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TOFD衍射时差法超声检测技术张平ppt整理
TOFD中文名称 Time of Flight Diffraction Technique的中文翻译为——衍射时差法超声检测技术 GB/T 12604.1—2005(等同ISO 5577:2000)翻译为——衍射声时 物理学术语翻译为——衍射渡越时间 TOFD发展历程 TOFD技术发现(20世纪70年代)——摸索、完善、装备研发 开始应用(20世纪90年代) 大规模应用(21世纪初) TOFD技术得以推广应用的先决条件 TOFD技术得以推广应用的关键主要是: 数字技术:是计算机技术、多媒体技术、智能技术和信息技术的基础。 计算机技术:快速处理大量数据 压电复合材料:可用于相控阵探头、TOFD探头和高性能常规脉冲超声探头 采用数字化记录超声波检测数据的优点 1、能够实现海量数据的长期保存; 2、便于采取各种信号处理操作,例如多样的可视化显示、信号增强、平均、叠加等; 3、取用、再分析、通讯传输方便; 4、精度高,抗干扰性强。 模拟信号的局限性,容易失真,精度低,抗干扰能力差,远距离传输和大规模存储困难,无法进行复杂的分析处理 等 压电复合材料制作的探头有以下优点 (1)横向振动很弱,串扰声压小; (2)机械品质因数Q值低; (3)带宽大(80%~100%); (4)机电耦合系数值大; (5)灵敏度高,信噪比优于普通PZT探头; (6)在较大温度范围内特性稳定; (7)可加工形状复杂的探头,仅需简易的切块和充填技术; (8)声速、声阻抗、相对绝缘常数及机电系数易于改变(因这些参数相关于陶瓷材料的体积率); (9)易与声阻抗不同的材料匹配(从水到钢); (10)可通过陶瓷体积率的变化,调节超声波灵敏度。 合格的TOFD成像 缺陷检出率 手工UT:50~70%; RT:70~80%; TOFD:70~90%; 机械扫查UT+TOFD:80~95%。 折射角度与衍射波幅度的关系 折射角度与衍射波幅度的关系 裂纹上尖端信号从0-65°单调增大,从65 ° ~85°单调降低。波幅最大时的折射角为65 ° 。 裂纹下尖端的信号波幅曲线在20 °和65 °时出现两个峰值,在38 °时,裂纹下尖端的信号波幅下降到最低。 在45 °~80 °区间,裂纹下尖端的信号波幅略大于上尖端的信号波幅。 在45 ° ~80 °之间波幅的变化小于6dB。 纵波探头声场特点 1、纵波与横波同时存在。由于TOFD技术采用纵波检测,探头折射角小于第一临界角。这样在探头声场中,同时存在纵波与横波。 2、大扩散角和宽波束。探头纵波具有很宽的波束。通过计算可以求出,该探头在钢中声压下降12dB的波束上边界角为90°,下边界角为45.7°。 3、从图11中可以看出,横波声场的强度比纵波大的多。 TOFD检测为什么使用纵波而不用横波探头 纵波传播速度快,几乎是横波的两倍,最先到达接收探头,容易识别缺陷,以纵波波速计算缺陷深度,不会与横波信号混淆。 60°5MHz 6mm波束模拟 晶片尺寸与频率对探头性能的影响 小晶片,扩散角大,覆盖范围大。 频率高,扩散角小,覆盖范围小。 另一方面,频率高,周期短,容易满足直通波与底波信号时间差至少20个周期的要求,这可使直通波与底波回波在10%以上的波幅不超过两个周期,减小盲区,提高时间分辨率。 综合考虑晶片尺寸与探头频率,根据标准规定选择。 一般使用的TOFD探头中心频率为1~15MHz,晶片尺寸为 3~20mm。 常用的探头角度为:45 ° 、60 ° 、70 ° TOFD的典型设置 TOFD检测的典型信号 相位变化 直通波(LW)和底面反射波(BW)的相位是相反的。 每一个显示的上、下端点衍射波相位是相反的。 缺陷的下端点与直通波的相位是相同的。 缺陷的上端点与底面反射波的相位是相同的。 确定探头间距 A扫信号-灰度图 灰度图 一个8位模/数转换的灰度等级数值是256个, 用数字127(纯白色)代表+100%FSH,用数字0(中间灰)代表0%FSH,用数字-128(纯黑色)代表-100%FSH。 典型的TOFD图像 常规扫查方式 非平行扫查或D扫:扫查方向与声束方向垂直。 平行扫查或B扫:扫查方向与声束方向平行。 非平行扫查-D扫 非平行扫查主要用于缺陷定位和长度方向的定量,但是在高度方向上的定量不精确。 典型的D扫视图 D 扫所看到的视图 D扫描用于采集焊缝及两侧母材中的缺陷 D扫描视图不能判断出缺陷在焊缝中的横向位置 平行扫查-B扫 采用平行扫查可以对缺陷深度进行更精确的定量,而且有助于对缺陷宽度和倾斜角度的判断。 平行扫查 当探头相对于缺陷对称时时间最短 。 平行扫查 典型的B扫视图 B扫C扫D扫 近表面盲区 由于近表面缺陷的信号可能隐藏在直通波信号之下,因此相当于直通波信号的深度是盲区。 5
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