由19个成员国组成的欧洲标准化委员会(CEN)于2000年1月发布了一份有关用超声衍射时差(TOFD)法进行探伤和定量的标准草案DDENV 583-—6:2000。世界上有关TOED法的第一份标准是英国于1993年提出的,即BS 7706:1993。在最近两三年内相继出现的TOFD法规范标准,还有美ASME锅炉压力容器规范案例2235:2000和日NDIS 2423:2001。
近几年来,TOFD法在欧、美、日已广泛用于锅炉、压力容器和压力管道焊缝的缺陷检测和定位、定量、定性评价。此技术还在向检测条件最佳化方向发展。为使国内能在近期将该新技术迅速、高效、可靠地用于金属焊缝超声检测,这里将欧联盟的这份有重大影响的TOFD法标准,就其原理、装置、调试方法、检测程序、缺陷评价(定位、定量、定性)及显示记录等,作一概略性介绍,以供应用时得到借鉴和启发,获事半功倍之效。
1方法原理
1.1物理基础
TOFD(Time of flight diffraction technique)法有赖于超声波与缺陷端部的相互作用。此相互作用的结果,会在较大的角度范围内发射衍射波.检出衍射波就能确定缺陷的存在。所记录的信号的传播时间差就是缺陷高度的量值,从而对缺陷进行定量。缺陷尺寸总是根据衍射信号的传播时间来测量的,信号幅度不用来评估尺寸。
1.2探头布置
TOFD法的基本布置见图1:由一个超声波发射探头和一个接收探头组成。为使缺陷端部能产生可为接收探头收到的衍射波信号,通常要使用指向角度较大的纵波发射探头。这样就可通过一次扫查检测一定体积。但检测和定量仅局限于一次扫查可检测到的体积尺寸。
1.3波形特征
发射声脉冲后到达接收探头上的第一个信号通常就是在试件表面下传播的侧向波(lateral wave)。若无缺陷,到达接收探头的第2个信号就是底面回波。这两个信号通常供参考用。无损检测资源网若忽略波型转换,则材料中由缺陷产生的任何信号,均在侧向波与底波之间到达,因为侧向波和底波分别对应于发射探头与接收探头之问的最短声程和最长声程。同理,缺陷上端产生的衍射信号将在缺陷下端产生的信号之前到达接收探头。缺陷高度可由衍射信号的时间差求得,之所以用AC波形,是为了利用参考波(侧向波和底波)和缺陷波(上端波和下端波)的相位信息,来估判缺陷性质(详见后述)。侧向波和底波的相位相反,缺陷的两个端部衍射波——上端波和下端波相位也相反;或者说,侧向波与缺陷下端波同相位(负相位),而缺陷上端波与底波也同相位(正相位)。
1.4注意事项
如果试件的两个表面均可接近,缺陷是分布在试件的壁厚方向,则从两个表面扫查能提高缺陷总的定量精度,特别是对靠近表面的缺陷。
2被检材料及表面状态和耦合要求
TOFD法使用的信号幅度较低,此方法通常只适用于超声波衰减、散射较小的材料。一般说来,可用子低碳钢和低合金钢的材料和焊缝,但也可用于细晶奥氏体钢和铝材。
对粗晶材料和有严重各向异性的材料,如铸铁、奥氏体焊缝材料和高镍合金,则需作附加验证和附加数据处理。
经合同方商定,可使用含人工或自然缺陷的典型试样,以验证TOFD法对这些缺陷的可检性。但要注意,人工缺陷的衍射特性可能明显不同于实际缺陷。
因为衍射信号可能很弱,由表面状态不良会引起信号质量(包括信号幅度和形状等)下降,对检测可靠性有严重影响。因此被检焊缝两侧探头扫查区的表面粗糙度应允许以所需精度对缺陷进行定量。一般来说,表面越光滑平整,定量结果越精确。
对大多数实际应用来说,表面粗糙度有如下要求;机加工表面为6.3μm,喷砂表面为12.5μm。探头与接触表面之间的间隙应≯0.5 mm。上述表面粗糙度要求通常仅适用于要对缺陷进行定量的表面,一般对缺陷检测无此要求。另外,表面修整方法不得造成会引起明显噪声的表面。
可以使用不同的耦合介质,但其类型应与被检材料匹配。例如:可能含附加剂的水(附加剂包括润湿剂、防冻剂、防腐蚀剂等),浆糊,机油,润滑剂,含水纤维糊剂等。
在检测过程中,耦合介质的特性应保持不变,应适合于所要使用的温度范围。
3人员要求
用TOFD法进行焊缝检测的人员,除需取得相应考核组织颁发的Ⅱ级以上的资格证外,还需通过用TOFD法根据被检产品等级按书面实施细则进行检测的附加培训和考试。
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