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TOFD技術(shù)原理
TOFD技術(shù)原理
TOFD定義
Time Of Flight Diffraction（TOFD）超聲波衍射時(shí)差法，是一種依靠從待檢試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)（主要是指缺陷）的“端角”和“端點(diǎn)”處得到的衍射能量來檢測(cè)缺陷的方法，用于缺陷的檢測(cè)、定量和定位。
TOFD技術(shù)的來源
TOFD技術(shù)的英文全稱是Time of Flight Diffraction Technique，中文譯名為衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)。
TOFD技術(shù)于20世紀(jì)70年代由英國哈威爾的國家無損檢測(cè)中心silk博士首先提出，其原理源于silk博士對(duì)裂紋衍射信號(hào)的研究。在同一時(shí)期我國中科院也檢測(cè)出了裂紋衍射信號(hào)，發(fā)展出一套裂紋測(cè)高的工藝方法，但并未發(fā)展出現(xiàn)在通行的TOFD檢測(cè)技術(shù)。
TOFD技術(shù)首先是一種檢測(cè)方法，但能滿足這種檢測(cè)方法要求的儀器卻遲遲未能問世。詳細(xì)情況在下一部分內(nèi)容進(jìn)行講解。TOFD要求探頭接收微弱的衍射波時(shí)達(dá)到足夠的信噪比，儀器可全程記錄A掃波形、形成D掃描圖譜，并且可用解三角形的方法將A掃時(shí)間值換算成深度值。而同一時(shí)期工業(yè)探傷的技術(shù)水平?jīng)]能達(dá)到可滿足這些技術(shù)要求的水平。直到20實(shí)際90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)字化超聲探傷儀發(fā)展成熟后，研制便攜、成本可接受的TOFD檢測(cè)儀才成為可能。但即便如此，TOFD儀器與普通A超儀器之間還是存在很大技術(shù)差別。
TOFD 歷史背景
TOFD 技術(shù)（Time of Flight Diffraction Technique）是一種基于衍射信號(hào)實(shí)施檢測(cè)的技術(shù)，即衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)。
上世紀(jì)七十年代，由于工業(yè)發(fā)展的需求的不斷增多，Mauric Silk博士（英國國家無損檢測(cè)中心）提出了TOFD技術(shù)。在TOFD系統(tǒng)的發(fā)展過程中，計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用起到了決定性的作用。早期的常規(guī)超聲檢測(cè)使用的都是模擬探傷儀，用橫波斜探頭或縱波直探頭做手動(dòng)掃查，大多數(shù)情況采用單探頭檢測(cè)，儀器顯示的是A掃波型，掃查的結(jié)果不能被記錄，也無法作為*的參考數(shù)據(jù)保存。自二十世紀(jì)九十年代起，模擬儀器開始慢慢演變?yōu)橛捎?jì)算機(jī)控制的數(shù)字儀器，隨后數(shù)字儀器逐漸完善和復(fù)雜化，可以配置探頭陣列，自動(dòng)掃查裝置，而且能夠記錄和保存所有的掃查數(shù)據(jù)用于歸檔和分析。
TOFD檢測(cè)需要記錄每個(gè)檢測(cè)位置的完整的未校正的A掃信號(hào)，可見TOFD檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)更*的復(fù)雜的數(shù)字化系統(tǒng)，在接收放大系統(tǒng)、數(shù)字化采樣、信號(hào)處理、信息存儲(chǔ)等方面都達(dá)到了較高的水平。
TOFD技術(shù)與傳統(tǒng)脈沖回波技術(shù)的zui主要的兩個(gè)區(qū)別在于：
A） 更加的尺寸測(cè)量精度（一般為±1mm，當(dāng)監(jiān)測(cè)狀態(tài)為±0.3mm），且檢測(cè)時(shí)與缺陷的角度幾乎無關(guān)。尺寸測(cè)量是基于衍射信號(hào)的傳播時(shí)間而不依賴于波幅。
B） TOFD技術(shù)不使用簡(jiǎn)單的波幅閾值作為報(bào)告缺陷與否的標(biāo)準(zhǔn)。由于衍射信號(hào)的波幅并不依賴于缺陷尺寸，在任何缺陷可能被判不合格之前所有數(shù)據(jù)必須經(jīng)過分析，因此培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)于TOFD技術(shù)的應(yīng)用是極為基本的要求。
TOFD技術(shù)的物理原理
衍射現(xiàn)象是TOFD技術(shù)采用的基本物理原理。
衍射現(xiàn)象的解釋：波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，根據(jù)惠更斯原理，媒質(zhì)上波陣面上的各點(diǎn)，都可以看成是發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻這些子波的包跡，就是該時(shí)刻新的波陣面。
TOFD工作原理
TOFD技術(shù)采用一發(fā)一收兩個(gè)寬帶窄脈沖探頭進(jìn)行檢測(cè)，探頭相對(duì)于焊縫中心線對(duì)稱布置。發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)底面反射后被探頭接收。接收探頭通過接收缺陷的衍射信號(hào)及其時(shí)差來確定缺陷的位置和自身高度。
TOFD技術(shù)*性：
a）一次掃查幾乎能夠覆蓋整個(gè)焊縫區(qū)域（除上下表面盲區(qū)），可以實(shí)現(xiàn)非常高的檢測(cè)速度；
b）可靠性要好，對(duì)于焊縫中部缺陷檢出率很高；
c）能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，對(duì)缺陷的走向不敏感；
d）可以識(shí)別向表面延伸的缺陷；
e）采用D-掃描成像，缺陷判讀更加直觀；
f）對(duì)缺陷垂直方向的定量和定位非常準(zhǔn)確，精度誤差小于1mm；
g）和脈沖反射法相結(jié)合時(shí)檢測(cè)效果更好，覆蓋率100%；
TOFD技術(shù)局限性：
a）近表面存在盲區(qū)，對(duì)該區(qū)域檢測(cè)可靠性不夠
b）對(duì)缺陷定性比較困難
c）對(duì)圖像判讀需要豐富經(jīng)驗(yàn)
d）橫向缺陷檢出比較困難
e）對(duì)粗晶材料，檢出比較困難
f）對(duì)復(fù)雜幾何形狀的工件比較難測(cè)量