TOFD检测质量控制

(西安航天华威化工生物工程有限公司，西安 710100)

1 TOFD在检测中存在的问题

TOFD检测对人员的技术水平要求较高，除了要掌握必备的超声基础理论外，还应掌握数字化信号处理、数字电路及模拟电路、缺陷读图判定等知识，这就给TOFD在工程中的应用带来了一定困难。TOFD检测工作流程如图1所示。

图1 TOFD检测工作流程

1.1 操作指导书的编制

TOFD检测与其他检测方法一样，在检测前，应根据标准、工艺规程以及被检工件的检测要求编制操作指导书。内容包括:检测技术要求、检测设备要求、检测工艺参数的选择、检测程序和扫查次序、检测和数据评定的具体要求等。操作指导书在首次应用前应进行工艺验证。在编制操作指导书时，应充分考虑被检工件的内外表面焊缝宽度，这将直接影响直通波盲区和底面盲区的计算。在实际检测中，工艺编制人员往往会忽略焊缝宽度的影响，未采用偏置非平行扫查，导致由于轴偏离盲区引起的漏检。盲区的补充检测方法有脉冲反射法超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测等。

1.2 仪器设备的调试

仪器设备的调试主要指硬件的选择、设置及调试，包括探头的选择、探头中心间距(PCS)的设定、灵敏度的调节、仪器参数的校准等方面。对于厚度大于50 mm的工件，往往需要分区设定，这也是调试阶段问题比较多的地方。集中反应在时间窗口的设置不准确、楔块延时的测定不准确、深度校准误差大等方面。

1.3 实际工件扫查

实际工件扫查是TOFD检测最为重要的环节。图像的清晰度、规范度、信息量等直接影响缺陷的判定、定位和定量，是真实反映工件品质的前提[1]。工件表面的成型状态、粗糙度、操作人员的扫查手法、耦合剂的使用种类等都会影响图谱的质量。

1.4 读图判定

TOFD在国内应用的时间很短，由于经验欠缺，技术人员对TOFD图谱的解读能力不强。非相关显示带来的误判、缺陷特征信号的识别、辅助检测方法的运用等都是每一个TOFD检测人员迫切需要解决的问题。

2 分析及解决问题

2.1 操作指导书的编制

完整的操作指导书应包含以下信息，如表1所示。

从表1可以看出，TOFD操作指导书包含的信息量较为具体。笔者对近3个月编制的55份操作指导书的调查发现，在内外焊缝宽度测量及初始扫查面盲区方面出现的问题较多。在焊缝宽度方面， 底面轴偏离盲区公式为

人类建造屋顶的历史约有一万年。早在新石器时代，人类居住的树屋、石屋、帐篷、半地穴居等建筑中经常有着外形相似的锥形或坡形屋顶。早期人们发现这样的屋顶很牢固，建造起来相对省力，对有遮风挡雨、保温隔热需求的住户来说，住在有坡屋顶的房子里那是相当舒服！当充满智慧的人类掌握了更高超的建造技术后，他们便开始推敲屋顶的最佳坡度，寻找屋顶和墙体之间的完美比例，还用心地在屋顶上加了装饰……这样一来，坡屋顶的建造越来越科学、合理，甚至有了艺术范儿。

Δh=H{1-[1-X2/(s2+H2) ]1/2}

(1)

式中：H为工件厚度；X为轴偏离值；s为半探头中心间距。

表1 操作指导书具体要求

图2 底面轴偏离盲区的高度示意

底面轴偏离盲区的高度示意如图2所示，其中，X与焊缝的宽度有关，如果焊缝宽度大，底面轴偏离盲区高度就会偏大。实际检测中，如果操作人员将焊缝宽度设定偏小，致使轴偏离盲区高度符合标准要求，从而未作非平行扫查，就会导致漏检。因此，操作指导书中应明确要求焊缝宽度的具体数值，同时应根据现场焊缝的实际宽度进行检测，如有必要，作适当调整。

盲区高度试块TOFD图像如图3所示，当初始扫查面盲区高度大于1 mm时，宜采用脉冲反射法超声检测。

图3 盲区高度试块TOFD图像

2.2 仪器设备的调试

检测前应对检测通道的A扫描时间窗口进行设置，若在厚度方向分区检测，应采用相应标准规定的对比试块设置各检测通道的A扫描时间窗口和进行深度校准，A扫描时间窗口至少应包含所需检测的深度范围，同时应满足最上分区的时间窗口的起始位置，应设置为直通波到达接收探头前0.5 μs以上，时间窗口的终止位置应设置为所检测深度范围的最大值。其他分区的时间窗口的起始位置，应在厚度方向上覆盖相邻检测分区深度范围的25%，最下分区的时间窗口的终止位置应设置为底面反射波到达接收探头后的0.5 μs以上，时间窗口设置界面如图4所示。

楔块延时的测定应保证探头与楔块之间耦合良好，两探头在一条直线上，光标应找到对应的位置，楔块延时校准界面如图5所示。如校准后的楔块延时在56 μs之间，则认为校准是正确的。

2.3 实际工件扫查

表2总结了实际TOFD扫查过程中存在的典型问题。一组合格的TOFD检测数据应能符合检测标准的相关规定，如灵敏度、分区设置、时间窗口要求、校准参数、检测区域的覆盖以及缺陷的信噪比、分辨力等，其TOFD图像应让分析人员一目了然，并迅速准确地对缺陷信号进行评判。如果采集的图谱信号缺失、虚假显示或非相关显示过多，就会影响缺陷信号的判定，不能反映工件焊接品质的真实性，从而给产品品质带来安全隐患。

图4 时间窗口设置界面

图5 楔块延时校准界面

表2 实际TOFD扫查过程中存在的典型问题

2.4 读图判定

对现场采集的数据进行读图判定，首先应清楚检测标准的具体要求和检查数据的有效性，一幅合格的TOFD检测图像应包括直通波、底波、变形波等信号，应保持一致的灵敏度，每一扫查区间应保证足够的重叠覆盖等。判定过程中应理解和掌握相位关系及典型缺陷信号特征，必要时应结合其他检测方法辅助判定，典型TOFD图像如图6所示。TOFD检测数据分析中要特别注意那些条状的缺陷，与直通波相位相反的信号才是比较危险的缺陷，只要看到这类信号，就说明这是一处有自身高度的缺陷，此信号是缺陷的上端点，还应找到该缺陷的下端点。

图6 典型TOFD图像

表3列举了典型的TOFD图谱及其分析。

由于TOFD在工程中应用时间并不长，可参考文献及典型缺陷图谱很少，从而给读图判定带来了困难。因此，在工作中，应收集典型的缺陷图谱，形成自己的数据库，方便查阅比对及人员交流。笔者单位建立的TOFD数据库，涵盖了典型缺陷的TOFD图像及与射线底片的比对结果。

表3 典型的TOFD图谱及其分析

3 结语

随着现代工业的发展，TOFD检测越来越多地应用在工程中，TOFD检测的质量问题不容忽视，通过问题的提出、分析及提供相应的解决方案，解决了一些TOFD检测中存在的常见问题，同时也为今后的无损检测质量管理工作提供参考。