TOFD檢測工藝解讀課件

TOFD檢測工藝

中國特種設(shè)備檢測研究院

無損檢測技術(shù)中心

楊齊TOFD檢測工藝

中國2主要內(nèi)容一、TOFD工藝編制關(guān)鍵參數(shù)二、案例講解2主要內(nèi)容一、TOFD工藝編制關(guān)鍵參數(shù)一、TOFD工藝編制關(guān)鍵參數(shù)1、TOFD工藝編制至少應(yīng)包含的內(nèi)容①被檢工件情況；②檢測設(shè)備器材；③檢測準(zhǔn)備：包括確定檢測區(qū)域、厚度分區(qū)及探頭設(shè)置、掃查方式的選擇、掃查面準(zhǔn)備等；④表面盲區(qū)及其補(bǔ)充檢測方法；⑤橫向缺陷的補(bǔ)充檢測方法（必要時(shí)）；⑥檢測系統(tǒng)設(shè)置和校準(zhǔn)；⑦檢測；⑧數(shù)據(jù)分析和解釋；⑨缺陷評定與驗(yàn)收。2023/7/303一、TOFD工藝編制關(guān)鍵參數(shù)2023/7/2332023/7/3042、關(guān)鍵參數(shù)確定①檢測區(qū)域a）檢測區(qū)域由其高度和寬度表征。b）若焊縫實(shí)際熱影響區(qū)經(jīng)過測量并記錄，檢測區(qū)域?qū)挾葹閮蓚?cè)實(shí)際熱影響區(qū)各加上6mm的范圍。c）若未知焊縫實(shí)際熱影響區(qū)，檢測區(qū)域?qū)挾葹楹缚p本身再加上焊縫熔合線兩側(cè)各10mm的范圍。d）若對已發(fā)現(xiàn)缺陷的部位進(jìn)行復(fù)檢或已確定的重點(diǎn)部位，檢測區(qū)域可縮減至相應(yīng)部位。2023/7/2342、關(guān)鍵參數(shù)確定2023/7/305②厚度分區(qū)及PCS的計(jì)算（NB/T47013.10-2010)工件厚度mm檢測分區(qū)數(shù)深度范圍mm標(biāo)稱頻率MHz聲束角度（°）晶片直徑mm50~10020~2t/57.5~570~603~62t/5~t5~360~456~12100~20030~t/57.5~570~603~6t/5~3t/55~360~456~123t/5~t5~260~456~20200~30040~407.5~570~603~640~2t/55~360~456~122t/5~3t/45~260~456~203t/4~t3~150~4010~202023/7/235②厚度分區(qū)及PCS的計(jì)算（NB/T472023/7/306實(shí)例：工件厚度150mm按照NB/T47013.10標(biāo)準(zhǔn)，分為3個(gè)區(qū)檢測：1、0mm～30mm2、30mm～90mm（22.5mm～90mm）3、90mm～150mm（75mm～150mm）探頭中心間距——PCS計(jì)算第一分區(qū)：7.5MHz3mm探頭，70度楔塊聚焦點(diǎn)：30*(2/3)=20mm，故PCS=2*tg70*20=110mm第二分區(qū)：5MHz6mm探頭，60度楔塊聚焦點(diǎn)：(90－30)*(2/3)+30=70mm,故PCS=2*tg60*70＝242mm第三分區(qū)：3.5MHz9.5mm探頭，55度楔塊聚焦點(diǎn)：(150－90)*(2/3)+90=130mm,故PCS=2*tg55*130＝371mm2023/7/236實(shí)例：工件厚度150mm2023/7/307探頭聲場的計(jì)算及厚度方向覆蓋驗(yàn)證聲束覆蓋范圍計(jì)算公式：折射角公式聲束半擴(kuò)散角公式實(shí)例（以第二分區(qū)為例）：5MHz6mm探頭，60度楔塊，工件中縱波聲速5.95mm/us楔塊中縱波聲速2.4mm/us2023/7/237探頭聲場的計(jì)算及厚度方向覆蓋驗(yàn)證折射角公計(jì)算步驟：（1）由折射角公式計(jì)算出楔塊中縱波入射角：（2）計(jì)算楔塊中縱波的聲束擴(kuò)散角：（3)計(jì)算楔塊中縱波的聲束上下邊界角：

（4）計(jì)算鋼中縱波的聲束上下邊界角：2023/7/308計(jì)算步驟：2023/7/2382023/7/309厚度方向覆蓋驗(yàn)證：根據(jù)以上－12dB聲束擴(kuò)散角的計(jì)算，采用5MHz6mm探頭，60度楔塊時(shí)，聲束下半擴(kuò)散角為47.22°，上半擴(kuò)散角為84.0°。第二分區(qū)覆蓋厚度為：22.5mm～90mm，PCS=242mm在焊縫的中心線上，－12dB聲束覆蓋深度范圍為：經(jīng)計(jì)算，滿足厚度方向上深度覆蓋的要求。實(shí)際工作中，應(yīng)在對比試塊上通過對各深度缺陷的檢測效果進(jìn)行驗(yàn)證。2023/7/239厚度方向覆蓋驗(yàn)證：2023/7/3010③表面盲區(qū)表面盲區(qū)是TOFD技術(shù)的固有局限性掃查面表面盲區(qū)8mm理論上：直通波寬度所反映的厚度試算：若采用5M、?6mm、60度探頭對檢測壁厚t=40mm工件，直通波周期數(shù)為1，則表面盲區(qū)高度？PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92T=1/5=0.2*10-6sV*T=ABC-PCS，得到ABC=93.18mm,則x=7.4mmABC2023/7/2310③表面盲區(qū)表面盲區(qū)是TOFD技術(shù)的掃查面表面盲區(qū)表面開口缺陷表面盲區(qū)高度近表面不開口缺陷表面盲區(qū)高度實(shí)測值取其中較大值。

2023/7/3011掃查面表面盲區(qū)2023/7/23112023/7/3012對于表面盲區(qū)應(yīng)采取其他有效的檢測方法進(jìn)行補(bǔ)充，如對掃查面和底面可按照J(rèn)B/T4730.3～4730.6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲、磁粉、滲透或渦流檢測等。如：爬波檢測優(yōu)點(diǎn)：1、受工件表面刻痕、不平整、凹陷、液滴等的干擾較小，有利于檢測近表面缺陷。2、易安裝于掃查架實(shí)現(xiàn)焊縫整體檢測缺點(diǎn)：衰減快，檢測距離較小2023/7/2312對于表面盲區(qū)應(yīng)采取其他有效的檢測方法進(jìn)F1F2xy0底面盲區(qū)主要是軸偏離盲區(qū)4mm3mm2mm1mmF1F2xy0底面盲區(qū)4mm3mm2mm1mm橢圓曲線方程為：x2/a2+y2/b2=x2/[(0.5PCS)2+t2]+y2/t2=1試算：若采用5M、?6mm、60度探頭對檢測壁厚t=40mm工件，X型坡口，底面焊縫寬度20mm，則熔合線處的底面軸偏離盲區(qū)高度？PCS=4Kt/3=4*1.732*40/3=92，則a=(462+402)1/2=61,b=t=40,橢圓方程為：x2/612+y2/402=1。將x=10代入得：y=39.5

故熔合線處的底面軸偏離盲區(qū)高度為40-39.5=0.5mm2023/7/3014xy2023/7/2314xy2023/7/3015④橫向缺陷橫向缺陷檢出率低是TOFD兩種初始掃查方式的固有局限性原因：當(dāng)超聲波聲束與缺陷走向平行時(shí)，缺陷端點(diǎn)的衍射波在TOFD圖譜上形成圓形顯示，從而難以分辨出來。2023/7/2315④橫向缺陷2023/7/3016當(dāng)需要檢測橫向缺陷時(shí)，應(yīng)采取其他有效的檢測方法進(jìn)行補(bǔ)充，如按照J(rèn)B/T4730.3中B級(jí)檢測的規(guī)定進(jìn)行橫向缺陷的超聲檢測或采取措施使超聲波聲束與焊縫橫截面形成一定傾角進(jìn)行的TOFD特殊掃查方式等。什么時(shí)候需要？

低合金高強(qiáng)鋼等具有橫向裂紋傾向材料的焊接接頭、設(shè)計(jì)文件規(guī)定的脈沖反射法斜平行掃查脈沖反射法平行掃查2023/7/2316當(dāng)需要檢測橫向缺陷時(shí)，應(yīng)采取其他有效的2023/7/3017⑤掃查方式的選擇位置1位置2何時(shí)需增加偏置非平行掃查？1、-12dB非平行掃查覆蓋不了檢測區(qū)域2、底面檢測區(qū)域邊界處的軸偏離盲區(qū)高度超過檢測需要時(shí)位置1位置2軸偏離盲區(qū)高度1.5mm2023/7/2317⑤掃查方式的選擇位置1位置2何時(shí)需增加2023/7/3018⑥A掃描時(shí)間窗口設(shè)置若工件厚度不大于50mm時(shí)，可采用單檢測通道，其時(shí)間窗口的起始位置應(yīng)設(shè)置為直通波到達(dá)接收探頭前0.5μs以上，窗口寬度應(yīng)設(shè)置為包含工件底面的一次波型轉(zhuǎn)換波后0.5μs以上。

——提供缺陷有關(guān)輔助信息2023/7/2318⑥A掃描時(shí)間窗口設(shè)置若工件厚度不大于若在厚度方向分區(qū)檢測時(shí)，最上分區(qū)的時(shí)間窗口的起始位置應(yīng)設(shè)置為直通波到達(dá)接收探頭前0.5μs以上，最下分區(qū)的時(shí)間窗口的終止位置應(yīng)設(shè)置為底面反射波到達(dá)接收探頭后0.5μs以上；各分區(qū)的A掃描時(shí)間窗口在深度方向應(yīng)至少覆蓋相鄰檢測分區(qū)在厚度方向上高度的25％?？衫脵z測設(shè)備提供的深度參數(shù)輸入，但應(yīng)采用對比試塊校驗(yàn)時(shí)間窗口在厚度方向上的覆蓋性。150mm工件

時(shí)間窗口設(shè)置1、0-3030*1/4=7.52、22.5-9060*1/4=153、75-150底面反射波后0.5us2023/7/3019若在厚度方向分區(qū)檢測時(shí)，最上分區(qū)的時(shí)間窗口的起始位置應(yīng)設(shè)置為⑦靈敏度設(shè)置（1）

靈敏度設(shè)置一般應(yīng)采用對比試塊。當(dāng)采用對比試塊上的反射體設(shè)置靈敏度時(shí)，需要將較弱的衍射信號(hào)波幅設(shè)置為滿屏高的40%～80%，并在被檢工件表面掃查時(shí)進(jìn)行表面耦合補(bǔ)償。（2）

若被檢工件厚度不大于50mm且采用單檢測通道時(shí)，也可直接在被檢工件上進(jìn)行靈敏度設(shè)置。一般將直通波的波幅設(shè)定到滿屏高的40%～80%；若采用直通波不適合或直通波不可見，可將底面反射波幅設(shè)定為滿屏高的80%，再提高20dB～32dB；若直通波和底面反射波均不可用，可將材料的晶粒噪聲設(shè)定為滿屏高的5％～10％作為靈敏度。有條件時(shí)，建議采用對比試塊進(jìn)行驗(yàn)證。2023/7/3020⑦靈敏度設(shè)置2023/7/23202023/7/3021⑧關(guān)于最大掃查速度的規(guī)定最大掃查速度不得超過