TOFD檢測(cè)信號(hào)的分析與比較

XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： TOFD檢測(cè)信號(hào)的分析與比較 學(xué) 院： 測(cè)試與光電工程學(xué)院專業(yè)名稱： 測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二Oxx 年 六月 TOFD檢測(cè)信號(hào)的分析與比較摘要：衍射時(shí)差法(Time of Flight Diffraction, 簡(jiǎn)稱TOFD)超聲檢測(cè)技術(shù)是一種新型的無損檢測(cè)技術(shù),是利用缺陷部位的衍射波信號(hào)來檢測(cè)和測(cè)定缺陷尺寸的一種超聲檢測(cè)方法，通常使用縱波斜探頭，采用一發(fā)一收模式。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)檢測(cè)精度要求也不斷地提高，TOFD檢測(cè)應(yīng)運(yùn)而生。相較于其他檢測(cè)技術(shù),TOFD技術(shù)具有可靠性好、檢出率高、定量精度高、檢測(cè)效率高、無污染，快捷等優(yōu)點(diǎn)。為了更好的了解TOFD檢測(cè)技術(shù)，并運(yùn)用于實(shí)踐操作，對(duì)TOFD基本參數(shù)進(jìn)行選擇，了解這些參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，從而選擇和時(shí)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在了解TOFD檢測(cè)后，本文對(duì)TOFD檢測(cè)的應(yīng)用和檢測(cè)結(jié)論進(jìn)行了研究，同時(shí)也選用常規(guī)的超聲檢測(cè)儀來進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)被檢測(cè)工件(焊縫)的特點(diǎn)，確定檢測(cè)參數(shù)計(jì)算和選擇方法，選擇合適的檢驗(yàn)試塊和檢測(cè)儀器。選擇好含有氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合等人工焊接缺陷的平板焊縫分別采用TOFD、常規(guī)超聲二種方法進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)比兩種方法在定性方面的優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)分析 TOFD法和常規(guī)超聲對(duì)焊板定量定位的方法，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。在觀察缺陷圖譜時(shí),文中利用TOFD法對(duì)缺陷性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算,分析常見焊接缺陷的圖譜特征并與常規(guī)超聲檢測(cè)波形圖進(jìn)行比較。接著對(duì)比分析TOFD法與常規(guī)超聲檢測(cè)法在這些常見缺陷中檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及與其它檢測(cè)方法的匹配，讓TOFD檢測(cè)方法可以更好的在實(shí)際檢測(cè)中應(yīng)用。關(guān)鍵詞：TOFD平板焊縫 缺陷種類 定性 定量 定位 Analysis and comparison of TOFDdetection signalAbstract:TOFD (time of flight diffraction (TOFD) ultrasonic testing technology is a new nondestructive testing technology is the defective parts of the diffraction wave signal to detect and size defects of an ultrasonic detection method for determination and longitudinal wave angle probe is usually used by a model. Along with the development of modern industry, the requirement of the detection accuracy is also improved, and the TOFD detection has been developed. Compared with other detection technology, TOFD technology has the advantages of good reliability, high detection rate, high accuracy, high detection efficiency, no pollution, fast and so on. In order to better understanding of TOFD detection technology, and applied to practical operation, the basic parameters of TOFD, understand the effects of these parameters on the experimental data, so as to select and the parameters of the experiment. After understanding the TOFD detection. this paper of TOFD detection application and testing results were studied also choose conventional ultrasonic testing equipment to detect. According to the characteristics of the detection of the workpiece (weld), determine the detection parameters calculation and selection method, select the appropriate test specimen and test instrument. The flat weld with the defects of two kinds of artificial welding defects such as porosity, slag, crack, crack, non fusion, incomplete fusion and so on, were detected by TOFD and conventional ultrasound. Comparison of the two methods in the qualitative aspects of advantages, detailed analysis of TOFD method and conventional ultrasound welding plate positioning and quantitative method and data analysis and processing. In the observation of the defects, the defects of TOFD method were used to calculate the characteristics of the defects, and the characteristics of common welding defects were analyzed. And comparative analysis between TOFD method with the conventional ultrasonic testing method in these common defects detection of advantages and disadvantages, and matching with other detection methods, TOFD detection method can be better used in practical detection.Keyword：TOFD Flat weld Defect type Qualitative Quantitative Location目 錄1 緒論1.1 選題的依據(jù)及意義（1）1.2 TOFD發(fā)展歷史（2）1.3 國(guó)內(nèi)外研究概況（3）2 TOFD法基本原理2.1 超聲波衍射現(xiàn)象（4）2.1.1惠更斯-菲涅爾原理（4）2.1.2波的衍射（繞射）（4）2.2 TOFD法基本原理（5）2.3 TOFD檢測(cè)缺陷深度計(jì)算（6）2.4 TOFD掃查方式（7）3 研究方法及內(nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)儀器（9）3.2 檢測(cè)中主要參數(shù)選擇（10）3.2.1探頭角度的選擇（10）3.2.2探頭頻率的選擇（11）3.2.3探頭晶片尺寸的選擇（11）3.2.4掃查次數(shù)的選擇（12）3.3 TOFD檢測(cè)主要步驟（12）4 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析4.1 焊縫的五種常見缺陷（14）4.1.1缺陷產(chǎn)生原因（14）4.1.2缺陷的危害（16）4.2 TOFD信號(hào)的分析與比較（17）4.2.1氣孔類缺陷分析與比較（17）4.2.2夾渣類缺陷分析與比較（19）4.2.3裂紋類缺陷分析與比較（21）4.2.4未焊透類缺陷分析與比較（23）4.2.5未熔合類缺陷分析與比較（25）5 總結(jié)參考文獻(xiàn)（28）致謝（30）TOFD檢測(cè)信號(hào)的分析與比較1 緒論1.1 選題的依據(jù)及意義衍射時(shí)差法(time-of-flight diffraction, TOFD)超聲檢測(cè)技術(shù)是一種新型的無損檢測(cè)技術(shù)，它通過測(cè)量缺陷邊緣的衍射時(shí)間差,對(duì)缺陷進(jìn)行定量定位。與其他檢測(cè)技術(shù)相比，TOFD技術(shù)具有可靠性好、檢出率高、測(cè)量精度高、檢測(cè)范圍大、快速和安全等優(yōu)點(diǎn)。TOFD (全稱Time of Flight Diffraction)技術(shù)，即衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)，作為超聲檢測(cè)中的新技術(shù)1，TOFD技術(shù)既保持了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又解決了超聲檢測(cè)的某些局限性。TOFD與常規(guī)超聲檢測(cè)有兩個(gè)重要不同；1 )缺陷衍射信號(hào)的角度幾乎是獨(dú)立的；2)深度尺寸定位和相應(yīng)的誤差取決于衍射時(shí)差，而與信號(hào)振幅無關(guān)。因此相比傳統(tǒng)超聲檢測(cè)，TOFD技術(shù)有新優(yōu)勢(shì)；1 )TOFD技術(shù)定量定位精度高，直通波的尺寸精度是1 mm，裂紋增長(zhǎng)檢測(cè)能力可達(dá)0.3 mm；2)任何方向的缺陷都能有效的發(fā)現(xiàn)；3 )檢測(cè)數(shù)據(jù)以視圖的形式持久保存；4）常規(guī)檢測(cè)近表面檢測(cè)存在盲區(qū)2,3。與磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、禍流檢測(cè)技術(shù)相比，TOFD技術(shù)可以檢測(cè)內(nèi)部缺陷，與射線技術(shù)相比，TOFD技術(shù)使用成本低，不需要特殊防護(hù)，對(duì)裂紋類面狀缺陷相當(dāng)敏感，檢測(cè)厚度范圍大，檢測(cè)靈敏度不隨厚度增大而大幅降低4,5。與常規(guī)超聲檢測(cè)相比，對(duì)缺陷的定量定位更精確，檢出率更高，檢測(cè)速度更快，檢測(cè)結(jié)果可以永久保存。常規(guī)超聲檢測(cè)時(shí)，當(dāng)波束無法以適當(dāng)?shù)慕嵌鹊竭_(dá)缺陷表面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漏檢,在缺陷定量方面常規(guī)超聲檢測(cè)采用當(dāng)量法。不是缺陷真實(shí)的尺寸，這樣不利于后續(xù)的質(zhì)量評(píng)定。用于大型壓力容器的檢測(cè)時(shí)，厚度的增加和檢測(cè)結(jié)果的要求不斷提高，都需要尋找出一種新方法來提高缺陷的檢出率，并且對(duì)該缺陷進(jìn)行精確定位、定量。 與其常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)一樣，TOFD技術(shù)也有其局限性，檢測(cè)盲區(qū)即使通過改變檢測(cè)參數(shù)，仍然不可能完全消除，為防止掃查面和底面缺陷的漏檢，可以和常規(guī)超聲波檢測(cè)配合使用；TOFD信號(hào)較弱，易受噪聲干擾；如果要求對(duì)工件內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量的綜合檢測(cè)，TOFD技術(shù)必須與其它表面檢測(cè)技術(shù)相互配合，才能完成檢測(cè)任務(wù)；傾向于“過分夸大”中下部缺陷和部分良性缺陷，比如氣孔、夾層等。所以要對(duì)該項(xiàng)技術(shù)局限進(jìn)行充分的了解和分析，才能讓該技術(shù)在實(shí)踐中的得到非常好的使用和良性的發(fā)展。隨著檢測(cè)行業(yè)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求不同提高，集一身優(yōu)勢(shì)的TOFD技術(shù)脫穎而出，備檢測(cè)受關(guān)注，成為一種極具推廣前景的無損檢測(cè)新技術(shù)6,7。1.2 TOFD發(fā)展歷史TOFD是20世紀(jì)70年代由英國(guó)國(guó)家無損檢測(cè)中心的MauricSilk博士率先提出來的,并花費(fèi)了大概10年Silk博士和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可以檢測(cè)和確定缺陷尺寸的方法811，這些缺陷探測(cè)試驗(yàn)（DDT）實(shí)驗(yàn)在國(guó)際的PISC系統(tǒng)中也有所應(yīng)用。于是，美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)就認(rèn)同了TOFD ，在可靠性和精確度上，常規(guī)脈沖回波獲得的結(jié)果不是很好，TOFD卻擁有精確的定量能力，為了證明了TOFD具有相當(dāng)好的可靠性和精確度，同時(shí)運(yùn)用其它的技術(shù)做了很多不相同的實(shí)驗(yàn)，讓TOFD更加可靠。因?yàn)閿?shù)字化系統(tǒng)的有關(guān)部件非常多，因此在戶外檢測(cè)是相當(dāng)困難以實(shí)現(xiàn)的，一直到1982年，國(guó)際無損檢測(cè)中心研究開發(fā)了一套可以采集和分析數(shù)據(jù)的便攜式設(shè)備，該系統(tǒng)命名為ZIPSCAN，而此系統(tǒng)正是湯姆遜電子集團(tuán)所采用的，在1983年，這套設(shè)備賣到了全世界，而且還得到了相當(dāng)多的企業(yè)的認(rèn)可和采用。然而，TOFD法并不是從一開始就被看好，它是在上個(gè)世紀(jì)80年代中期才被完全被接受，尤其是在石油和天然氣管道行業(yè)中檢測(cè)的運(yùn)用，由于它們檢測(cè)環(huán)境海上和陸地上都有，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)于一些良性的缺陷，沒有必要進(jìn)行維修，只需進(jìn)行定期檢測(cè)觀察它的改變。使用一對(duì)TOFD探頭沿著焊縫進(jìn)行掃查，然后把掃查數(shù)據(jù)繪成一個(gè)圖譜（B或者D掃），對(duì)于判斷復(fù)雜的幾何外形和焊趾的能力會(huì)很大的提高，這樣比看A掃更能直觀地判斷缺陷的尺寸和性質(zhì)。20世紀(jì)90年代,TOFD技術(shù)在國(guó)外被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、電力、承壓設(shè)備、鐵路、橋梁等工程中的檢測(cè)12,13。1993 年,英國(guó)推出了第一部與TOFD檢測(cè)方法有關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) BS7706:199314 ，該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也推動(dòng)了TOFD檢測(cè)法實(shí)際檢測(cè)材料應(yīng)用于缺陷定位和定量。同時(shí)，我國(guó)也不斷的在引進(jìn)TOFD檢測(cè)技術(shù)，到2005年，我國(guó)中科院武漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限公司研發(fā)出國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)TOFD專用檢測(cè)設(shè)備。1.3 國(guó)內(nèi)外研究概況 在對(duì)接焊縫的探傷辦法上就有五大常規(guī)檢測(cè)15,Carvalho等采用超聲TOFD與傳統(tǒng)的脈沖反射法對(duì)焊縫缺陷進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲TOFD法具有更高的檢出率。2004年，CEN發(fā)布了有關(guān)超聲TOFD法檢測(cè)焊缺陷的標(biāo)準(zhǔn)草案DD CEN/TS14751: 200416，該草案是在原有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)焊縫超聲TOFD技術(shù)，非常詳細(xì)介紹了該項(xiàng)技術(shù)的操作規(guī)范，其中包括檢測(cè)等級(jí)、探頭設(shè)置、靈敏度和時(shí)間窗調(diào)節(jié)、試塊細(xì)節(jié)及掃查要領(lǐng)等，同時(shí)增補(bǔ)了8張TOFD圖像自身質(zhì)量和10張焊接缺陷的典型圖譜。2009年8月31日,固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程正式頒布規(guī)定“壓力容器的焊接接頭應(yīng)當(dāng)采用射線檢測(cè)或者超聲檢測(cè),超聲檢測(cè)包括衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)(TOFD)、可記錄的脈沖反射法超聲檢測(cè)和不可記錄的脈沖反射法超聲檢測(cè)；當(dāng)使用不可記錄的脈沖反射法超聲檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)采用射線檢測(cè)或者衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)作為附加局部檢測(cè)”。規(guī)程中明確規(guī)定了TOFD檢測(cè)技術(shù)與射線檢測(cè)技術(shù)相同，均為壓力容器制造過程中可選的焊接接頭的無損檢測(cè)方法17，從而明確了 TOFD檢測(cè)的地位。2010 年底，國(guó)家能源局又發(fā)布了 NB/T 47013.10 (JB/T 4730. 102010 )衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)。規(guī)程和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，很好地推動(dòng)了TOFD檢測(cè)方法在實(shí)際工業(yè)發(fā)展中的發(fā)展和應(yīng)用18。美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)于2006年發(fā)布了超聲TOFD圖像顯示的判讀和評(píng)定準(zhǔn)則19，包括TOFD識(shí)譜原理和缺陷定位定量法則以及22例焊接缺陷典型圖譜。2TOFD法基本原理2.1 超聲波衍射現(xiàn)象2.1.1 惠更斯-菲涅爾原理在經(jīng)典物理學(xué)中任何波都可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，譬如水波、光波和電磁波等。聲波遇到障礙物以后會(huì)發(fā)生偏離幾何聲學(xué)傳播定律的現(xiàn)象，稱為波的衍射或波的繞射。1690年，荷蘭物理學(xué)家惠更斯首先提出了光的波動(dòng)學(xué)說，一個(gè)世紀(jì)多之后，菲涅爾引入波的相干性，即各次波到達(dá)某點(diǎn)的作用要考慮到次波間的相位關(guān)系，補(bǔ)充了惠更斯原理2022，如圖2.1所示。圖2.1 惠更斯原理2.1.2 波的衍射（繞射）如圖2.2所示，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，若遇到缺陷AB，據(jù)惠更斯-菲涅爾原理，缺陷邊緣A、B可以看做是發(fā)射子波的波源，改變了波的傳播方向，從而使缺陷背后的聲影縮小，降低放射波。波的繞射和障礙物尺寸D及波長(zhǎng)的相對(duì)大小有關(guān)。當(dāng)D時(shí)，反射強(qiáng)，繞射弱，聲波幾乎全反射。圖2.2 波的衍射如圖2.3所示，平面波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到缺陷AB，據(jù)惠更斯-菲涅爾原理，缺陷邊緣A、B可以看做是發(fā)射子波的波源，聲波向各個(gè)方向衍射，從而使衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)成為可能。圖2.3 缺陷處的超聲波衍射現(xiàn)象波的衍射對(duì)檢測(cè)既有利又不利。由于波的繞射，使超聲波產(chǎn)生晶粒繞射順利地在介質(zhì)中傳播；由于波的繞射，可以采用衍射波檢測(cè)缺陷，這是有利的。但同時(shí)由于波的繞射，使一些小缺陷回波顯著下降，以致造成漏檢，這又是不利的。2.2 TOFD法基本原理超聲TOFD檢測(cè)技術(shù),即衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù),這種檢測(cè)技術(shù)是建立在波的衍射的基礎(chǔ)上,從物理學(xué)的原理可知:當(dāng)障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或與它差不多時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。當(dāng)超聲波經(jīng)過于一條長(zhǎng)裂紋缺陷時(shí),在裂紋縫隙、端角處產(chǎn)生衍射波,衍射波被探頭接收。TOFD檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)技術(shù)(即脈沖反射法超聲檢測(cè)技術(shù))不同,其采用的是雙探頭模式,一個(gè)是發(fā)射探頭、一個(gè)是接收探頭23。當(dāng)探頭聲束存在于衍射波所覆蓋的范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波會(huì)在缺陷尖端位置周向發(fā)射衍射波，此時(shí)衍射波信號(hào)中攜帶了非常多的缺陷信息，通過對(duì)接收探頭中超聲波信號(hào)進(jìn)行分析，就可以做到對(duì)缺陷的定性、定位和定量2427。接收探頭首先接收到的沿工件表面?zhèn)鞑ミ^來信號(hào)為直通波,接著就是缺陷上,下端點(diǎn)的衍射波(當(dāng)缺陷高度小到一定程度時(shí),缺陷上下端點(diǎn)波形在一起)信號(hào),最后接收到的信號(hào)是底面的回波28。上述波形顯示在A掃描信號(hào)圖中。檢測(cè)原理圖和A掃信號(hào)圖如圖2.4、2.5所示。圖2.4TOFD法檢測(cè)原理圖2.5缺陷處A掃描信號(hào)2.3 TOFD檢測(cè)缺陷深度計(jì)算在平板工件中，為了計(jì)算缺陷的深度與高度，可以假定探頭中心間距為2S，缺陷深度為d1，缺陷距焊縫中心線的偏移量為x，如圖2.6所示。S xM d1L圖2.6缺陷深度計(jì)算圖根據(jù)幾何關(guān)系，有： (2.1) 式中c 聲速；T 超聲波傳播的總時(shí)間；t0 超聲波在探頭楔塊中傳播的時(shí)間。假定缺陷位于焊縫中心線上，此時(shí)x=0，所得d1值最小： (2.2)若以直通波為參考起點(diǎn)，假定x=0，則缺陷深度為： (2.3)式中t 缺陷上端點(diǎn)的衍射波與直通波間的傳播時(shí)間差；c 聲速；2S 探頭中心間距。缺陷下端點(diǎn)與掃查面間的距離以d1表示，同理可計(jì)算出缺陷下端點(diǎn)的深度d2。則缺陷的自身高度為： (2.4)2.4 TOFD掃查方式超聲TOFD檢測(cè)有兩種基本的掃查成像方法，一種是非平行掃查，得到的圖像即為D掃描圖像（D-scan）；另一種掃查方式是平行掃查，得到的圖像為B掃描圖像（B-scan）29,30。D掃描，探頭沿焊縫兩側(cè),平行于焊縫移動(dòng)，探頭的移動(dòng)方向與超聲波的傳播方向垂直，又稱為縱向掃描或非平行掃描，所得檢測(cè)圖像為D掃描圖像，如圖2.7所示。圖2.7TOFD非平行掃查B掃描，探頭沿著垂直焊縫的方向移動(dòng)，探頭的移動(dòng)方向與超聲波傳播方向平行，又稱為橫向掃描或平行掃描，所得TOFD圖像為B掃描圖像，如圖2.8所示。圖2.8TOFD平行掃查3研究方法及內(nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)儀器本課題實(shí)驗(yàn)儀器采用的是由南昌航空大學(xué)老師和研究生共同組裝的一臺(tái)TOFD超聲檢測(cè)儀，如圖3.1所示。本實(shí)驗(yàn)就是通過此裝置進(jìn)行的測(cè)試，該儀器主要有以下幾個(gè)部分組成。1. 工控機(jī) 2. 5077PR 脈沖發(fā)射接收器 3. 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制箱 4. 掃查架圖 3.1 TOFD超聲檢測(cè)儀(1) 工控機(jī)，通過研華高速數(shù)據(jù)采集卡對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行采集，將信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，再由UT-TOFD軟件對(duì)數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，顯示所采集的波形信號(hào)，系統(tǒng)的最高采樣頻率是60MHz，試驗(yàn)用的探頭中心頻率處于2.25MHz-10MHz之間，采樣頻率是探頭中心頻率的6倍以上，所以完全可以滿足檢測(cè)的需求。(2) 超聲脈沖信號(hào)發(fā)生儀，本文所采用的是OLYMPUS 5077PR脈沖發(fā)生接收器，此發(fā)生器是一種寬帶方波脈沖發(fā)生器，方波脈沖發(fā)生器能夠激發(fā)脈沖能量來滿足TOFD檢測(cè)試驗(yàn)的需求，可調(diào)脈沖電壓為100V-400V、可調(diào)脈沖重復(fù)頻率為0-5MHz、可選脈沖寬度有10個(gè)預(yù)設(shè)固定寬度、59dB RF增益以及49dB衰減，都能夠以1dB步進(jìn)調(diào)整，如圖3.2所示。該設(shè)備檢測(cè)是手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，模式1為是自發(fā)自收單探頭檢測(cè)模式，比如橫波斜探頭、縱波直探頭檢測(cè)；模式2為是一發(fā)一收模式，比如TOFD檢測(cè)。并且還具有對(duì)所激發(fā)接收信號(hào)進(jìn)行高低波濾波功能。圖3.2 5077PR 脈沖發(fā)射接收器(3) 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制箱，可以對(duì)掃查架進(jìn)行一維以及多維進(jìn)行掃查。在改變發(fā)射脈沖的頻率和數(shù)量的情況下，接著做到控制電機(jī)的速度、位置，而且掃查方向也可以進(jìn)行控制，經(jīng)過編碼器地反饋，可提供機(jī)器準(zhǔn)確的位置，可以和儀器數(shù)據(jù)采集同時(shí)，掃查增量的最小步進(jìn)小于0.5mm，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工藝的需求。(4) 掃查架，此掃查架是由鋁合金輕型材組裝設(shè)計(jì)而成，此掃查架能夠進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)軸方向進(jìn)行分別移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲的多維掃查。此裝置在檢測(cè)方法上可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)超聲掃查、超聲C掃查、TOFD掃查（具有B掃、D掃多維掃查功能）；檢測(cè)信號(hào)上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、以及實(shí)時(shí)成像功能；同時(shí)機(jī)械裝置部分能夠做到自動(dòng)或手動(dòng)操作。3.2 檢測(cè)中主要參數(shù)選擇3.2.1 探頭角度的選擇本文試驗(yàn)中所用的探頭為超聲TOFD專用探頭，探頭頻率有2.25MHz、5MHz、10MHz，三種角度的入射斜楔45、60、70，如圖3.3所示。各種各樣的探頭都有各自的實(shí)際運(yùn)用，所以在進(jìn)行工件檢測(cè)之前，應(yīng)該對(duì)探頭的頻率和斜楔進(jìn)行選擇，使實(shí)驗(yàn)得出精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。圖3.3 TOFD探頭及楔塊在超聲無損探傷中,在選擇超聲探頭時(shí),其性能好壞直接影響著檢測(cè)的精度和準(zhǔn)確性,而探頭的品種很多,性能各異,因此要依照實(shí)驗(yàn)材料挑選探頭。在選擇探頭角度時(shí),應(yīng)該從實(shí)際情況進(jìn)行選擇，選擇小角度的探頭，則探頭中心間距(PCS)就會(huì)減小，分辨率提高,深度誤差減小,波束擴(kuò)散角減小,衍射信號(hào)能量相對(duì)增強(qiáng)；選擇大角度的探頭，分辨率降低,深度誤差增大,波束擴(kuò)散角增大，能夠使掃查范圍增大，然而衍射信號(hào)能量相對(duì)減弱。在探頭角度的選擇中，一般檢測(cè)所采用的角度是在5070之間,而在實(shí)際的檢測(cè)中可以根據(jù)檢測(cè)工件的厚度和其他要求選擇合適的角度31。3.2.2 探頭頻率的選擇探頭頻率的高低會(huì)影響到直通波和底面波的時(shí)間間隔內(nèi)包含的信號(hào)周期，還有深度分辨率。因此要選擇合適的分辨率,信號(hào)周期一般選在30周期。實(shí)際應(yīng)用中,至少要達(dá)到20個(gè)周期,但在同一晶片直徑下,頻率越高,擴(kuò)散角越小,波的衰減和散射也隨之增大,所以不能只知增加頻率,那么直通波會(huì)明顯減弱甚至消失,這樣很難做到接下來的掃查和分析。探頭頻率及所對(duì)應(yīng)晶片尺寸的大小見表3.1。由TOFD原理可知，選擇高頻率的探頭，那么分辨率也會(huì)提高，對(duì)細(xì)小缺陷和相鄰缺陷的檢測(cè)有利，咳嗽衰減和散射也會(huì)相應(yīng)增大，聲束掃查范圍會(huì)減小，所以選擇探頭頻率要綜合考慮情況。表3.1 TOFD專用探頭頻率及對(duì)應(yīng)的晶片尺寸探頭頻率/MHz2.25510晶片尺寸/mm6.346.3433.2.3 探頭晶片尺寸的選擇對(duì)于晶片尺寸而言，小尺寸晶片能夠得到較大的聲束覆蓋范圍，縮短近場(chǎng)長(zhǎng)度，但其發(fā)出的超聲脈沖能量會(huì)變小，適用于檢測(cè)薄壁工件焊縫；而大尺寸的晶片能夠得到較大的聲束能量，適用于檢測(cè)厚度比較大的焊縫和粗晶材料。所以選擇探頭角度、頻率和晶片尺寸時(shí)，應(yīng)該綜合考慮實(shí)際檢測(cè)情況，選取適當(dāng)?shù)膮?shù)，總的來說，在選擇探頭之前應(yīng)考慮信號(hào)是否有足夠的能量和較高的信噪比，在此還應(yīng)該要有比較高的分辨率。檢測(cè)大厚度工件和薄壁工件時(shí)，探頭選擇也是不同的，因此選擇TOFD探頭參數(shù)時(shí)是靈活可變，應(yīng)該要綜合考慮檢測(cè)中可能產(chǎn)生的各種因素進(jìn)行選取。3.2.4 掃查次數(shù)的選擇在TOFD檢測(cè)中,當(dāng)工件壁厚T50mm時(shí),需要使用多對(duì)探頭對(duì)焊縫分層掃查(多通道檢測(cè))。探頭對(duì)數(shù)取決于板厚和需要覆蓋的范圍。單通道時(shí),聲束聚焦深度為2/3T，設(shè)置探頭間距PCS；但在有多個(gè)TOFD通道同時(shí)工作的情況，即對(duì)工件進(jìn)行分層掃查的時(shí)候,應(yīng)該依據(jù)表3.2來計(jì)算TOFD探頭間距:表3.2 掃查次數(shù)選擇參照表工件厚度TOFD通道數(shù)分層聲束聚焦深度05010T2/3T5010020T/21/3TT/2T5/6T或若45,T3.3 TOFD檢測(cè)主要步驟步驟1：資料審查準(zhǔn)備想要設(shè)計(jì)出較好的檢測(cè)方案,應(yīng)在檢測(cè)之前了解更多的工件情況、焊縫情況、還有欲檢出缺陷情況等資料。對(duì)在役設(shè)備,必須了解操作環(huán)境、故障情況和上次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題等。對(duì)于材料,應(yīng)了解其焊接性、焊接結(jié)構(gòu)形式、焊接方法、焊接時(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況和需要檢出的缺陷類型等。步驟2：檢測(cè)面準(zhǔn)備檢測(cè)區(qū)域應(yīng)為焊縫本身寬度再加焊縫兩側(cè)各相當(dāng)于母材厚度30%的區(qū)域；檢測(cè)焊縫外觀,余高寬度和高度，兩邊母材的厚度是否相同。檢測(cè)面應(yīng)平整,表面粗糙度大于6.3 m, 般都應(yīng)進(jìn)行打磨。由于TOFD采用1收1發(fā)2個(gè)探頭的工作模式,所以相較于常規(guī)超聲檢測(cè)對(duì)檢測(cè)面的平整性和光潔度要求更高,要不然很難移動(dòng)探頭，甚至造成信號(hào)丟失。檢測(cè)前應(yīng)確定掃查路徑并在被檢工件上予以標(biāo)識(shí)包括掃査起始點(diǎn)和掃查方向等。步驟3：探頭的選擇探頭的選擇包括型號(hào)和參數(shù)的選擇。探頭參數(shù)的選擇即探頭的角度、頻率、尺寸的選擇。步驟4：設(shè)置探頭間距使用2/3T準(zhǔn)則或其他適當(dāng)?shù)倪x擇來確定探頭間距。注意多通道時(shí)探頭間距的計(jì)算。步驟5：通道參數(shù)設(shè)置進(jìn)行通道設(shè)置,設(shè)置的參數(shù)包括模擬增益、數(shù)字增益、掃描方向、起始速度、運(yùn)行速度、步進(jìn)長(zhǎng)度/分辨率、橫向掃描總長(zhǎng)和TOFD掃描距離。步驟6：檢測(cè)模式選擇將超聲脈沖信號(hào)發(fā)生儀的“MODE”鍵撥向“2”，即為TOFD工作模式。步驟7：自動(dòng)檢測(cè)一切準(zhǔn)備好后,在工控機(jī)頻幕上點(diǎn)擊“掃描/停止”鍵，儀器將進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),掃描結(jié)束，頻幕上將自動(dòng)顯示出TOFD檢測(cè)圖譜。4檢測(cè)數(shù)據(jù)分析4.1 焊縫的五種常見缺陷焊接是通過加熱或加壓的方式,使兩個(gè)獨(dú)立的工件產(chǎn)生原子(分子)間結(jié)合形成永久結(jié)合的工藝過程。焊接作為材料加工和成形工藝重要的方法,廣泛地應(yīng)用在工業(yè)中。在焊接過程中,選擇焊接材料不好,焊接工藝條件不適當(dāng),設(shè)計(jì)的接頭不行,不規(guī)范操作等,都有可能造成缺陷的出現(xiàn)。在焊接件中常見的缺陷:氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合。4.1.1 缺陷產(chǎn)生原因（1）氣孔氣孔是指焊接時(shí),熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可以從熔池外界吸收,也可以從焊接冶金過程中反應(yīng)生成的氣體中吸收。從氣孔產(chǎn)生的部位上分，可分為內(nèi)部氣孔和外部氣孔；從分布的情況上分，可分為單個(gè)氣孔、漣狀氣孔和密集氣孔；從氣孔產(chǎn)生的原因和條件不同上分，可分為球形、橢圓形、旋渦狀和毛蟲狀等。產(chǎn)生的原因：a、大氣：空氣濕度超過了90%，；收弧過快，保護(hù)不當(dāng)，吸入了空氣中的N2氣；電弧太長(zhǎng)，吸入了空氣中的N2氣； b、溶解在母材、焊絲和焊條鋼芯中的氣體，藥皮和焊劑中的水和氣體：焊條烘干溫度過低、保溫時(shí)間不足；使用過期的焊條； 采用不夠純度的氬氣，保護(hù)不當(dāng)；焊條烘干溫度過高，使藥皮成分變質(zhì)，失去保護(hù)作用；電流過大，藥皮發(fā)紅失效，失去保護(hù)作用，吸入了空氣中的N2氣；焊芯銹蝕、焊絲清理不凈、焊劑混入污物。 c、焊材、母材上的油、銹、水、漆等污物，經(jīng)過高溫分解產(chǎn)生氣體，可是空氣還存留在焊縫之中，沒能及時(shí)逸出； d、因操作不當(dāng)引起的氣孔：運(yùn)條速度過快，氣泡未及時(shí)逸出；焊絲填加不均勻，吸入外界空氣；埋弧焊時(shí)，電弧電壓過高，網(wǎng)路電壓波動(dòng)太大，吸入外界空氣。（2）夾渣夾渣是指焊接中殘留在焊縫中的熔渣。主要是由于操作原因，熔池中的熔渣來不及浮出，而存在于焊縫之中。產(chǎn)生的原因：坡口角度過小，運(yùn)條、清渣困難；運(yùn)條過快，熔渣來不及浮出； 焊接電流不足，熔深太??； 運(yùn)條時(shí)坡口停留兩側(cè)時(shí)間太短，在焊縫中心的過度卻又太慢，堆高了焊縫中心位置，造成坡口兩側(cè)形成死角，夾渣清理根本不出來；焊縫成型粗劣； 焊接過程中的層間夾渣沒有清理干凈；接頭沒有得到徹底地處理；焊接材料與母材化學(xué)成分完全不匹配；焊條涂料中存在有非常高的含碳成分。（3）裂紋材料在應(yīng)力或環(huán)境(或兩者同時(shí))作用下產(chǎn)生的裂隙焊接裂紋，按照產(chǎn)生的機(jī)理可分為：冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂裂紋幾大類。冷裂紋是在焊接過程中或焊后，在較低的溫度下，大約在鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（即Ms點(diǎn)）附近，或300200以下（或T0.5Tm，Tm為以絕對(duì)溫度表示的熔點(diǎn)溫度）的溫度區(qū)間產(chǎn)生的，故稱冷裂紋。層狀撕裂是冷裂紋的一種特殊形式。形成的主要原因是鋼板中存在著分層（沿軋制方向）的夾雜物（特別是硫化物），在焊接時(shí)存在于垂直于軋制方向（板厚方向）的拉伸應(yīng)力作用下，在鋼板中熱影響區(qū)或稍遠(yuǎn)的地方，產(chǎn)生“臺(tái)階”式，與母材軋制表面平行的層狀開裂。主要會(huì)發(fā)生在T字型、K字型厚板的角焊接接頭中。熱裂紋是在高溫下產(chǎn)生的，從凝固溫度范圍至A3以上溫度，所以稱熱裂紋，又稱高溫裂紋。熱裂紋都是沿奧氏體晶界開裂，形似鋸齒，因此又稱晶間裂紋。大部分情況是出現(xiàn)在焊縫中間位置，尤其是在弧坑處，普遍情況下是在焊縫柱狀晶的結(jié)合處，即焊縫凝固的最終位置，同樣也是最容易引起低熔點(diǎn)共晶偏析的位置；較小可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)。發(fā)生在焊道中心的裂紋一般都是縱向裂紋，平行于焊縫延伸方向；橫向裂紋一般是沿柱狀晶界開裂，并與母材的晶界相連，與焊縫延伸方向垂直。當(dāng)裂紋貫穿表面與空氣相通時(shí)，斷口表面呈氧化色彩（如藍(lán)灰色等），有的焊縫表面的宏觀裂紋中充滿熔渣。（4）未焊透未焊透是母材金屬未熔化，焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)入接頭根部的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因： 坡口及裝配方面：間隙太小；鈍邊太厚；坡口角度太??；坡口不平；有內(nèi)倒角的坡口角度太大；錯(cuò)口嚴(yán)重；工藝規(guī)范方面：電流過?。缓杆偬?；電弧偏吹；起焊處溫度不足；接反極性； 操作方面：焊條太粗；操作不穩(wěn)；雙面焊時(shí)清根不徹底；坡口根部有銹、油、污垢，阻礙了金屬地熔化。（5）未熔合未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。產(chǎn)生的原因：電流過??；焊速過快；電弧指向偏斜；操作不穩(wěn)；起焊時(shí)溫度不足；焊絲太細(xì)；接反極性，焊條熔化過快，母材了來不及充分熔化；坡口側(cè)壁有繡垢及污物，層間清渣不徹底等。這些原因都造成焊材早熔化，而被焊母材溫度低，沒有熔化，熔化的焊材金屬沾附到焊件上。4.1.2 缺陷的危害焊接缺陷對(duì)焊接構(gòu)件的危害，主要有以下幾方面： （1）引起應(yīng)力集中。焊接接頭中分布著十分復(fù)雜的應(yīng)力。對(duì)于那些結(jié)構(gòu)截面有突然變化的部位，就分布著相當(dāng)不均勻應(yīng)力，并且有些點(diǎn)的應(yīng)力值可能比平均應(yīng)力值大許很多，這種現(xiàn)象就被稱為應(yīng)力集中。引起這種應(yīng)力集中的原因有很多，而焊縫中存在工藝缺陷是其中一個(gè)很重要的因素。焊縫內(nèi)出現(xiàn)的裂紋、未焊透及其他缺口非常尖的缺陷，讓焊縫截面不連續(xù)，產(chǎn)生局部突變，這時(shí)一旦有外力作用的情況下，就會(huì)產(chǎn)生非常大的應(yīng)力集中。一旦應(yīng)力超過缺陷前端部位金屬材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，材料就會(huì)開裂，從而遭到毀壞。 （2）縮短使用壽命。對(duì)于承受低周疲勞載荷的構(gòu)件，如果焊縫中的缺陷尺寸超過一定承受極限時(shí)，在和一旦周而復(fù)始的附加，該缺陷就會(huì)不斷擴(kuò)展，拉長(zhǎng)，最終造成構(gòu)件的斷裂。 （3）造成脆裂，危及安全。脆性斷裂是一種低應(yīng)力斷裂，是結(jié)構(gòu)件在沒有塑性變形情況下，發(fā)生快速突發(fā)性斷裂，其危害性非常大。焊接的好壞直接影響著對(duì)產(chǎn)品的脆斷，從而影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。4.2 TOFD信號(hào)的分析與比較本實(shí)驗(yàn)TOFD檢測(cè)時(shí)一些基本參數(shù)如表4.1所示，而對(duì)應(yīng)的常規(guī)超聲檢測(cè)儀的數(shù)據(jù)如下所示。表4.1 TOFD檢測(cè)工藝參數(shù)頻率晶片尺寸楔塊角度探頭延時(shí)空間分辨率10MHz6mm705.5us0.31常規(guī)超聲檢測(cè)一些基本參數(shù)及儀器如圖4.1：探頭參數(shù)：2.5P1016k2.5探頭實(shí)測(cè)K值：2.47探頭前沿長(zhǎng)度：12.5mm探頭延時(shí)：7.78 s表面補(bǔ)償： +4dB圖4.1 CTS-1010檢測(cè)儀4.2.1 氣孔類缺陷分析與比較(l)TOFD檢測(cè)結(jié)果分析氣孔是焊縫中常出現(xiàn)的缺陷,是一種體積型缺陷,它可以出現(xiàn)在焊縫的任何部位。單個(gè)氣孔對(duì)焊縫質(zhì)量影響不大,當(dāng)出現(xiàn)密集氣孔時(shí),應(yīng)記錄氣孔個(gè)數(shù),以便評(píng)定缺陷等級(jí),判斷質(zhì)量是否合格。下面是對(duì)某一工件上發(fā)現(xiàn)的氣孔缺陷的檢測(cè)結(jié)果。工件編號(hào)：JMHS-10124工件材質(zhì)：Q235工件厚度：10mm掃查方式：非平行掃查模擬增益：+54dB 數(shù)字增益：1中心間距（PCS）=30mm 查方向：軸：-1氣孔缺陷形狀見圖4.2：圖4.2 TOFD檢測(cè)氣孔圖譜缺陷性質(zhì)：氣孔缺陷尺寸：22mm檢測(cè)結(jié)論：不合格有點(diǎn)像平滑的拋物線狀，沒有明顯上下端點(diǎn)衍射，拋物線頂點(diǎn)色度最濃。（2）常規(guī)超聲檢測(cè)結(jié)果分析在完成TOFD檢測(cè)的同時(shí)，使用常規(guī)超聲波探傷儀對(duì)同一檢測(cè)試塊進(jìn)行平行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果。其檢測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析如下。缺陷顯示見圖4.3圖4.3 超聲檢測(cè)氣孔波形圖缺陷尺寸：23.2mm缺陷所在區(qū)域：區(qū)檢測(cè)結(jié)論：不合格對(duì)比圖4.2和圖4.3顯示的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TOFD方法對(duì)氣孔缺陷的定性非常準(zhǔn)確。一方面，缺陷圖像能夠非常直觀地顯示出來，可以比較容易地判斷缺陷的性質(zhì)；另一方面，缺陷波的上端波和下端波的圖譜能平行顯示出來，如果缺陷是面積型缺陷，則顯示出兩處缺陷，因此就能很直觀觀察出缺陷性質(zhì)。在定量方面，二者的差別更為明顯。常規(guī)超聲波探傷使用的是當(dāng)量的方法，直觀性較差，依賴于探頭質(zhì)量、耦合效果以及操作者的水平，如果對(duì)缺陷的定性不當(dāng)，定量的準(zhǔn)確信就很難說了；TOFD方法在得到缺陷非常直觀的圖譜以后，已經(jīng)可以準(zhǔn)確判斷缺陷的性質(zhì)，可以通過上端波和下端波的位置來計(jì)算缺陷的尺寸，定量精度可以達(dá)到0.1mm，這是常規(guī)超聲波探傷所無法做到的。（3）總結(jié)：TOFD和常規(guī)超聲檢測(cè)在定性方面，都能比較準(zhǔn)確是氣孔型缺陷；而在定位，定量時(shí)，TOFD檢測(cè)就有明顯的優(yōu)勢(shì)，且精確度更高，觀察也很直觀。4.2.2 夾渣類缺陷分析與比較(l)TOFD檢測(cè)結(jié)果分析夾渣也是焊接結(jié)構(gòu)中最常見的缺陷之一，屬于體積型缺陷，危害性不大，在一般等級(jí)的焊縫中可以存在有一定數(shù)量和尺寸的夾渣，但當(dāng)夾渣數(shù)量或體積較大時(shí)，會(huì)嚴(yán)重減少結(jié)構(gòu)的有效截面積，而且在交變載荷作用下，會(huì)比氣孔更容易在邊緣產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，所以對(duì)夾渣類缺陷的檢測(cè)同樣也很重要。下面是對(duì)某一工件上發(fā)現(xiàn)的夾渣缺陷的檢測(cè)結(jié)果。工件編號(hào)：JMHS-10124工件材質(zhì)：Q235工件厚度：10mm掃查方式：非平行掃查模擬增益：+54dB 數(shù)字增益：1中心間距（PCS）=35mm掃查方向：軸：-1夾渣缺陷形狀見圖4.4：圖4.4 TOFD檢測(cè)夾渣圖譜缺陷性質(zhì)：夾渣缺陷尺寸：62mm檢測(cè)結(jié)論：不合格時(shí)斷時(shí)續(xù)連續(xù)的條狀?yuàn)A渣。（2）常規(guī)超聲檢測(cè)結(jié)果分析在完成TOFD檢測(cè)的同時(shí)，使用常規(guī)超聲波探傷儀對(duì)同一檢測(cè)試塊進(jìn)行平行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果。其檢測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析如下。缺陷顯示見圖4.5圖4.5 超聲檢測(cè)夾渣波形圖缺陷尺寸：64mm缺陷所在區(qū)域：區(qū)檢測(cè)結(jié)論：不合格對(duì)比圖4.3和圖4.4數(shù)據(jù)分析，針對(duì)夾渣缺陷的定位，這兩種檢測(cè)手段都是比較準(zhǔn)確的。針對(duì)條狀?yuàn)A渣，常規(guī)超聲波探傷得到的是鋸齒波，移動(dòng)探頭以波峰最高處為其定位依據(jù)，一般也是比較準(zhǔn)確的。使用TOFD方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在一些不平滑的位置發(fā)生比較強(qiáng)的衍射，再結(jié)合缺陷上一些平滑部位的反射波，可以實(shí)現(xiàn)比較準(zhǔn)確的定位。針對(duì)夾渣缺陷的定性，TOFD方法略優(yōu)于常規(guī)超聲波探傷方法，但如果操作不當(dāng)，也可能造成誤判。使用常規(guī)超聲波探傷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，針對(duì)條狀?yuàn)A渣，常規(guī)超聲波探傷得到的是鋸齒波，這種波形非常特別，不會(huì)輕易被誤判成其他類的缺陷。使用TOFD方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，針對(duì)條狀?yuàn)A渣，可能判成條狀缺陷，如裂紋、未焊透等。所以操作必須按照操作規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行，將TOFD圖譜和位相圖相結(jié)合，可以提高缺陷判斷的準(zhǔn)確度。針對(duì)夾渣缺陷的定量，TOFD法相較于常規(guī)超聲檢測(cè)，還是有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。跟分析計(jì)算氣孔類缺陷時(shí)，常規(guī)超聲波探傷只能通過“當(dāng)量”對(duì)缺陷進(jìn)行定量，而TOFD法可以通過圖譜上的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確地計(jì)算缺陷的尺寸，其精度可以達(dá)到0.1mm，定量精度高。（3）總結(jié)：TOFD和常規(guī)超聲檢測(cè)在定性方面，常規(guī)超聲檢測(cè)比較容易確定，而TOFD操作不當(dāng)容易誤判；定性和定量，TOFD更加直觀，能過做到精確度更高。4.2.3 裂紋類缺陷分析與比較(l)TOFD檢測(cè)結(jié)果分析裂紋是焊接缺陷中危害性最大的一種,屬于面積型缺陷。在裂紋存在的位置,承載截面積減少,拉伸強(qiáng)度減弱,更嚴(yán)重的是,裂紋端部形成尖銳缺口,造成應(yīng)力高度集中,很容易導(dǎo)致工件的破壞。下面是對(duì)某一工件上發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷的檢測(cè)結(jié)果。工件編號(hào)：JMHS-10061工件材質(zhì)：Q235工件厚度：20mm掃查方式：非平行掃查模擬增益：+54dB 數(shù)字增益：2中心間距（PCS）=35mm 掃查方向：軸：+1裂紋缺陷形狀見圖4.6：圖4.6 TOFD檢測(cè)裂紋圖譜缺陷性質(zhì)：裂紋缺陷尺寸：15.5mm檢測(cè)結(jié)論：不合格長(zhǎng)度方向平滑過渡，兩端信號(hào)較弱，中間信號(hào)較強(qiáng)，色度明顯較濃。（2）常規(guī)超聲檢測(cè)結(jié)果分析在完成TOFD檢測(cè)的同時(shí)，使用常規(guī)超聲波探傷儀對(duì)同一檢測(cè)試塊進(jìn)行平行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果。其檢測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析如下。缺陷顯示見圖4.7圖4.7 超聲檢測(cè)裂紋波形圖缺陷尺寸：17mm缺陷所在區(qū)域：區(qū)檢測(cè)結(jié)論：不合格對(duì)比圖4.5和圖4.6顯示的檢測(cè)結(jié)果，相較于常規(guī)超聲檢測(cè)，TOFD法在裂紋缺陷的邊緣發(fā)射出的衍射波信號(hào)相對(duì)比較強(qiáng)，而且位置比較集中，而且不止在一個(gè)點(diǎn)可以得到缺陷的顯示回波，在一定范圍內(nèi)前后左右移動(dòng)探頭，都會(huì)有缺陷的回波顯示，這些信號(hào)在圖譜中可以一次直觀顯示出來，有可能最高缺陷回波未必就是缺陷的中間位置，因此常規(guī)超聲波檢測(cè)在對(duì)裂紋缺陷定位時(shí)，明顯不如TOFD檢測(cè)法。TOFD方法對(duì)裂紋缺陷同樣能夠進(jìn)行非常準(zhǔn)確的定性。對(duì)于小尺寸裂紋，“移動(dòng)探頭仍會(huì)有缺陷的回波顯示”這個(gè)判別缺陷性質(zhì)的依據(jù)不行，當(dāng)裂紋的方向與焊縫的方向垂直或者近似垂直時(shí)，常規(guī)超聲波檢測(cè)就很容易造成漏檢。在定量方面，使用常規(guī)超聲波檢測(cè)時(shí)，無論采用半波高度法還是6dB法測(cè)量缺陷的長(zhǎng)度，都很大依賴于操作者的操作水平有，直觀性不行，探頭質(zhì)量、耦合效果也會(huì)很大程度上影響到檢測(cè)的結(jié)果，而且還可能對(duì)缺陷進(jìn)行錯(cuò)誤地定性；TOFD方法在得到缺陷非常直觀的圖譜以后，就可以很準(zhǔn)確判斷缺陷的性質(zhì)，通過波形圖中調(diào)整上、下端波的位置來確定缺陷的橫向尺寸，精度定量。從圖譜中，可根據(jù)左側(cè)的標(biāo)尺準(zhǔn)確地讀出缺陷的縱向尺寸，定量精度可以達(dá)到0.5mm。檢測(cè)裂紋類缺陷時(shí)，TOFD方法仍然存在著局限性。從圖譜上看，只能顯示缺陷的二維圖像，而實(shí)際的缺陷都是三維圖像：面積型缺陷的傾斜角度也應(yīng)該了解，可這種檢測(cè)手段目前仍然無法實(shí)現(xiàn)這些信息地讀取。對(duì)于位于焊縫根部的裂紋，由于存在盲區(qū)，有可能會(huì)造成漏檢。（3）總結(jié)：在定性時(shí)，TOFD較常規(guī)檢測(cè)有明顯優(yōu)勢(shì)，常規(guī)檢測(cè)容易造成漏檢；在定性定量方面，TOFD的精確度要優(yōu)于常規(guī)檢測(cè)；但是TOFD檢測(cè)也存在無法確定缺陷體積狀態(tài)。4.2.4 未焊透類缺陷分析與比較(l)TOFD檢測(cè)結(jié)果分析未焊透可分為雙面焊未焊透和單面焊未焊透，未焊透是一種比較危險(xiǎn)的缺陷,其危害性取決于缺陷的形狀、深度和長(zhǎng)度。雙面焊和加墊板單面焊中不允許存在未焊透，不加墊板的單面焊允許未焊透存在，但最高只能評(píng)III級(jí)，其允許長(zhǎng)度按條狀?yuàn)A渣III級(jí)的有關(guān)規(guī)定。下面是對(duì)某一工件上發(fā)現(xiàn)的未焊透缺陷的檢測(cè)結(jié)果。工件編號(hào)：JMHS-11155工件材質(zhì)：Q235工件厚度：26mm掃查方式：非平行掃查模擬增益：+54dB 數(shù)字增益：5中心間距（PCS）=45mm 掃查方向：軸：+1未焊透缺陷形狀見圖4.8：圖4.8 TOFD檢測(cè)未焊透圖譜缺陷性質(zhì)：未焊透缺陷尺寸：31mm檢測(cè)結(jié)論：不合格上下端點(diǎn)比較平滑，且上下端點(diǎn)形成的圖像基本是平行的。（2）常規(guī)超聲檢測(cè)結(jié)果分析在完成TOFD檢測(cè)的同時(shí)，使用常規(guī)超聲波探傷儀對(duì)同一檢測(cè)試塊進(jìn)行平行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果。其檢測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析如下。缺陷顯示見圖4.9圖4.9 超聲檢測(cè)未焊透波形圖缺陷尺寸：26mm缺陷所在區(qū)域：區(qū)檢測(cè)結(jié)論：不合格對(duì)比圖4.8和圖4.9數(shù)據(jù)分析，針對(duì)未焊透缺陷的定位，這兩種檢測(cè)手段都是比較準(zhǔn)確的。由于探測(cè)未焊透缺陷，反射波也好，衍射波也好，其信號(hào)都比較強(qiáng)，況且雜波少，定位比較準(zhǔn)確。針對(duì)未焊透缺陷的定性，這兩種檢測(cè)手段也都比較準(zhǔn)確，對(duì)于常規(guī)超聲檢測(cè)，左右移動(dòng)探頭能夠發(fā)現(xiàn)波峰波動(dòng)不大，而且距焊縫基本保持不變，從而可以比較容易定性缺陷；而TOFD檢測(cè)圖譜分析，也能夠發(fā)現(xiàn)明顯的變化，非常的直觀，從而對(duì)人的依賴性大大降低。針對(duì)未焊透缺陷的定量，對(duì)于常規(guī)超聲檢測(cè)來說，對(duì)于