超聲波衍射時差法(TOFD)是采用一發(fā)一收探頭，利用缺陷端點(diǎn)的衍射波信號探測缺陷和測定缺陷尺寸的一種超聲檢測技術(shù)，其對垂直于探測面缺陷的尺寸測量具有獨(dú)特的優(yōu)勢，在結(jié)構(gòu)焊縫檢測上的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。隨著國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.10-2010《承壓設(shè)備無損檢測 第10部分：衍射時差法超聲檢測》的頒布，TOFD檢測技術(shù)在國內(nèi)得到迅速推廣。
TOFD檢測不是一個基于幅度響應(yīng)的超聲檢測技術(shù)，但需要足夠的靈敏度以使待檢測的缺陷能夠被識別。TOFD檢測的一個弱點(diǎn)是檢測面和底面附近存在盲區(qū)，為了確保聲束覆蓋檢測區(qū)域，必須在確定檢測工藝時考慮這一因素。探頭選擇和探頭配置很大程度上決定著TOFD檢測技術(shù)的整體精度、信噪比和覆蓋區(qū)域。進(jìn)行儀器設(shè)置是為了確保足夠的系統(tǒng)增益和信噪比，以便發(fā)現(xiàn)所關(guān)注的衍射信號，確保分辨力可接受、聲束能夠覆蓋所關(guān)注的區(qū)域以及系統(tǒng)動態(tài)范圍的有效使用。TOFD檢測過程和現(xiàn)場評審中有以下幾點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注：
一、檢測區(qū)域覆蓋
根據(jù)任務(wù)要求的檢測區(qū)域和檢測級別，首先通過選擇探頭角度、測定探頭前沿及聲束擴(kuò)散角來確定探頭組合和間距，并根據(jù)厚度決定是否需要分區(qū)檢測。然后進(jìn)行上下面盲區(qū)的確認(rèn)，以決定是否需要補(bǔ)充超聲橫波檢測，或偏置非平行掃查。
二、數(shù)據(jù)采樣間距
進(jìn)行TOFD掃查時，沿掃查方向的數(shù)據(jù)采樣間距在各標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。
三、儀器設(shè)置和驗證
1．靈敏度:
TOFD檢測不是基于幅度對缺陷進(jìn)行當(dāng)量評定的檢測技術(shù)，TOFD檢測靈敏度的設(shè)置方式也與常規(guī)超聲不同，不是以人工缺陷的幅度作為基準(zhǔn)。靈敏度的設(shè)置只是為了保證信號幅度在一定范圍內(nèi)，并具有較高的信噪比。通常要求直通波高度為滿刻度的40%~90%，或在底波80%的基礎(chǔ)上再增益20~32dB，或噪聲在滿刻度的5%~10%。有時標(biāo)準(zhǔn)會要求在試塊上驗證探頭指定區(qū)域缺陷的檢出性。
2．深度校準(zhǔn):
TOFD檢測中，探頭接收的信號到達(dá)時間與反射體的深度并不是線性關(guān)系，反射體的深度是在假定信號位于兩探頭中心的正下方的情況下，依據(jù)已知的聲速和信號與直通波的時間差由軟件自動計算得到的。因此，如同常規(guī)超聲進(jìn)行聲速校正，TOFD檢測也需利用試塊中的人工孔校正儀器給出的深度值。
四、結(jié)果的解釋與評價
1．TOFD檢測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為以兩探頭間聲傳播時間為縱軸，探頭沿平行于焊縫軸線移動距離為橫軸，以接收信號幅度為像素灰度的二維圖像。檢測人員依據(jù)圖像發(fā)現(xiàn)缺陷并測量缺陷的長度、深度和高度。因此圖像的質(zhì)量是缺陷評價正確性的前提，在評定缺陷之前，首先要對圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性評價，判斷是否存在耦合不良、數(shù)據(jù)采集、靈敏度設(shè)置、時基設(shè)置等因素導(dǎo)致的偏差。需要技術(shù)熟練和有經(jīng)驗的檢測人員對圖像質(zhì)量進(jìn)行評估，確定是否需要重新掃查。在評估之后，識別相關(guān)顯示，對相關(guān)不連續(xù)進(jìn)行分類，確定不連續(xù)的位置、長度和高度。
2．由于TOFD檢測通常使用的非平行掃查是固定兩個探頭間距離并將其對稱于焊縫中心線布置的，但缺陷不一定出現(xiàn)在焊縫中心線處，可能導(dǎo)致缺陷定位存在誤差，因此，需通過改變頻率掃查、減小探頭角度掃查、改變探頭間距掃查、增加偏置非平行掃查等方式對發(fā)現(xiàn)的不連續(xù)顯示進(jìn)行詳細(xì)分析。
五、測量不確定度
1．標(biāo)準(zhǔn)CNAS-CL01:2018《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》的7.8.3.1節(jié)規(guī)定，在測量不確定度與檢測結(jié)果的有效性或應(yīng)用相關(guān)時、客戶有要求時、測量不確定度影響與規(guī)范限的符合性時，需在報告中給出測量不確定度。
2．CNAS-CL01-G003:2018《測量不確定度的要求》的7.1節(jié)規(guī)定，檢測實驗室應(yīng)分析測量不確定度對檢測結(jié)果的貢獻(xiàn)，應(yīng)評定每一項用數(shù)值表示的測量結(jié)果的測量不確定度。且注2中規(guī)定，對一特定方法，如果已確定并驗證了結(jié)果的測量不確定度，實驗室只要能證明已識別的關(guān)鍵影響因素受控，則不需要評定每個結(jié)果的測量不確定度。
3．常規(guī)超聲檢測會將測得的缺陷幅度或當(dāng)量尺寸、缺陷長度等作為合格評定依據(jù)，但由于超聲檢測不確定因素較多，人為操作的不確定度可能占據(jù)主要因素，且受到被檢缺陷自身形狀和性質(zhì)等未知因素的影響，這些因素導(dǎo)致的測得的缺陷尺寸與實際尺寸之間的差異較大，往往大過可評估的測量不確定度。因此，超聲檢測報告通常并不要求指出測量不確定度。TOFD檢測的主要目的是確定缺陷的自身高度和長度，在可以獲得缺陷端部衍射信號的情況下，TOFD檢測可較穩(wěn)定地測得缺陷高度和長度，但仍受到缺陷自身形狀和取向的不確定性的影響。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23902-2009 給出了由橫向位置誤差、定時誤差、聲速誤差、探頭間距誤差引起缺陷深度測量誤差的計算公式，可以作為評估測量不確定度的參考。建議實驗室建立TOFD檢測測量不確定度的評估程序并進(jìn)行初始評估，在客戶要求時，可給出測量不確定度評估結(jié)果，并聲明不確定因素。
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