TOFD检测技术中声束交点位置的探讨.docx

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1、TOFD检测技术中，声束交点的选择会影响衍射声场减盖的检测区域及扫查面盲区的大小，该参数对TOFD检测结果的可靠性至关重要.国内外ToFD检测标准中，推荐的探头中心间距设置方法一股有如卜.几类:O1.使探头对的声束交点位其所检测最大深度的2/3处(如标准BS7706:1993,BSDDCENS14751:2004,NB/T47013.10-2015)；02使探头对的声束交点位于缺陷可能发生的区域(标准BSDDENV583-6-2000)；03应在试块上进行监证试验以确定探头时的声束交点位置(如标准ASTME2373-04-2004)a中广核工程有限公司和中国特种设备检测研究院的研究人员基丁仿真

2、技术对不同声束交点衍射声场的分布情况进行了分析，来综合考量有效声场对检测区域的微盖及扫查面盲区两个因素，并采用不同声束交点下的探头中心间距在试块上进行试脸，以验证声束交点对检测结果的影响。1声场仿真分析针对长457mm、宽40mm的工件进行建模,焊缝工艺参数为:坡口角度30：间隙2mm：钝边高度Imm.选用标准NB/T47013.10-2015中的推荐参数设置探头频率为5MHz,晶片尺寸为6mm,楔块角度为65。，声束交点深度分别选择0.5T,0.S5T,0.6T2/3T的位置(T为工件厚度)，依次进行声场仿真分析,探头中心间距PeS分别对应选择86,94,103,114mm.对上述仿真参数进

3、行C1.VA软件仿真计.算，得到不同PCS及交点深度的仿真分析图谱如图1所示，图中黑线区域为焊缝及焊缝热影晌区，红线区域为-12dB声场范围。C)/亶交AjR值力。Jrr()*fiAjRJtAo.mt(c)RH2Ao.r(d)亶交以4值力图1不同PCS及交点深度的仿克分析图谱探头声束交点中心能量分布曲线如图2所示。通过软件分析12dB声束在工件中的覆盖范围,分析结果如表1所示。P.=86mmVO图2探头中心能量分布曲线衰1-12dB声场覆盖分析结果声束交点焊管深度/上表面盲区宽底面检测区探头中心位置mmmm度（计算值）mm域能否何靛fi1.tt/dB0.5T9.0536.629.05否0O.5

4、5T9.8640.009.86否1.50.6T10.84-10.0010.84能3.12/3T12.2612.26他-4.7分析图1,2与表1可知，声束交点深度在0.5T与O.55T的位置，检测区域不能覆盖底面区域：交点在06T与2/3T位餐时，均能在“2dB声束覆盖范围内有效覆盖检测区域，上表面盲区随着声束交点的位置卜移而增大，探头声束交点中心能量不断减小。对比分析可知，声束交点在06T位置较2/3T位置的上表面盲区更小，探头声束交点中心能量大丁1.4dB,在检测区域能更有效地利用声场能量，分辨率更好。2T0FD检窝扫查面盲区的能量(1)TOFD上表面盲区TOFD检测技术存在上表面盲区，根据

5、选择工艺参数的不同，自区大小也不同。研究人员通过忒验实测了声束交点在工件不同位置的上表面扫查面盲区。选用奥林巴斯OMIN1.SCANMX型ToFD设备，其探头频率为5MHz,晶片尺寸为(D6mm楔块角度为65。，选择探头中心间距分别为103mm与114mm：声束交点深度分别为06T和2/3T,并进行试骐。忒块选用带不同深度刻槽和侧孔的试块，如图3所示，实测结果如图4所示。（八）声束交点深度0.6T(b)声束交点深度23T图4自区实测图谱图4a中PCS为103mm图谱中左边为最小可见埋深为5mm的槽，右边可见7mm侧孔；图4(b)中PeS为114mm,图谱中左边为最小可见埋深为5mm的槽，右边可

6、见8mm测孔。试验分析结果如表2所示。表2不同参数设置的试购分析结果声束交点深度试块壁厚探头中心距可见最小深度槽埋深可见最小侧孔深度盲区高度0.6T401035772/3T40114588从表2分析可知，随着声束交点深度的增加，ToFD检测上表面自区也逐渐增大。同时随着PCS的不断增大，检测分辨率降低，进而导致盲区增大。(2)TOFD底面盲区底面盲区分为焊缝中心底面盲区和轴偏离盲区。根据相关标准要求，焊缝中=T1-1心底面盲区一般情况下应不大于1mm.底面盲区主要为轴偏离盲区Ah,其计算公式为：式中：T为工件厚度；S为探头中心距的一半；X为轴偏离值。运用式分别计算声束交点深度在0.6T与2/3

7、T位置的底面盲区高度理论值,计免结果如表3所示。表3不同PCS底面自区理论值声束交点Pcs/纵波声速/底面盲区深度/mmmm(ms-1)高度mm0.6T10359000.62/3T11459000.5从表3分析可知，随着声束交点深度的增加，底面盲区不断减小，但减小的幅度较小，底面盲区高度均符合相关标准要求。此外，该探头的-12dB声束扩散角的测量结果为41S88.1,从实测结果进一步分析，-12dB声束范围能覆盖底面检测区域。模拟试殴验证试验设备与器材选用上述ToFD设备与探头，模拟试瞪采用直径457mm、壁厚40mm的模拟试块，在模拟试块中，制作了5处缺陷，如图5所示。图5模拟试块实物分别采

8、用声束交点深度在2/3T处与优化后的声束交点深度在06T处的检测工艺在模拟试块上进行检测试验，试脸结果如图6所示.(b)声束交点深度为0.6T时的检测结果对比分析可知，两种工艺参数设置均能有效检出缺陷，在探头设备相同、校测灵敏度相同的情况下，声束交点深度在06T位置的图谱中底波能量比2/3T位置的能量更强：对于1#，4#,5#映陷,两种工艺参数设置检测效果基本相当：对丁2#缺陷,声束交点在0.6T位置的分辨率比2/3T位置的更好,检测效果更好；对于3#缺陷，声束交点在06T位置，缺陷与直通波可完全分开，而2/3T位置的图谱中缺陷与直通波无法完全分开，因此06T位置较2/3T位置而言，缺陷测Ift结果准确度更优。武验结果证明，声束交点深度优化后的检测工艺有利于缺陷的检出，检测分辨率更好。结论1 软件仿真及试验结果表明，声束交点深度在06T位置较2/3T位宜而言，-12dB声场能处在检测区域范围内能得到更好的利用，探头声束交点位置中心能量更大，上表面盲区较小，检测效果更好。2 根据不同检测对象及焊缝结构，选用性能参数不同的探头时，建议叫对声束交点深度位置进行优化，以提高检测质量，