关于TOFD检测技术的适用性分析

摘 要：TOFD检测技术（衍射时差法超声检测）是当前无损检测领域的前沿技术之一，以其成像直观、图像易于长期保存、缺陷自身高度与深度测量精准、安全无辐射等优点，在承压类特种设备的检测中已得到广泛应用。本文介绍了TOFD检测技术的基本原理、优缺点与实际应用中的适用性。

关键词：无损检测;TOFD检测技术;焊接接头

0 引言

随着我国经济的蓬勃发展，特种设备的使用量逐年增长。无损检测在特种设备的安装、制造、改造和维修中具有举足轻重的作用，而TOFD检测技术（衍射时差法超声检测）作为无损检测技术的前沿技术，较传统无损检测技术有其独有的优越性，但其局限性与不足也应在实际操作中加以考虑。

1 TOFD检测技术基本原理

TOFD检测技术利用惠更斯原理，将一对频率、角度和尺寸相同的纵波斜探头按照一定的距离，即探头中心间距（PCS），以对称、非对称或斜向的方式放置于焊接接头两侧。若焊接接头中无缺陷，那么通过接受探头仅会接受到从发射探头沿工件以最短路径到达接收探头的直通波，与从发射探头经底面反射到接收探头的底面发射波。若焊接接头中有缺陷，那么接收探头将会额外接收到缺陷上下两个端点产生的衍射波。由于超声波在异质界面处会产生波形转换，如纵波转换为横波，两种波在同种介质中波速不同，这就造成了接收探头接收两种波存在时间差，即衍射时差法超声检测技术的由来。

2 TOFD检测技术优缺点

TOFD检测技术在多方面具有优越性。

第一，对定位缺陷有非常高的精度，尤其是对于缺陷深度与缺陷自身高度，这两个缺陷的参数对于评估缺陷对于安全性的影响来说有特别重大的意义。

第二，借助软件分析与保存相关数据与图片，对比传统无损检测来说更为直观，且可以做到长期保存。

第三，由于依靠的是衍射信号，不依赖于波幅高低，因此TOFD检测技术有较高的缺陷检出率。但TOFD检测技术依然有其局限性与不足。TOFD检测技术存在上下两个表面的盲區，下表面盲区，可以通过偏置非平行扫查来解决，但上表面盲区需要依靠其他手段辅助检测，如磁粉检测或渗透检测搭配常规超声检测的方式解决。

3 TOFD检测技术适用性分析

TOFD检测技术虽然是目前较为先进的无损检测技术，但使用该技术门槛较高，须在各方面要素均满足的条件下才能实施，具体要求如下：

第一，检测仪器和探头须校准，应确保设备的水平线性、垂直线性、组合频率、灵敏度余量和仪器的衰减器精度等组合性能满足检测标准的相关规定。

第二，应配备满足检测要求的对比试块、扫查面盲区高度测定试块、声速扩散角测定试块。在某些检测标准中规定，检测等级较高时，还应配备符合要求的模拟试块。

第三，对扫查面打磨要求高。在某些检测标准中要求打磨应清除焊接飞溅、铁屑等杂质，表面应平整，表面粗糙度应不低于12.5微米。但在实际工作中，表面粗糙度应不低于12.5微米的要求是不能满足现场的检测要求的。要达到良好的耦合效果，表面粗糙度应达到6.3微米或3.2微米。扫查面打磨不好，不但间接影响工作效率，甚至直接影响TOFD检测图像的质量，或者完全无法得到TOFD检测图像。

第四，实施TOFD检测人力成本高。鉴于目前在实际工作中扫查面打磨难度较大、打磨质量较差的现实，实施TOFD检测需要四人同时完成。即第一人须按压探头，保证探头与母材表面贴合良好;第二人须扶持编码器，保证编码器滚轮不能出现打滑、空转等现象;第三人须对探头移动区域施加耦合剂（一般为水），保证探头与母材表面耦合良好;第四人须做好记录工作并操作仪器，观察图像质量，协调其他三人保证TOFD检测图像的连续与完整，符合相关检测标准的规定。

第五，实施TOFD检测的效率不高。由于扫查面打磨质量较差，表面耦合不良，实施检查时须多次反复操作才能得到合格的TOFD检测图像。且实际检测过程中，对检测空间要求较高。如某些狭小空间无法容纳扫查器或操作扫查器的三人，造成检测效率低下，甚至无法检测。

第六，TOFD检测无法对缺陷定性。TOFD检测技术比较有把握区分上表面开口缺陷、下表面开口缺陷和埋藏性缺陷，但难以对缺陷的性质进行准确地判断。对于需要确定缺陷性质的特种设备定期检验，须补充使用其他无损探伤方法，如射线探伤等无损检测手段来确定缺陷的性质。

4 结束语

综上所述，在校准了设备、补充了相关试块、配备了合适的人员后，可以对表面打磨情况良好、检验时间充裕的承压类特种设备进行TOFD检测。随着时间的推移，TOFD检测技术会得到更多的无损检测工作者的重视，使用TOFD检测技术的企业机构及其人员会越来越多，可以肯定TOFD检测技术在不久的将来会得到越来越广泛的应用和更加深入的推广。

参考文献：

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作者简介：

陈立鞍（1985- ），男，辽宁鞍山人，本科学历，工程师，研究方向：特种设备安全。