TOFD檢測工藝計算

齊文超

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

TOFD檢測工藝計算

齊文超

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

在TOFD檢測中，為了更好地提高檢出率，在實際檢測中必須對幾個關鍵參數進行計算，如檢測區域、時間窗口、掃查速度、探頭覆蓋范圍以及上下表面盲區等。通過對以上參數的精確計算后，才能達到TOFD檢測中的最優參數的選擇，保證被檢焊縫的質量。

檢出率；時間窗口；探頭；盲區

超聲衍射時差法TOFD檢測過程中，為了更好地提高檢出率，在實際檢測中必須對幾個關鍵參數進行計算，如檢測區域（根據焊縫厚度劃分）、時間窗口、聲束在楔塊中的角度大小和上下邊界角大小、最大掃查速度、偏置掃查次數（根據給定的盲區深度和偏離值計算）、探頭中心矩、覆蓋范圍、打磨寬度以及上下表面盲區深度等。本文通過對以上各個參數的精確計算，實現了TOFD檢測中的最優參數的選擇，并簡要地說明了整個超聲衍射時差法TOFD檢測工藝的計算過程。

1 超聲衍射時差法檢測區域劃分

1.1 高度區域

厚壁焊縫超聲衍射時差法（TOFD）檢測的分區方法有兩種：等深度分區和不等深度分區。本文中采用了不等深度分層法。其中，所劃分的幾個區域厚度遵循逐漸遞增規律，即第一對探頭檢測的深度最小，因此需要使用較小的探頭中心距（PCS），而后面探頭檢測的深度范圍則是逐漸增大。

1.2 寬度區域

寬度區域在不同標準下規定的對應檢測寬度區域不同，它是指由焊縫、熱影響區和附加母材區構成的區域。在實際檢測中，檢測區域為實際熱影響區與焊縫兩側熱影響區以外6mm的部分的和。

例如，熱影響區為4mm，焊縫寬度為40mm，則實際的檢測區域為40mm+4×2mm+6×2mm=60mm。

1.3 探頭中心距PCS

2 時間窗口設置

直通波到達接收探頭前0.5μs以上設置為最上分區的時間窗口的起始位置，底面反射波到達接收探頭后0.5μs以上設置為最下分區的時間窗口的終止位置；通常的覆蓋方法為每下一區向上單向覆蓋上一區厚度的25%。

3 盲區深度計算

3.1 上表面盲區深度計算

但實測發現，按以上公式計算的盲區在實際檢測中并不適用，因此，在實際工作中上表面盲區深度通常是通過在試塊上測試得出的。

3.2 下表面盲區深度計算

超聲衍射時差法檢測的下表面盲區通常指的是軸偏離底面盲區。

現按照上文所述假設條件來計算，掃查面盲區采用以下公式進行計算：

代入以上數據得到計算結果為11.5mm。

通過計算，距離焊縫中心30mm位置處的底面盲區半徑為2.6mm，需進行偏置掃查。如圖1所示。若偏置量為20mm時，通過計算可得距離焊縫中心30mm位置處的底面盲區半徑為0.3mm。

圖1

計算公式為：Δh=H1-1-x2s2+H2

其中，Δh為軸偏離底面盲區，H為工件厚度，s=12PCS，x為軸偏離值。

針對焊縫中心的底面缺陷，其信號可能隱藏在底面回波信號中以致無法識別，即中心底面盲區，盲區高度相當于底面回波信號的深度，從理論上來說缺陷是可以被發現，但是測量和定量會存在困難，如果要考慮定量缺陷，底面的盲區高度也不小，理論計算也有幾個毫米。當今使用的TOFD儀器已能提供足夠高分辨力的D掃描圖像，用其測量底面平整試塊上的足夠長的槽，只要缺陷信號超前底面信號1個周期，甚至0.5個周期，就可以識別。因此，焊縫中心的底面盲區即使存在，也是很小的，對底面無余高的焊縫，盲區一般不超過1mm，甚至小于0.5mm。

4 聲束角計算

件來計算以下各個量：

第一分區鋼中聲束上邊界角

γL上=arcsin（sinγP上CL／CP）=arcsin（sin27.17×5.95／2.4）=90°

第一分區鋼中聲束下邊界角

γL下=arcsin（sinγP下CL／CP）=arcsin（sin17.37×5.95／2.4）=47.74°第一分區楔塊中縱波入射角

θP=arcsin（sinθLCP／CL）=arcsin（sin70°×2.4／5.95）=22.27°

第一分區楔塊中聲束擴散角

第一分區楔塊中上邊界角γP上=θP+γP=22.27+4.90=27.17°

第一分區楔塊中下邊界角γP下=θP-γP=22.27-4.90=17.37°

同理，可計算出第二分區的鋼中和楔塊中各個角度，其中鋼中的擴散角為45.70°～90°。

5 時間窗口設置

通常，覆蓋方法為每下一區向上單向覆蓋上一區厚度的25%。底面反射波到達接收探頭后0.5μs以上設置為最下分區的時間窗口的終止位置；直通波到達接收探頭前0.5μs以上設置為最上分區的時間窗口的起始位置。

6 其他參數計算

6.1 最大掃查速度

最大掃查速度根據相關規定進行計算。現假設儀器激發的探頭脈沖重復頻率為500Hz，掃查增量值最大值為0.5mm，信號平均數值為2，那么最大掃查速度為：

6.2 最小打磨寬度

在焊縫每側的最小打磨寬度為118mm（探頭后部區域15 mm+1／2探頭中心距166mm+偏置量20mm=118mm），同時應及時清除焊接飛濺、油垢、鐵屑及其他雜質。

6.3 偏置掃查次數

按本文3.2節下表面盲區深度計算公式計算可知，需要進行2次偏置，偏置量均為20mm。

7 結論

以上分析探討的只是筆者在實際工作中積累總結的主要方法及工藝措施。由于接觸構件的有限性，許多探傷領域還未涉及。

TG441.7

A

1671-0037（2014）04-94-1.5