪器和探头要求要高一些。
2、TOFD检测基本原理图2 TOFD检测基本原理从波动原理上我们可以知道，如果在波传播路径上，遇到阻碍或者遇到改变传播速度的介质等影响波传播的因素，波会产生衍射，散射等现象（由于超声波采用的是脉冲波，可以不考录干涉，在特殊情况下，如果纵波在某个面反射中出现的变形横波和其他稍远一些的地方传回的纵波同时到达，也有一定的干涉叠加）从图2中我们看到，TOFD方法使用一对探头构成一个检测探头单元。
理想的状态下（规则的立方体均匀材料，合适的厚度，合适的探头角度，材料中间存在的裂纹状缺陷），接收探头可以在特殊的采样范围内接收到四个信号，为直通波1、缺陷上端散射波2、缺陷下端衍射波3和底面反射波4。
由于反射和散射会有半波损失，这两个信号会出现反相。
3、TOFD检测探头布置方法：通常把发射探头和接收探头布置在要检测的焊缝两侧对称位置，一个原因是这个位置接收散射和衍射信号都很有利，另一个原因是计算方便，还有就是没有缺陷反射信号出现，这是对焊缝，尤其是对形状复杂的钢轨有其独特的优点。
浅谈超声衍射时差法TOFD检测技术
４超声ＴＯＦＤ扫描方式及波形成像特征
对ＴＯＦＤ缺陷成像的图形进行分析，进而对缺陷定 性、定量。
首先，依据缺陷成像的形状对缺陷进行定性分析，
要多个ＴＯＦＤ探头组，此时可能看不到表面波或底面回
区分缺陷为何种形式。例如，熔焊试件的主要缺陷有气
波，应通过计算对壁厚进行合理分区，不同区域分别采 用ＴＯＦＤ探头组扫查。在检测奥氏体或高衰减的材料时，
ｌ超声ＴＯＦＤ检测基本原理
超声ＴＯＦＤ检测方法的物理基础是惠更斯原理。
９６航窄制造技术·２００９年增刑
万方数据
惠更斯原理由荷兰物理学家惠更斯于１６９０年提出。该 原理指出，介质中的波动传到的各点，都可以看作是发 射声波的新波源（或称次波源），以后时刻的波阵面，可 由这些新波源发出的子波波前的包络面做出。
描为主，Ｂ扫描为辅，可以利用相位信息有效地检测出 缺陷。有时遇到Ｄ扫描或Ｂ扫描得到的图像比较模糊， 又要求对缺陷长度进行定量，此时需要对得到的灰度图 进行数字化处理。常用的数字化处理方法有：利用中值 滤波保护图像边缘，同时去除噪声；利用双曲线指针来 拟合缺陷的边缘；直通波或底波的拉直；直通波或底波 的消除等。ＡＳＴＭ标准Ｅ２３７３—２００４中提到结合双轴曲 线捏合运算或合成孔径聚焦技术（ｓＡ盯）改善缺陷长度 方向定量。
Ｆｉｇ．５ ＴＯＦＤ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
很多因素影响ＴＯＦＤ的检测效果，在实际检测中需 要一一加以考虑。
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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。
1.2.2 TOFD技术的基本原理图1.4 TOFD检测示意图图1.4为TOFD检测的标准配置，采用一发一收双探头实施检测。
发射探头发射的超声波通过不同路径被接收头探头接收到后会形成直通波、底面反射波，当被检工件中有缺陷时，还会形成缺陷上下端点的衍射信号。
通过测量缺陷上下端点的衍射信号到达时间以及时间差，就可以确定缺陷上下端点的位置以及缺陷自身高度。
这就TOFD技术的基本原理。
直通波和底面反射波作为重要的参考信号有助于对缺陷信号的识别判断。
采用双探头（探头对）的优点：（1）可避免镜面反射信号掩盖衍射波信号，从而在任何情况下都能很好地接收端点衍射波信号，（2）方便测定反射体的准确位置和深度，（3）易于实现大范围扫查，快速接收大量信号。
双探头系统是TOFD技术的基本配置和特征。
TOFD检测对缺陷位置的测定：通常，焊接接头中的缺陷（测量信号）位置包括三个参数：（1）平行焊缝方向上距扫查起始点的距离（X），参数X用于确定信号位置和缺陷长度。
（2）垂直焊缝方向的横向距离（Y），用于平行扫查，确定缺陷的横向位置。
（3）距离检测面的深度（Z），参数Z用于确定缺陷深度和缺陷高度。
下面我就就分别介绍对这三个位置参数的测量1.1缺陷深度参数测量：在TOFD检测时，最常规的配置是探头对对称布置在焊缝两侧，两探头入射点之间的距离又称为探头中心间距，用符号PCS表示。
如图1.6所示，PCS＝2S。
假定缺陷（端点衍射信号）位于两探头连线中心，则衍射信号传播距离L为：在式1-3中，t是超声信号到达时间；s是探头中心间距PCS的一半，为设置参数，对某次检测来说是固定值；c是被检工件材料声速，对确定的检测对象也是固定值。
这样，通过式1-3，我们就能够建立起缺陷位置与其衍射信号到达时间之间的一一对应关系。
我们的检测设备可以精确的测量所有超声信号的到达时间，通过简单的公式即可求出缺陷的深度位置。
以上公式的成立，需要缺陷位于探头对连线中心。
对于更一般的缺陷偏离探头对连线中心位置的情况，采用上述公式得到的缺陷深度值会出现偏差，这在后面章节再进行分析。
考虑到一般焊接接头宽度方向尺寸较小，在实际检测时即使不修正，这个误差也在可接受的范围之内，除非要求很高的深度测量精度。
2.缺陷平行焊缝方向位置（X）信息由探头对移动过程中所处位置确定。
（对于非平行扫查）3.缺陷垂直焊缝方向的横向位置（Y）信息，通过探头沿垂直焊缝方向移动（平行扫查）来确定。
1.3TOFD检测中衍射信号的影响因素由于TOFD技术是依据衍射信号进行缺陷检测和定量，因此，对于衍射信号的影响因素有必要进行进一步分析。
1.3.1 不同角度下衍射信号波幅的变化裂纹下尖端信号在折射角20°和65°时,波幅曲线出现两个峰值；在38°时,波幅下降很大几乎为零。
裂纹上尖端信号在0 ~ 65°区域单调增大，在65°时波幅达到最大值，从65°~ 85°单调降低。
折射角为65°时，裂纹上、下尖端信号波幅均达到最大值，在45°~ 80°区间，裂纹下尖端的信号波幅大于上尖端的信号波幅。
综合以上可知（1）衍射信号幅度随折射角的变化而变化。
（2）TOFD技术一般使用45°~70°的探头，避开了38°角度，这就保证衍射信号的强度；因探头角度大于70°时，衍射信号幅度迅速下降且测量误差急剧增加，所以，在实际TOFD检测中一般也不使用75°以上的探头。
（3）在45 °至80 °范围内由角度变化引起的信号波幅变化不大于6dB。
1.3.2裂纹相对于两探头中心线偏斜对衍射信号波幅的影响图1.8衍射波波幅随偏斜角度变化的曲线图1.8裂纹相对于两探头中心线偏斜对衍射信号波幅的影响试验结果表明，两探头中心线偏斜对衍射信号波幅不会产生严重影响。
当夹角α由90°→ 45 °时，TOFD衍射信号波幅降低不超过6dB。
1.3.3裂纹相对于探测面倾斜时衍射信号幅度的变化●右图上半部分所示为裂纹衍射的几何布置。
下半部为平底孔反射的几何布置，参考反射体是一个直径为3mm平底孔。
●在该模型中，衍射信号的振幅是裂纹倾斜角度的函数。
倾斜系数E以垂直检测表面为基准，E＝0对应于缺陷垂直于检测平面。
模型中的缺陷是光滑的平面椭圆型裂纹。
右图显示了当-30°≤E≤+30°时衍射波幅度的变化。
该图中有很重要的两点：第一点，在相同深度范围内衍射波的波幅与直径为3㎜的平底孔相当；其次，信号随着缺陷倾角增加而加强。
第二点，垂直裂纹缺陷的衍射信号幅度最小，当倾角E=90°时会产生一个信号幅度为32dB的最大值。
衍射信号幅度随着倾角的增加也随之增加。
当E趋近90°时，裂纹如同平底孔那样会形成反射波，两信号比近似等于它们的面积比。
试验表明：裂纹垂直于探测面时衍射信号幅值最小。
当裂纹倾角不大于30°时，衍射信号幅度增加不超过3dB，这表明裂纹方向对衍射时差法检测相对不敏感。
图2.3衍射信号幅度随倾斜角度的变化关系1.3.4裂纹偏离两探头中心时衍射信号幅度的变化在1983年Temple研究了，当裂纹的位置相对于两个探头的位置变化时，衍射信号波幅的变化情况：即使缺陷偏离两个探头之间的对称中心达到30mm，衍射信号仅比来自对称放置的信号降低10dB。
这说明裂纹偏离两探头中心对衍射信号幅度没有太大的影响。
总结以上试验结果可知，当超声波角度变化、裂纹相对于两探头中心线偏斜、裂纹相对于探测面倾斜、裂纹偏离两探头中心时衍射波波幅会发生改变，但上述变化在检测可接受的范围之内，对检测实施效果不会产生较大影响。
2 TOFD技术的基本知识2.1TOFD技术的典型设置前面已经介绍了TOFD技术中采用的基本配置是双探头配置（如图2.1）。
实际上，采用一个探头也能发射超声波和接收衍射波，通常情况下，反射信号比衍射信号波幅高6~24dB，若采用单探头接收到的端点衍射波信号可能被反射信号掩盖。
另外，单探头受制于探头声场范围，实现大范围检测困难，也难以快速测定反射体的准确位置和深度。
由于采用单探头有上述不足，所以TOFD技术不采用这种方法。
2.2TOFD技术使用的探头TOFD探头一般使用的频率范围是1MHz~15MHz，晶片尺寸范围是3mm ~ 20mm，通过楔块在钢工件中形成折射角45°~70°度的纵波斜探头。
TOFD探头的特点：（1）采用小尺寸晶片的大扩散角探头；（2）要有良好的发射和接收性能；（3）应具有宽频带和窄脉冲特性。
TOFD用纵波探头声场特点：（1）纵波与横波同时存在。
（2）大扩散角和宽波束。
（3）横波声场的强度比纵波大的多。
2.3 频率5MHz，晶片直径6mm，折射角60°的探头在钢中的声场分布TOFD探头的材料TOFD探头采用新型压电复合材料制作，和普通压电陶瓷探头相比具有有以下优点：（1）横向振动很弱，串扰声压小；（2）机械品质因数Q值低;（3）带宽大（80%～100%）；（4）机电耦合系数值大；（5）灵敏度高，信噪比优于普通PZT探头；（6）在较大温度范围内特性稳定；（7）可加工形状复杂的探头，仅需简易的切块和充填技术；（8）声速、声阻抗、相对绝缘常数及机电系数易于改变（因这些参数相关于陶瓷材料的体积率）；（9）易与声阻抗不同的材料匹配（从水到钢）；（10）可通过陶瓷体积率的变化，调节超声波灵敏度。
2.3TOFD技术采用的超声波波型在常规脉冲反射法超声检测焊接接头时，是采用纯横波探伤，这样可以避免工件中存在纵波产生干扰，同时采用横波检测，其探头指向性好、检测灵敏度高。
但是，在TOFD技术中，横波确没有被使用，主要原因为，TOFD检测以超声信号到达时间作为检测和缺陷定量的基准。
如果采用横波检测，由于超声波在与缺陷作用时不可避免的会产生波形转换，这样横波信号会在波形转换信号之后出现，导致信号难以分辨。
基于这种情况，TOFD检测中，选择纵波进行检测，原因是在各种波中，纵波的传播速度最快，几乎是横波的两倍，从而能够领先于其它种类的波，在最短时间内到达接收探头。
从而使得使用纵波并利用纵波波速计算缺陷的深度得到的结果是唯一的。
2.4TOFD声场中的A扫信号图3.4所示为TOFD技术应用时，波型种类和传播路径的示意图图2.4TOFD技术的波传播路径图2.5所示为TOFD技术应用时，A扫信号的示意图图2.5TOFD技术的A扫信号1.直通波：两个探头之间沿工件表面直线传播的纵波。
其传播路程最短，最先到达接收探头。
当探头间距较大时，直通波可能非常微弱，甚至不能识别。