超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究

摘?要 在TOFD检测过程中，相关参数的设置非常为重要，关系到采集图谱质量的好坏。下面，就结合现场情况，把TOFD检测实践中的一些见解归纳分析一下，主要以ISONIC系列仪器进行研究。

关键词 TOFD检测；ISONIC；参数设定；研究

中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0198-01

1 TOFD检测中的参数设置的重要性

TOFD检测扫描前主要注意的参数有：探头真实频率，脉冲宽度，重复频率，阻抗，感抗，滤波频率，信号平均值，时间窗口，增益等参数。

脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接受信号的形状。改变脉冲宽度可以导致不同周期部分减弱或加强。如果想使两个超声脉冲组成单一频率的信号，则应将脉冲宽度设置为所用探头频率周期的一半（例：5 MHz时使用100 ns）；为了使信号持续最低周期数，应将脉冲宽度设置为所用探头频率的一个周期（例：5 MHz时使用200 ns）。其中探头频率必须是探头实际频率，而不是探头的标称频率。在实际工作中必须通过试验来获得最优脉冲宽度。

如果使用手动采集数据，则需要注意脉冲重复频率PRF与探头移动速度必须相匹配，由于手动扫查时计算机不能判断和控制探头移动，只能由操作者正确选择PRF来保证能正常采集A扫数据。若采用编码器或者电机驱动，则PRF相对不重要，因计算机可以计算出探头位置，在规定的A扫采样率间隔采集数据。若PRF设置不当时将采集到空白A扫。

阻抗Tuning项匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。

感抗damping项的单位是欧。知道了交流电的频率f（Hz）和线圈的电感L（H），就可以把感抗计算出来。在实际调节射频波波幅时，需要不断地改变感抗值来选择最优波幅，使图谱效果达到最佳。

在选择高低通滤波器频率时，推荐滤波器带通宽度的最小范围是0.5到2倍的探头中心频率。选择信号平均值至最低要求，以获得一个合理的信噪比，设置时间窗口覆盖A扫的有用部分，以便数字化。分区的A扫数据窗口在深度方向上应该覆盖相邻检测分区。时间窗口一般根据直通波或底面反射波设置，如果没有直通波或者底面波，就必须通过计算设置时间窗，并在试块上校核。在工件小于50 mm且单通道检测时，时间窗口的起始位置应设置为直通波到达探头前0.5 μs以上，时间窗口的终止位置应设置为工件底面的一次波形转换波后的0.5 μs以上。在厚度方向分区检测时，上区的时间窗口起始位置应设置为直通波到达探头前0.5 μs以上，下区的A扫信号时间终止位置应设置为工件底面反射波后的0.5 μs以上；各分区的时间窗口应至少覆盖相邻检测分区在厚度方向上高度的25%。可利用检测设备提供的深度参数输入，但应采用对比试块校验时间窗口在厚度方向上的覆盖性[3]。

灵敏度的设置三种方法：第一种可直接在被检工件上进行灵敏度设置，一般将直通波信号设置为满屏高度的40%～80%；第二种若直通波信号不适合时，可将底面反射波幅设定为屏高的80%，再提高20 dB～32 dB；第三种若直通波和底波均不适合时，可将材料的晶粒噪声设置为满屏高度的5%～10%作为灵敏度。在被检工件厚度小于50 mm时，可直接采用第一种方法来调节。所有灵敏度设置后应该在参考试块上验证或校准所设置的灵敏度。个人认为以上所有直通波波幅的高度以最高波幅为准，而不是最低波峰或波谷。因为在实际检测中，直通波一个半周期内的波谷或波峰波幅高度差有时会差一半，若以低波幅为标准时，在做厚板时晶粒噪声会大于10%，图谱效果很差影响评定。有条件时最好采用对比试块进行验证。

2 TOFD检测中的综合判定

TOFD检测中的定性定量分析是关键，NB/T47013.10-2010《承压设备无损检测 第10部分 衍射时差法超声检测》中所提到的相关显示分类如下所示：

很明显在TOFD检测中没有像常规检测需要注意有无裂纹等危害性缺陷的规定。对缺陷的准确定性，需要检测人员的检测经验，条件允许时可结合常规超声进行检测，来确定其危害性。

缺陷的定位，尤其是对缺陷在焊缝中心线左右侧位置的定位，TOFD检测中比较繁琐，非平行扫查找到缺陷后，再采用平行扫查来确定缺陷偏离中心线的具置。若焊缝宽度很大时，此法将无法正常进行。建议采用常规超声进行定位，会提高工作

效率。

3 TOFD检测中的误区

TOFD检测会将某些缺陷夸大，尤其是气孔类缺陷，如果多个尺寸较小的气孔间隔不足够大，则这些气孔在TOFD图谱上显示较为严重，但实际上可不作处理，检测人员在评判时必须谨慎，如下图所示。有条件时可采取与常规超声结合来判定，这将有助于提高检出率和准确度。

参考文献

[1]何莎,袁宗明,喻建胜,巩艳,刘从箐.超声衍射时差法检测技术研究[J].中国测试,2009,03.

[2]刚铁,徐艳,迟大钊,吕品.铝合金焊缝超声TOFD检测的信号特征[J].焊接学报,2005,8.

[3]陈建玉,袁榕.热壁加氢反应器深厚焊缝的TOFD检测技术[J].压力容器,2004,08.