GB／T 23902-2021  無損檢測 超聲檢測 超聲衍射聲時技術(shù)檢測和評價方法

從事TOFD檢測的人員應至少符

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對不連續(xù)進行基本和高級分 的附加要求見第8章的相關規(guī)定

行掃查（左圖是探頭移動的典型方向玻璃鋼管標準，右圖是相應

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用于TOFD技術(shù)的超聲探頭應至少符合如下要求。 探頭數(shù)量：2（發(fā)射探頭和接收探頭）。 類型：任意合適的探頭（見7.2）。 波型模式：通常用縱波；橫波探頭的使用比較復雜，但特殊情況下也可商定使用。 兩個探頭應具有相同的中心頻率，公差不超過土20%；探頭頻率的選擇見7.2的規(guī)定 側(cè)向波與底面回波的脈沖長度不應超過兩個周期，以峰值的10%測量。 脈沖重復頻率應保證連續(xù)發(fā)射脈沖的聲信號間無干擾產(chǎn)生。

應使用掃查裝置，使得兩探頭人射點間距離保持不變和平行排列。 掃查裝置的另一個功能是為超聲設備提供探頭位置信息，以生成與位置有關的B掃描顯示。探頭 位置信息可通過例如增量型磁或光學編碼器、電位計獲得。 TOFD應用中的掃查裝置可電機或手動驅(qū)動，掃查裝置應具有一個合適的導向裝置（鋼鼓、鋼帶、 自動跟蹤系統(tǒng)、導向輪等）。 參考線（例如焊縫的中心線）中心的導向精度宜保持在探頭間距（探頭中心間距PCS）土10%的公 差范圍內(nèi)

7.2探頭選擇與探頭間隔

本條款規(guī)定了TOFD技術(shù)中典型探頭配置，以便對薄和厚工件都能很好的檢測。注意：這些配置 不是強制的，為滿足某一規(guī)范而提出的具體要求宜給予檢查確認。 對于不大于70mm厚的鋼，可使用一對探頭。推薦的探頭選擇表1顯示的三種不同的參數(shù)以實現(xiàn) 足夠的分辨力和足夠的覆蓋范圍和壁厚范圍

表1對于不大于70mm厚的鋼.推薦選擇的探頭參數(shù)

對于厚度大于70mm的鋼，壁厚應被分為若干檢查區(qū)，每個區(qū)覆蓋一個不同的深度區(qū)域，表2列出 了推薦的中心頻率，晶片大小和標稱探頭角度，以達到對70mm300mm厚的材料檢測所需足夠分辨 力和覆蓋區(qū)域。這些分區(qū)的檢查可同時或單獨進行。

大于70mm，且小于300mm厚的鋼，推薦選擇的

當夾角約為120°時，衍射效率最高。探頭放置的位置宜滿足能夠使（想象中的)聲束中心線在不 可能出現(xiàn)的深度區(qū)內(nèi)以大約這個角度相交 偏離這個角度大于一35°或十45°，可能導致衍射回波變?nèi)?除非能證明其檢測能力否則不宜使用

應設置探頭間隔和時窗以便后序檢測。 設置靈敏度的目的是為了確保不連續(xù)信號幅度在數(shù)字轉(zhuǎn)換器的范圍內(nèi)，并且確保限制噪聲是聲學 噪聲而不是電噪聲。 設備設置（包括電噪聲抑制和系統(tǒng)增益）調(diào)節(jié)到：側(cè)向波到達之前的電噪聲，比在側(cè)向波到達之 后的時基線區(qū)域內(nèi)的電噪聲，在幅度上至少低6dB。側(cè)向波之后的電噪聲宜被設置在幅度范圍的 5%左右。 現(xiàn)在可使用典型不連續(xù)或附錄A中的衍射人工不連續(xù)，來檢查靈敏度設置。得到的結(jié)果可證明降 低增益設置是否正確或給出信噪比不足的警告

掃查速度的選擇應與7.3、7.4和7.5的要求一致

8.1不連續(xù)的基本分析

報告和驗收準則應在檢測前由合同各方達成一致，并寫入規(guī)范。 用TOFD檢測出的不連續(xù)應至少給出如下特征： 不連續(xù)的位置（工、y坐標）； 不連續(xù)的長度（△）； 不連續(xù)的深度（）和高度（△）； 不連續(xù)的類型，限于“上表面開口”

8.1.2不連續(xù)的特征

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為了描述不連續(xù)的特征，不連續(xù)端點衍射的相位應按如下進行判定： 與側(cè)向波有相同相位的信號應認為是由不連續(xù)的下端所產(chǎn)生的； 與底面回波有相同相位的信號應認為是由不連續(xù)的上端或由不可測量高度的不連續(xù)所產(chǎn) 生的。 如果信噪比不足，難以檢測出信號的相位，則這些識別無效。

8.1.2.2上表面開口不

有下端衍射、側(cè)向波中斷或弱化（檢 的指示，應認為是上表面并口不連續(xù)， 有時能觀察到側(cè)向波向傳播時間延長力 方向的輕微移動

8.1.2.3下表面開口不送

有上端衍射且底面回波向傳播時間延長方向移動或者底面回波中斷（檢查耦合損失）的指示，應認 為是下表面開口不連續(xù)

8.1.2.4內(nèi)部不連續(xù)

既有上端衍射又有下端衍射的指示，應認為是內(nèi)部不連續(xù)。 無側(cè)向波或底面回波指示，只有明顯上端衍射的指示應被認為是無高度的不連續(xù)。但是注意，可能 因為側(cè)向波或底面回波的指示非常弱，而導致不連續(xù)被錯誤地解釋。如果不確定，應采取適當措施，進 行多次TOFD掃查（見8.2.1）或使用其他技術(shù)。 如果要求進一步的特征描述，應符合8.2的相關規(guī)定。 如果對不連續(xù)的解釋存有疑問，應保留對其最嚴重可能性的解釋，直到解釋被驗證

8.1.3不連續(xù)位置的評

通常，如果假設不連續(xù)位于兩個探頭中間的3、之平面和穿過兩個探頭中心線的鄉(xiāng)、之平面的交點 處，這樣得到的不連續(xù)位置是足夠準確的， 不連續(xù)指示的傳播時間，也可用來評定它的位置。理論上，相同傳播時間的面是一個以超聲探頭入 射點為焦點的橢圓面。只有通過至少兩次掃查才能精確確定衍射體位置（見8.2.1）。 車 MNKOO

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如果要求更加精確地評定不連續(xù)的位置和（或）方向，應進行多次TOFD掃查［非平行和（或）平 行1。

8.1.4不連續(xù)長度的評定

評定一個不連續(xù)的長度，應通過移動探頭進行一次非平行掃查直接獲得。和所有超聲波技術(shù)一樣， 由于超聲聲束寬度有限，記錄可能被延長，導致保守評定不連續(xù)長度。 不連續(xù)表征長度小于探頭晶片大小1.5倍的指示，會因為太小而無法用常規(guī)TOFD程序來定量其 長度，但可通過附加算法來確定其不連續(xù)長度（見8.2.3）

8.1.5不連續(xù)深度和高度的評定

假設超聲波能量在探頭的人射點進入和離開試件，不連續(xù)位于兩個探頭的中間位置上（見8.1. 連續(xù)深度就可通過式（1）得出：

式中： d一一不連續(xù)頂端距表面的深度； 聲速； t一一從發(fā)射到接收的傳播時間； S一一兩探頭人射點間距離的一半。 在計算深度前，應減去超聲信號在超聲探頭內(nèi)的傳播時間。否則，將導致計算出的深度出現(xiàn)嚴重 誤差。 為了避免由于探頭延遲的評定而引起的誤差，如有可能，應由側(cè)向波與衍射波傳播時間差△t來計 算深度d.見式（2）

3.1.5.1上表面開口不連續(xù)

8.1.5.2下表面開口不連續(xù)

8.1.5.3內(nèi)部不連續(xù)

不連續(xù)的高度是由上端衍射和下端衍射的深度

8.2不連續(xù)的詳細分析

d =1/2 [(c△t)* + 4c△tS71/2

可進行。詳細分析也包括應用計算機算法來分析數(shù)據(jù)

8.2.2.1以較低檢測頻率的掃查

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如果信噪比很低以至于不能詳細分析不連續(xù)時，甚至多次平均也不行，可用較低檢測頻率掃查。 這種掃查會增大盲區(qū)和降低分辨力。 應優(yōu)化設備設置參數(shù)（見第6章和第7章）

8.2.2.2以較高檢測頻率的掃查

為了提高分辨力、提高定量精度和減小盲區(qū)，可用較高檢測頻率掃查，這是以增加晶粒噪聲從而 信噪比為代價。應優(yōu)化設備設置參數(shù)（見第6章和第7章）

8.2.2.3減小探頭角度的掃查

為了提高分辨力、提高定量精度和減少盲區(qū)，可減小探頭角度和減小探頭間距掃查，這是以減小 聲穿透體積為代價。應優(yōu)化設備設置參數(shù)（見第6章和第7章）

8.2.2.4不同探頭偏移的掃查

為了獲得不連續(xù)的側(cè)向位置（y方向）和/或不連續(xù)方向，可進行不同探頭間距（偏移）的平行掃查或 非平行掃查。應優(yōu)化設備設置參數(shù)（見第6章和第7章）。 應檢查掃查中觀察到的信號的相位關系與初始掃查一致。 對于某個端點衍射信號（軌跡曲線），相同傳播時間的面是一個橢圓面。如果只考慮穿過兩個探頭 平面.則這個恒定聲程的橢圓.用式3）表達，

[d+(S y)*]1/2 +[d"+(S +y)J1/

由上式可知，衍射體距探頭間中心平面的不同偏移（也就是不同的少值），將導致端點衍射的傳播 時間不同，因此不連續(xù)端點的表觀深度將隨著不同探頭位置的掃查而發(fā)生變化。 不連續(xù)端點的側(cè)向位置（方向）可直接由平行掃查中最小表觀深度位置確定。需要在不同的 坐標上做多次相鄰的平行掃查，以確定不連續(xù)真實最小深度的位置。 一旦不連續(xù)的兩個端點的位置和深度已知，則不連續(xù)方向就可由穿過兩個不連續(xù)端點的軸線來 確定。 原則上，只要透聲區(qū)覆蓋足夠的體積，兩次偏移量不同的非平行掃查足以對不連續(xù)深度、長度和方 向的精確確定。 然而，從兩次非平行掃查中不能直接確定不連續(xù)端點的位置，需要附加的軟件（見8.2.3）繪制軌跡 曲線。 附加的平行掃查也可用于檢測近表面不連續(xù)，近表面不連續(xù)由于接近側(cè)向波或底面回波而很難探 測。每次掃查中不連續(xù)的表觀深度都會發(fā)生變化，而附加的平行掃查能夠區(qū)別出側(cè)向波或底面回波從 而解決這個問題。

計算機算法對于分析TOFD掃查中記錄下的數(shù)據(jù)是很有用。 例如： 曲線擬合疊加圖可用于精確確定不連續(xù)長度（見8.1.4）。 為了發(fā)現(xiàn)不連續(xù)指示可去掉側(cè)向波和（或）底面回波以免于擾造成模糊（見10.2）。如果表面粗

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糙不平，宜試驗驗證該技術(shù)的有效性。 線性算法可將整個B掃描線性化，以精確確定不連續(xù)的深度或高度。 建模算法能夠描繪軌跡曲線和分析波型轉(zhuǎn)換信號，從而進一步識別不連續(xù)位置、深度和方向。 需要對物理原理和建模軟件有深人的了解。 用于數(shù)據(jù)分析的算法條款應在檢測前在合同中達成一致

9復雜幾何形狀的檢測和定量

對于2類產(chǎn)品，如果兩個探頭間的表面是平的或近似為平的，就沒有更多限制。 否則，對于2類和所有3類產(chǎn)品，考慮到產(chǎn)品的曲率，需要改進檢測工藝和解釋方法。 對于4類和5類產(chǎn)品，將使用特殊的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和提供特殊的實施條件。 這些情況下，適合使用計算機算法進行數(shù)據(jù)分析。 為了確定不連續(xù)檢測性能，這些情況下強烈建議使用含有自然不連續(xù)或人工不連續(xù)的典型測試 試件。

TOFD技術(shù)的局限性既適用于基本的TOFD檢測，也適用于TOFD定量。本章規(guī)定了正常情況 下可達到的精度限制，并且探討了盲區(qū)對檢測性能的影響。技術(shù)的整體可靠性是由許多起作用的因素 決定的，整體誤差將不低于本章討論的積累誤差，這一點很重要。 嚴重傾斜或扭曲的不連續(xù)，例如在非平行掃查中的橫向裂紋，很難檢測出來，這種情形建議進行詳 細的試驗驗證。另外，一些不嚴重的不連續(xù)，例如點狀不連續(xù)，看上去像更嚴重的不連續(xù)，例如裂紋。再 次建議在適當時機，對TOFD技術(shù)辨別小裂紋的能力進行試驗驗證。性能驗證可使檢測更加精確或被 他證明文件引用

宜區(qū)別精度和分辨力。精度是確定反射體或衍射體位置能力的程度。分辨力是區(qū)別鄰近衍射體能 力的程度 TOFD測量的精度受定時誤差、聲速誤差、探頭間隔誤差和假設的側(cè)向位置指示誤差影響。通常， 則向位置指示誤差對整體精度起主要作用

10.2.2側(cè)向位置誤差

如8.1.3所述，不連續(xù)指示的側(cè)向位置通常被假設為兩個探頭的中間。事實上不連續(xù)指示將位于 個橢圓上[式（3)，由側(cè)向位置誤差（y）造成的深度誤差（d）可由式（4)計算： d=(ct24S)1/2(8y/ct)/2[(0.25—y/ct)]1/2 原則上，聲束的下邊緣決定側(cè)向位置誤差（y）。如果波束下邊緣無可靠的數(shù)據(jù)可用，應使用 yS。

如8.1.3所述，不連續(xù)指示的側(cè)向位置通常被假設為兩個探頭的中間。事實上不連續(xù)指示將位于 個橢圓上[式（3)，由側(cè)向位置誤差（y）造成的深度誤差（d）可由式（4)計算： d=(ct24S)1/2(8y/ct)/2[(0.25—y/ct)]1/2 原則上，聲束的下邊緣決定側(cè)向位置誤差（y）。如果波束下邊緣無可靠的數(shù)據(jù)可用，應使用 y=S

式中： ad——深度d的誤差。 使用較窄脈沖和（或)較高頻率可降低定時誤差

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d =cot[d2 + S2/2 /2d ++.++.+..+...+..+.+..

od=ocd*+S* S(d*S*)*/cd 該誤差隨著探頭間距的減小而減小。已知壁厚的情況下，可通過測量底面回波的延遲時間來單獨 校準聲速，能大大降低聲速誤差。

10.2.5探頭間距誤差

宜注意探頭間距誤差是由探頭間距離測量誤差和入射點校準誤差引起的。 當探頭間距小于試件厚度的2倍，人射點不再被認為是一個固定的點，而是深度的函數(shù)。在此情 況下，如果需要精確定量，應借助于典型試件進行深度測量校準

10.2.6空間分辨力

空間分辨力（R)是深度的函數(shù)，并且可通過式（8)計算

tp一—最大幅度值的10%對應的聲脈沖長度（時間)； ta一一在深度d的傳播時間。 分辨力隨著深度的增加而增加，并且能通過改變探頭間距或聲脈沖長度而得到提高

由于側(cè)向波的存在，在表面附近造成一個盲區(qū)（D）。在盲區(qū)中，側(cè)向波和不連續(xù)指示之間的互相 干擾造成指示模糊。盲區(qū)深度通過式（9）表達，

Dd=[ct/4+ Sct,]1/

11無數(shù)據(jù)記錄的TOFD檢測

在手動TOFD中，如果直接通過A掃描進行解釋，應使用未檢波的信號。 這種形式TOFD技術(shù)宜只用于簡單幾何形狀的產(chǎn)品等級中，并且設備設置應符合7.2、7.3和7.4 的相關規(guī)定。 通常，無數(shù)據(jù)記錄的TOFD檢測不能像有數(shù)據(jù)記錄那樣進行詳細研究。更難以檢測相位變化、傳

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輸時間的微小變化和靠近側(cè)向波的不連續(xù)回波

TOFD的檢測工藝程序應符合ISO16810的相關規(guī)定， 具體應用條件和TOED技術(shù)的應用.取決于待檢產(chǎn)品的類型和具體要求.應以書面形式加以描述

TOFD檢測報告應符合ISO16810（如適用）的要求。 TOFD檢測報告應至少包含如下內(nèi)容： 試件或參考試塊的描述，若有使用時； 探頭類型、頻率、角度、間距和相對于參考線（如焊縫中心線）的位置； 所繪制圖像（硬拷貝）至少包含檢測到的不連續(xù)指示所在的區(qū)域。設備設置細節(jié)和檢測靈敏度 設置方法。 此外檢測期間所有原始記錄數(shù)據(jù)，儲存在一個磁性或光學存儲介質(zhì)中，例如硬盤、磁帶或光盤，應作 內(nèi)以后的參考

TOFD檢測報告應符合ISO16810（如適用）的要求。 TOFD檢測報告應至少包含如下內(nèi)容： 試件或參考試塊的描述，若有使用時； 探頭類型、頻率、角度、間距和相對于參考線（如焊縫中心線）的位置； 一所繪制圖像（硬拷貝）至少包含檢測到的不連續(xù)指示所在的區(qū)域。設備設置細節(jié)和檢測靈敏度 設置方法。 此外檢測期間所有原始記錄數(shù)據(jù)，儲存在一個磁性或光學存儲介質(zhì)中，例如硬盤、磁帶或光盤，應作 為以后的參考。

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參考試塊是用來正確調(diào)整系統(tǒng)靈敏度和形成足夠的空間覆蓋。 參考試塊的最低要求如下： a）宜使用與被檢工件類似的材料制成（例如聲速、晶粒噪聲和表面條件）； b）壁厚應等于或大于被檢工件的標稱壁厚； c）表面的寬度和長度應足夠探頭在參考衍射體上方的移動。 測量應基于參考衍射體發(fā)出的衍射信號，參考衍射體有如下兩種類型： 參考試塊表面上開口的機加工槽口； 直徑至少是檢測便用探頭標稱頻率2倍波長的橫孔，此孔宜切至表面，以防止橫孔頂端的直接 反射，見圖A.1。 參考衍射體宜在被檢工件標稱厚度的大約10%、25%、50%、75%和90%處，

參考試塊是用來正確調(diào)整系統(tǒng)靈敏度和形成足夠的空間覆蓋。 參考試塊的最低要求如下： a）宜使用與被檢工件類似的材料制成（例如聲速、晶粒噪聲和表面條件）； b）壁厚應等于或大于被檢工件的標稱壁厚； c）表面的寬度和長度應足夠探頭在參考衍射體上方的移動。 測量應基于參考衍射體發(fā)出的衍射信號，參考衍射體有如下兩種類型： 參考試塊表面上開口的機加工槽口； 直徑至少是檢測使用探頭標稱頻率2倍波長的橫孔，此孔宜切至表面，以防止橫孔頂端的直接 反射，見圖A.1。 參考衍射體宜在被檢工件標稱厚度的大約10%、25%、50%、75%和90%處

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燃氣標準規(guī)范范本本文件與GB/T23902一2009相比修改的內(nèi)容

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