超聲波衍射時差法（TOFD）檢測中參數(shù)設定的研究

摘 要 在TOFD檢測過程中，相關參數(shù)的設置非常為重要，關系到采集圖譜質(zhì)量的好壞。下面，就結(jié)合現(xiàn)場情況，把TOFD檢測實踐中的一些見解歸納分析一下，主要以ISONIC系列儀器進行研究。

關鍵詞 TOFD檢測；ISONIC；參數(shù)設定；研究

中圖分類號 TN914 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0198-01

1 TOFD檢測中的參數(shù)設置的重要性

TOFD檢測掃描前主要注意的參數(shù)有：探頭真實頻率，脈沖寬度，重復頻率，阻抗，感抗，濾波頻率，信號平均值，時間窗口，增益等參數(shù)。

脈沖寬度是非常重要的，它有助于優(yōu)化接受信號的形狀。改變脈沖寬度可以導致不同周期部分減弱或加強。如果想使兩個超聲脈沖組成單一頻率的信號，則應將脈沖寬度設置為所用探頭頻率周期的一半（例：5 MHz時使用100 ns）；為了使信號持續(xù)最低周期數(shù)，應將脈沖寬度設置為所用探頭頻率的一個周期（例：5 MHz時使用200 ns）。其中探頭頻率必須是探頭實際頻率，而不是探頭的標稱頻率。在實際工作中必須通過試驗來獲得最優(yōu)脈沖寬度。

如果使用手動采集數(shù)據(jù)，則需要注意脈沖重復頻率PRF與探頭移動速度必須相匹配，由于手動掃查時計算機不能判斷和控制探頭移動，只能由操作者正確選擇PRF來保證能正常采集A掃數(shù)據(jù)。若采用編碼器或者電機驅(qū)動，則PRF相對不重要，因計算機可以計算出探頭位置，在規(guī)定的A掃采樣率間隔采集數(shù)據(jù)。若PRF設置不當時將采集到空白A掃。

阻抗Tuning項匹配是指負載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。

感抗damping項的單位是歐。知道了交流電的頻率f（Hz）和線圈的電感L（H），就可以把感抗計算出來。在實際調(diào)節(jié)射頻波波幅時，需要不斷地改變感抗值來選擇最優(yōu)波幅，使圖譜效果達到最佳。

在選擇高低通濾波器頻率時，推薦濾波器帶通寬度的最小范圍是0.5到2倍的探頭中心頻率。選擇信號平均值至最低要求，以獲得一個合理的信噪比，設置時間窗口覆蓋A掃的有用部分，以便數(shù)字化。分區(qū)的A掃數(shù)據(jù)窗口在深度方向上應該覆蓋相鄰檢測分區(qū)。時間窗口一般根據(jù)直通波或底面反射波設置，如果沒有直通波或者底面波，就必須通過計算設置時間窗，并在試塊上校核。在工件小于50 mm且單通道檢測時，時間窗口的起始位置應設置為直通波到達探頭前0.5 μs以上，時間窗口的終止位置應設置為工件底面的一次波形轉(zhuǎn)換波后的0.5 μs以上。在厚度方向分區(qū)檢測時，上區(qū)的時間窗口起始位置應設置為直通波到達探頭前0.5 μs以上，下區(qū)的A掃信號時間終止位置應設置為工件底面反射波后的0.5 μs以上；各分區(qū)的時間窗口應至少覆蓋相鄰檢測分區(qū)在厚度方向上高度的25%。可利用檢測設備提供的深度參數(shù)輸入，但應采用對比試塊校驗時間窗口在厚度方向上的覆蓋性[3]。

靈敏度的設置三種方法：第一種可直接在被檢工件上進行靈敏度設置，一般將直通波信號設置為滿屏高度的40%～80%；第二種若直通波信號不適合時，可將底面反射波幅設定為屏高的80%，再提高20 dB～32 dB；第三種若直通波和底波均不適合時，可將材料的晶粒噪聲設置為滿屏高度的5%～10%作為靈敏度。在被檢工件厚度小于50 mm時，可直接采用第一種方法來調(diào)節(jié)。所有靈敏度設置后應該在參考試塊上驗證或校準所設置的靈敏度。個人認為以上所有直通波波幅的高度以最高波幅為準，而不是最低波峰或波谷。因為在實際檢測中，直通波一個半周期內(nèi)的波谷或波峰波幅高度差有時會差一半，若以低波幅為標準時，在做厚板時晶粒噪聲會大于10%，圖譜效果很差影響評定。有條件時最好采用對比試塊進行驗證。

2 TOFD檢測中的綜合判定

TOFD檢測中的定性定量分析是關鍵，NB/T47013.10-2010《承壓設備無損檢測 第10部分 衍射時差法超聲檢測》中所提到的相關顯示分類如下所示：

很明顯在TOFD檢測中沒有像常規(guī)檢測需要注意有無裂紋等危害性缺陷的規(guī)定。對缺陷的準確定性，需要檢測人員的檢測經(jīng)驗，條件允許時可結(jié)合常規(guī)超聲進行檢測，來確定其危害性。

缺陷的定位，尤其是對缺陷在焊縫中心線左右側(cè)位置的定位，TOFD檢測中比較繁瑣，非平行掃查找到缺陷后，再采用平行掃查來確定缺陷偏離中心線的具體位置。若焊縫寬度很大時，此法將無法正常進行。建議采用常規(guī)超聲進行定位，會提高工作

效率。

3 TOFD檢測中的誤區(qū)

TOFD檢測會將某些缺陷夸大，尤其是氣孔類缺陷，如果多個尺寸較小的氣孔間隔不足夠大，則這些氣孔在TOFD圖譜上顯示較為嚴重，但實際上可不作處理，檢測人員在評判時必須謹慎，如下圖所示。有條件時可采取與常規(guī)超聲結(jié)合來判定，這將有助于提高檢出率和準確度。

參考文獻

[1]何莎，袁宗明，喻建勝，鞏艷，劉從箐.超聲衍射時差法檢測技術研究[J].中國測試，2009，03.

[2]剛鐵，徐艷，遲大釗，呂品.鋁合金焊縫超聲TOFD檢測的信號特征[J].焊接學報，2005，8.

[3]陳建玉，袁榕.熱壁加氫反應器深厚焊縫的TOFD檢測技術[J].壓力容器，2004，08.