超声波衍射时差法(TOFD)技术分析
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。
衍射时差法超声检测报告
衍射时差法超声检测报告报告编号：TOFD-2024-001报告日期：2024年1月15日报告单位：XX检测技术有限公司一、背景信息被测对象：管道接头焊缝管道材料：碳钢焊接方法：手工电弧焊焊缝类型：对接焊缝焊缝尺寸：外径30mm，壁厚5mm检测目的：评估焊缝的质量和完整性二、检测装置超声检测装置：XYZTOFD-2000发射换能器型号：XYZ-TOFD-10MHz接收换能器型号：XYZ-TOFD-10MHz编码器：XYZ-TOFD-ENC-1000三、检测方法TOFD是一种全自动、无损伤的超声波检测方法，通过测量衍射声波的时差来评估被检测物中的缺陷。
本次检测使用了TOFD方法，主要检测参数如下：纵波震荡频率：5MHz横波震荡频率：10MHz扫描轴向范围：15mm扫描轴向重叠率：50%扫描步进：0.5mm四、检测结果1.检测图像分析通过TOFD检测方法，共得到了被测焊缝的图像，并进行了定性和定量分析。
图像中明显的信号和时间差可以表明焊缝的完整性和质量。
对焊缝的分析结果如下：缺陷A：宽度1mm，深度2mm，位置X轴5mm，Z轴距离10mm缺陷B：宽度0.5mm，深度1.5mm，位置X轴10mm，Z轴距离5mm2.缺陷评估根据TOFD检测结果，对检测区域中的缺陷进行了评估。
缺陷的大小、位置和深度都能够被准确测量和定位。
根据相关标准，对缺陷进行了分类和评级。
缺陷A被判定为焊缝中的夹渣缺陷，属于轻微缺陷，对焊缝的强度和密封性影响较小。
建议对该缺陷进行记录和监控。
缺陷B被判定为焊缝中的小孔缺陷，属于较严重的缺陷，对焊缝的强度和密封性有明显影响。
建议进行修复措施，如填补孔洞或重新焊接。
五、结论和建议通过TOFD超声检测方法，对焊缝进行了全面的检测评估。
根据检测结果，总体评估该焊缝质量良好，只存在两处轻微缺陷。
建议对其中的较严重缺陷进行修复措施，以确保焊缝的完整性和质量。
本次检测报告仅为评估结果，具体的修复方法和措施需要根据相关标准和规范进行制定。
[超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法
![[超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法](https://img.taocdn.com/s3/m/8e34eaaa0722192e4536f6b4.png)
[超声波衍射时差法（TOFD）检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法摘?要在TOFD检测过程中，相关参数的设置非常为重要，关系到采集图谱质量的好坏。
下面，就结合现场情况，把TOFD检测实践中的一些见解归纳分析一下，主要以ISONIC系列仪器进行研究。
关键词 TOFD检测；ISONIC；参数设定；研究TN914 A 1673-9671-(xx)071-0198-011 TOFD检测中的参数设置的重要性TOFD检测扫描前主要注意的参数有：探头真实频率，脉冲宽度，重复频率，阻抗，感抗，滤波频率，信号平均值，时间窗口，增益等参数。
脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接受信号的形状。
改变脉冲宽度可以导致不同周期部分减弱或加强。
如果想使两个超声脉冲组成单一频率的信号，则应将脉冲宽度设置为所用探头频率周期的一半（例：5 MHz时使用100 ns）；为了使信号持续最低周期数，应将脉冲宽度设置为所用探头频率的一个周期（例：5 MHz时使用200 ns）。
其中探头频率必须是探头实际频率，而不是探头的标称频率。
在实际工作中必须通过试验来获得最优脉冲宽度。
如果使用手动采集数据，则需要注意脉冲重复频率PRF与探头移动速度必须相匹配，由于手动扫查时计算机不能判断和控制探头移动，只能由操作者正确选择PRF来保证能正常采集A扫数据。
若采用编码器或者电机驱动，则PRF相对不重要，因计算机可以计算出探头位置，在规定的A扫采样率间隔采集数据。
若PRF设置不当时将采集到空白A扫。
阻抗Tuning项匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
感抗damping项的单位是欧。
知道了交流电的频率f（Hz）和线圈的电感L（H），就可以把感抗计算出来。
在实际调节射频波波幅时，需要不断地改变感抗值来选择最优波幅，使图谱效果达到最佳。
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(衍射时差法)的原理及应用[1]
![TOFD(衍射时差法)的原理及应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/b53dae3e0912a2161479295c.png)
一TOFD原理超声TOFD（Time of Flight Diffraction Technique –衍射时差法）技术就是用两个探头相向对置，一发一收，利用缺陷端部产生的散射波和衍射波，来检测出缺陷和评定缺陷的方法。
下图即表示TOFD法的探伤原理、探伤波形的模式图。
（a）TOFD原理图（b）波形图图（a）中，①为发射探头发射横向纵波沿试件表面传播的正向侧向波（Lateral wave），它是区分和测量缺陷的参考。
④为底面负向反射波（Back-wall reflection），当有裂纹缺陷存在时，在①④间会接收到缺陷上端的负向衍射波②（Upper Crack Tip Signal）和缺陷下端的正向衍射波③（Lower Crack TipSignal ）。
这里只考虑纵波声速V ，忽略缺陷处的波形变换产生的横波等。
说明：TOFD 技术采用一发一收的方式，通常使用高阻压、窄脉冲压力探头，主压力波的反射角范围是45º至70º。
假定两探头间的距离为S ，试件的厚度为H ，裂纹在试件厚度方向的高度为L ，裂纹上端距离试件表面的埋藏深度为D ，沿试件表面传播的侧向波的接收时间为t L , 接收到缺陷上端的负向衍射波的时间为t 1，接收到缺陷下端的正向衍射波的时间为t 2，接收到底面负向反射波的时间为t BW 。
试件的纵波声速为V 。
则：CS t L = CS D t 2214+= CS L D t 222)(4++= CS H t BW224+= 根据以上各个时间可以求出： 裂纹上端距离试件表面的埋藏深度 222121S C t D -=裂纹在试件厚度方向的高度 D S C t L --=222221二 TOFD 应用超声TOFD 法之所以引人注目，是由于此法对缺陷检测、定位、定量较一般的波幅法容易、直观，且有客观记录。
这对在役设备检测中的缺陷评价特别有价值。
如果结合常规的缺陷测长方法，就可掌握缺陷二维形状，就可利用断裂力学对被检测设备进行寿命评价。
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。
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–超声波衍射时差法培训课件
TOFD检测技术的优势
高效性
TOFD检测技术具有高效性，能够快速准确 地检测出缺陷的位损伤，使用安全。
可靠性
由于其非接触性，TOFD检测技术不易受到 外界因素的干扰，检测结果可靠。
可视化
TOFD检测技术能够提供高清晰度的图像， 使缺陷可视化。
检测设备的组成
01
02
03
04
发射器
产生高频超声波信号，发射到 被检测物体上。
接收器
接收从被检测物体反射回来的 超声波信号。
控制器
控制发射器和接收器的操作， 处理和显示检测数据。
显示器
显示检测结果，便于观察和分 析。
检测设备的操作流程
准备工作
检查设备是否完好，确定被检测物体 的材质、尺寸和形状等参数。
检测设备的维护与保养
定期清洁
定期清洁发射器和接收器的探 头表面，保持清洁以免影响检
测结果。
检查电缆
定期检查电缆是否完好，如有 破损应及时更换。
定期校准
定期对设备进行校准，确保检 测结果的准确性。
存储环境
保持设备存储环境的干燥、通 风，避免高温和潮湿等恶劣环
境。
03
TOFD检测技术在实际应用 中的优势与局限性
与其他技术的融合
分析TOFD技术与其他无损 检测技术的融合应用，提 高检测效率和准确性。
应用领域的拓展
展望TOFD技术在更多领域 的应用前景，如航空航天、 新能源等领域。
如何将TOFD技术更好地应用于实际工作中
实践操作技巧
分享实际操作中的技巧和经验，提高 检测效率和准确性。
与其他技术的协同工作
标准与规范的学习
设备操作与维护
讲解了TOFD设备的操作 步骤、日常维护和常见故 障排除，确保学员能够熟 练操作和维护设备。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超声波衍射时差法(TOFD）技术分析
发表时间：2018-12-05T16:15:38.130Z 来源：《科技新时代》2018年10期作者：陈拥军
[导读] 针对超声波衍射时差法，在介绍其原理、优缺点的基础上，对其与A型脉冲检测和射线探测两种方法进行了对比，明确其优势和特点所在，为其推广应用提供参考依据。
（中国能建葛洲坝集团机电建设有限公司，湖北宜昌 443000）
摘要：针对超声波衍射时差法，在介绍其原理、优缺点的基础上，对其与A型脉冲检测和射线探测两种方法进行了对比，明确其优势和特点所在，为其推广应用提供参考依据。
关键词：超声波衍射时差法；A型脉冲检测；射线探测
超声波衍射时差法（Time of Flight Diffraction，TOFD）最初主要用于缺陷测高，经过多年的完善和发展，正不断取代传统检测技术，在缩短检测周期的同时保证检测结果准确性。
1超声波衍射时差法基本原理
在不具连续性缺陷尖端进行波形转换，如果完成转换后有衍射波，则该衍射波将覆盖很大范围，继而对缺陷进行检测。
通过对飞越时间的准确记录，就能对缺陷高度进行测量，进而实现缺陷的准确定量，对于缺陷的尺寸，一般被定义成信号对应的飞越时间差，但要注意的是信号波幅和缺陷的定量之间没有关系。
该技术由两部分组成，分别为超声波发射（存在一定间隔距离）和超声波接收探头，因缺陷尖端所在方向波往往较弱，所以常用角度相对较大的探头在一定长度范围内进行一次扫查，这一过程中应做到精确，声波脉冲被探头接收以后，将得到侧向波，该侧向波于工件表面以下进行传播。
若未检出缺陷，则底面回波将被探头接收[1]。
以上信号均可作为参考，若未考虑变形波，则缺陷信号处在这两个信号之间。
当两个信号均已到达以后，发射与接收探头之间的路径会有明显的长短，一般是指缺陷下尖端对应的信号。
对缺陷而言，其高度是指尖端之间的飞越时间，需要注意的是，侧向波和底面回波，两者相位完全相反，同时上、下尖端相位同样完全相反。
2超声波衍射时差法优缺点
2.1优点
（1）在一次扫查中可覆盖所有区域，但不包括处在上、下表面的盲区，能有效提高检测作业速度。
（2）具有良好的可靠性，对中部缺陷有着极高的检出率。
（3）可发现多种不同的缺陷，而且对其走向往往不敏感。
（4）能识别出不断向表面方向延伸的各类缺陷。
（5）通过对D-扫描成像的合理应用，能使对缺陷作出的判断更为直观。
（6）能对缺陷在垂直方向上进行准确定位与定量，最大精度误差在1mm以内。
（7）若与脉冲反射法等充分结合，能进一步保证检测效果，具有100%的覆盖率。
2.2缺点
（1）在近表面等位置有盲区，对这一区域进行检测时，可靠性相对较低。
（2）缺陷的定性难度相对较大。
（3）当对图像进行判断时，要具备丰富的相关经验。
（4）对于横向缺陷，有很大的检出难度。
（5）当对粗晶材料进行检测时，会有很大的检出难度。
（6）当工件有很复杂的形状时，测量难度相对较大。
（7）对噪声比较敏感，夸大了一些等良性缺陷，如
气孔，冷夹层，内部未熔合。
3超声波衍射时差法和其它方法的对比
3.1和A型脉冲检测之间的对比
（1）可靠性
因超声波衍射时差法借助衍射波完成检测，衍射信号不会收到声束这一因素的影响，所有方向上的缺陷均可被检出，进而有着良好的检出率。
国外作出的相关试验可得：当采用手工UT时，检出率为50%-70%；当采用TOFD时，检出率为70%-90%；当采用机械扫查和TOFD相结合的方法时，检出率为80%-95%。
从中可以看出，这种方法与传统方法相比，具有更高的可靠性[2]。
（2）定量精度
借助TOFD法对缺陷进行定量，其精度远比传统手工方法高。
通常情况下，对于面积型与线性缺陷，该方法的定量误差不会超过
1mm。
而对于裂纹缺陷及未熔合缺陷，该方法的测量误差仅仅为零点几毫米。
（3）检测操作
目前应用频率最高的非平行扫查，通常仅需一人就能完成，检测探头仅需在焊缝的两侧进行移动，无需进行锯齿扫查，具有很高的检测效率，而且操作成本还很低。
（4）信息处理
在整套检测系统中，装有自动扫查单元，可准确定位探头和缺陷之间的相对位置，经处理的信号能得到图像，而且其信息量直接显示远大于传统A扫描。
对于A型显示，屏幕上中可以显示出一条信号，但采用TOFD得出的图像，是多个信号的整合结果。
相较于A型信号及其波形显示，信息量更大的TOFD图象对缺陷准确识别与分析更有利。
（5）检测系统
目前常用的以TOFD为核心的检测系统，均为性能强劲的数字化仪器，能克服传统探伤仪器在信号记录方面的劣势，除了能对信号进行全过程记录，还能长时间的保存数据，并且还能以较高的速度处理大量信号。
（6）其它方面
TOFD不仅能实现检测，而且还能对缺陷扩展情况进行动态监控；可对缺陷具体位置与深度实施准确定位，也能实现对缺陷高度的准确定量；因缺陷衍射信号和其角度没有直接关系，所以无论是检测精度还是可靠性都不会受到角度的干扰；以衍射信号的传播时差为依据，可确定衍射点具体位置，对缺陷进行定位和定量时，可不用参考信号振幅；所得检测数据能实现多人同时判读，且结果准确、可靠。
3.2和射线探测之间的对比
（1）采用TOFD法时，所得检测结果和传统射线检测均为二维图像，其不同点位TOFD可对缺陷实际高度与深度实施准确的测量，但图形沿射线透照重叠，仅可以显示出缺陷的宽度与长度，难以准确定位，对缺陷分析和处理有一定影响。
（2）TOFD具有更大的有效探测厚度，当对厚度较大的板进行探伤时，效果往往更加明显，而射线探测穿透能力很低。
（3）TOFD有着很强的检测性能，通过对特殊方式的应用，能将检出率提高到90%左右，比射线探测高出15%左右。
此外，实际工作过程中，发现了采用TOFD可以检出的缺陷采用X射线无法检出的实际情况，使质量控制有很大隐患。
（4）TOFD主要对数据信息进行采集，可实现多方位分析，个别情况下还能对缺陷实施立体复原。
其原因为能保存全部原始信号，脱机分析过程中能借助计算机分析原始信号，进而获得更为准确的信息。
但射线探测仅可以把射线底片放在观片灯下进行分析，无法借助计算机及其软件实施更为全面和准确的分析[3]。
（5）TOFD的操作更为简单，全面扫查的速度更快，具有更高的检测效率；但射线检测却较为繁琐，需要很长的时间才能完成检测，效率相对较低。
（6）TOFD主要利用超声波来探伤，对检测过程中的环境未提出特殊要求；是一种绿色且环保的缺陷检测方式，不会对人体造成危害，在实际应用时几乎无需使用保护措施。
但射线探测会对人体造成放射性危害，实际放射量必须满足国家强制要求，在现场仅可以进行单工种工作，对工作效率有很大影响。
（7）TOFD所需成本低，尤其是重复成本；但射线探测需要建造专门的暗室，而且日常工作过程中还要支付重复成本，总成本远高于TOFD。
4结束语
综上所述，伴随大直径厚壁元件的不断增多，特别是现场组焊元件，其厚度都在200mm以上，对其焊缝进行射线照相难度极大。
对此，必须积极推广应用TOFD，在充分发挥其优势的基础上，规避或弥补其缺点，从而提高检测水平，保证检测结果准确性与可靠性。
参考文献：
[1]姜华. 超声波衍射时差法(TOFD)在焊缝检测中原理及应用分析[J]. 城市建设理论研究：电子版, 2012(18):22-23.
[2]张占奎. 超声波衍射时差法（TOFD）与超声波相控阵检测方法对比[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2015(12):322-323.
[3]贺全伟, 平雪原, 何云. 超声波衍射时差法分层检测技术在球罐安装中的应用[J]. 钢结构, 2013, 28(7):78-81.。