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衍射波时差法超声检测技术（TOFD ） 王庆军 大连西太平洋石油化工有限公司 116600 简介：本文简要介绍了工业发达国家正在兴起和应用的 TOFD 技术的起源，原理，优缺点，标 准规定和在实际产品订货中节约的费用和时间。 主题词：TOFD 起源 原理 优缺点 相关费用 1. 衍射波时差法检测技术（TOFD ）的起源 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique)检测技术是在 1977 年，由Silk 根据超声波衍射现象提 出来，意大利AEA sonovatiion 公司在TOFD 应用方面，已经有15 年历史，此技术首先是应用于 核工业设备在役检验，现在在核电，建筑，化工，石化，长输管道等工业的厚壁容器和管道方面 多有应用，TOFD 技术的成本是脉冲回声技术的1/10。现在，TOFD 检测技术在西方国家是一个 热门话题，现在已经开始推广应用，经过几年以后，将有取代RT 趋势的可能。 2. TOFD 原理及系统组成 2.1 TOFD 原理是当超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的 衍射波，探头探测到衍射波，可以判定缺陷的大小和深度。 TOFD 原理 当超声波在存在缺陷的线性不连续处，如裂纹等处出现传播障碍时，在裂纹端点处除了正常反射 波以外，还要发生衍射现象。 衍射能量在很大的角度范围内放射出并且假定此能量起源于裂纹 末端（图1）。这与依赖于间断反射能量总和的常规超声波形成一个显著的对比。 图1 1 =发射波 2 =反射波 3 = 穿透波 4 =顶部裂纹端衍射波 5 =底部裂纹端衍射波 除了发现由缺陷衍射的能量变化以外，TOFD 方法也探测到一个直接穿过两个探针的表面（横向） 波和达到试块底部（测试对面）没有受到缺陷干涉的底部反射波（图1 中的注1 和4 ）。 图. 2 1- 横向波 2 - 顶部裂纹端衍射波 3 - 底部裂纹端衍射波 4- 对面器壁反射波 这种现象的研究产生了用于下列应用衍射波时差法无损检测方法： ■ 探伤检验 因为来自于缺陷范围的信号可记录。 ■ 裂纹定尺寸因为衍射波分离的空间（或时间）与裂纹高度直接相关。 用一对发射接受配对的单探头组（见图2 ）的TOFD 技术，通常应用的纵向探头的入射角是450～ 700 ，通过接受探头接受衍射信号，同时根据超声系统来评估B-扫描图像。 图. 3 裂纹定位原理图 图. 4 B －扫描 通过扫描探头组，可以得到两种B －扫描图像（收集数据方式）： 1. 沿裂纹或焊缝长度方向的常规扫描。B －扫描结果过去习惯用于裂纹定位和判断缺陷大小（图 3 上图）。 也就是人们常说的线性的、非平行的或纵向扫描。 在文献中，这种图像经常被称作D-扫描，但这与欧洲标准prEN1330 －4“用于超声试验中的术语” 是不一致的，在这个规范中，D-扫描有另一种定义。因此欧洲标准草案中在 TOFD 标准上没有 用“D-SCAN”代替TOFD 。 2. 垂直于焊缝和裂纹的长度方向的横向扫描（图3 下图），此种B －扫描结果过去习惯用于判断 缺陷大小，也就是人们常说的横向的，平行的或侧向扫描。 缺陷尺寸定位 在方向上垂直于表面的裂纹尺寸和深度可以被定位，一个可以用于精确定位的典型的图是 1mm. 此时假定进入和离开试块的超声能量是在探头下面的固定点并且探头是相距2S 的距离(见 图 4) 。 这是真实情况的简化，但对许多目的是足够精确的）。T ，超声能量到达裂纹尖端D 点，然后返 回试块的时间，如下给出： C T= {d2 + (S - X) 2}1/2 + {d2 + (S + X) 2}1/2 (1) 此处 C －超声波速度 T －时间 d －表面到D 点深度 X －衍射点到两个探头中线平面的距离 当X 是零时，T 值最小，并且在此情况下，表达式简化成： C T = 2 {d2 + S2}1/2 (2) 通常参考是侧向频率特性，如：从衍射时间计算得出的深度 d ，介于横向波和衍射脉冲之间的 TD ，在这里： d = 1/2 { TDC 2 + 4TDC S}1/2 (3) 在分析TOFD 数据时，通常用公式（2 ）并且此公式是基本的、重要的。假定对称地位于探头之 间的缺陷发出了一个错误的信号，此错误信号能够调整到对分析估定缺陷深度在精确度上影响很 小的程度。 通过今天高级计算机技术的使用，可能非常快的评定得到的信号。