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TOFD检测规程

TOFD检测规程（总24页）

四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站

水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测规程

（试行稿）

华电郑州机械设计研究院有限公司

二滩水电开发有限责任公司

2010年8月

目次

前言………………………………………………………………………………………………………………Ⅱ

1范围………………………………………………………………………………………………………………1

2规范性引用文件…………………………………………………………………………………………………1

3术语和定义………………………………………………………………………………………………………1

4一般规定…………………………………………………………………………………………………………5

5检测系统…………………………………………………………………………………………………………5

6试块………………………………………………………………………………………………………………6

7检验等级…………………………………………………………………………………………………………8

8检测准备…………………………………………………………………………………………………………8

9检测系统设置和校准……………………………………………………………………………………………11

10检测……………………………………………………………………………………………………………13

11检测数据的分析和解释………………………………………………………………………………………13

12对非平行扫查发现的相关显示的辅助检测…………………………………………………………………15

13缺欠评定………………………………………………………………………………………………………16

14检测报告………………………………………………………………………………………………………16

附录A（资料性附录）参考试块………………………………………………………………………………18

附录B（资料性附录）缺欠深度、高度及表面盲区高度的计算……………………………………………20

附录C（资料性附录）衍射时差法超声检测报告格式………………………………………………………21

前言

衍射时差法超声检测技术作为一种独立的无损检测方法，具有环保、对人体无伤害、缺欠检出率高、缺欠尺寸定量精度高、检测结果能图像化存储及便于实现自动扫面等优点，目前该项检测技术已经在许多大型水电站的焊缝检测中应用。

本规程起草过程中查阅了大量国内外技术资料和相关标准，同时参考了GB/T23902-2009《无损检测超声检测超声衍射声时技术检测和评价方法》，CEN/TS14751-2004《焊接---衍射时差法超声检测在焊接检验中的使用》，ASTM2373-2004《采用衍射时差法超声检测的标准实施规程》，NVN-ENV583-6-2000《无损检测超声检测第六部分:

超声衍射声时技术检测和评价方法》，BS7706-1993《用于缺陷探测、定位和定量的衍射时差法超声检测的校准和设置指南》，NEN1822-2005《衍射时差法超声检验技术验收规范》，ASMEcodecase2235-9《锅炉压力容器案例——超声波代替射线检验》等标准中的部分内容；进行了大量的试验研究，并结合其他水电工程中的实际应用经验，在力求技术先进、经济合理和安全可靠的原则下，明确了四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测的方法及缺欠评定要求。

本规程的附录A、附录B、附录C均为资料性附录。

本规程起草单位：

华电郑州机械设计研究院有限公司、二滩水电开发有限责任公司。

四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站

水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测规程

1范围

本规程规定了四川省雅砻江锦屏一级、二级、官地水电站水轮机蜗壳及压力钢管现场焊缝衍射时差法超声检测的方法及缺欠评定的要求。

本规程适用于母材厚度为20mm～300mm的工程结构用非合金钢、低合金钢及合金钢对接焊接接头衍射时差法超声检测。

其它类型金属材料可参照执行，但应充分考虑材料的几何特性、声学特性及检测灵敏度的影响。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规程，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规程。

GB/T无损检测术语超声检测（GB/T，ISO5577:

2000，Non-destructivetesting-Ultrasonicinspection-Vocabulary，IDT）

GB/T超声探伤用1号标准试块技术条件

GB/T20737无损检测通用术语和定义（GB/T20737-2006，ISO/TS18173:

2005，IDT）

JB/T10061A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件

3术语和定义

GB/和GB/T20737确立的以及下列术语和定义适用于本规程。

衍射时差法超声检测TOFDTimeofFlightDiffractiontechnique

是利用缺欠端点的衍射波信号发现缺欠和测定缺欠尺寸的一种超声检测方法，一般使用纵波斜探头，采用一发一收模式，见图1。

直通波lateralwave

从发射探头沿工件以最短路径到达接收探头的超声波，见图1。

底面反射波backwallecho

经底面反射到接收探头的超声波，见图1。

a）平板工件

b）凸面工件

c）凹面工件

图1衍射时差法超声检测示意图

探头中心间距PCSprobecenterseparation

发射探头和接收探头入射点之间的距离，见图2。

缺欠上端点uppertipofimperfection

距扫查面最近的缺欠端点，见图2。

图2缺欠的上、下端点、深度、高度和探头中心间距

缺欠下端点lowertipofimperfection

距扫查面最远的缺欠端点，见图2。

缺欠深度imperfectiondepth

缺欠上端点与扫查面间的距离，见图2中的d1。

缺欠高度imperfectionheight

在一个缺欠长度范围内，缺欠最高上端点与最低下端点在工件厚度方向上的投影距离，其中扫查面开口缺欠高度指缺欠下端点到扫查面的距离，底面开口缺欠高度指缺欠上端点到底面的距离，见图2中的h。

非平行扫查non-parallelscan

探头运动方向与声束方向成直角的扫查方式。

也叫D扫描，见图3a）。

平行扫查parallelscan

探头运动方向与声束方向平行的扫查方式。

也叫B扫描，见图3b）。

a）非平行扫查和TOFD检测图像

b）平行扫查和TOFD检测图像

c）偏置非平行扫查

1—参考线；

2—探头移动的方向；

3—发射探头；

4—接收探头；

5—通过整个厚度范围内的传送时间；

6—直通波；

7—缺欠的上端点；

8—缺欠的下端点；

9—底面反射波。

图3非平行扫查、平行扫查和偏置非平行扫查TOFD检测图像

偏置非平行扫查offsetnon-parallelscan

在焊缝TOFD检测时，探头组主声束的交点偏离焊缝中心线的非平行扫查，见图3c）。

纵向平行扫查portraitscan

焊缝TOFD检测时，探头组沿着焊缝方向移动的平行扫查，见图4。

图4纵向平行扫查

横向非平行扫查landscapeprientation

焊缝TOFD检测时，探头组垂直于焊缝方向移动的非平行扫查，见图5。

图5横向非平行扫查

A扫描显示A-scandisplay

超声波信号的射频波型显示图，一个轴代表波幅，另一个轴代表声波的传播时间。

TOFD图像TOFDimage

TOFD数据的二维显示，是将扫查过程中采集的A扫描信号连续拼接而成，一个轴代表探头移动距离，另一个轴代表深度，一般用灰度表示A扫描信号的幅度。

坐标定义coordinatedefinition

规定检测起始参考点O点以及X、Y和Z坐标的含义，见图6。

图6坐标定义

O—设定的检测起始参考点X—沿焊缝长度方向的坐标

Y—沿焊缝宽度方向的坐标Z—沿焊缝厚度方向的坐标

4一般规定

按照本规程进行TOFD检测、分析图谱、出具和签发报告的人员，应取得电力行业或中国无损检测学会等超声检测2级及以上资格证书和TOFD检测2级及以上专项资格证书，并有从事TOFD检测的工程实际经验。

检测前应针对被检工件编制作业指导书。

应根据被检工件的厚度和结构形式制作对比试块。

5检测系统

检测设备

TOFD检测设备应具有线性A-扫描显示、超声波发射、接收、数据自动采集和记录、显示和信号分析等功能。

根据需要可使用单通道或多通道设备。

设备性能满足以下要求：

a）A扫描水平线性误差不大于1％，垂直线性误差不大于5％；

b）脉冲接收器带宽应大于等于探头公称的频率带宽；

c）增益应在80dB以上，其步进级小于等于1dB，且连续可调；

d）数字采样率至少为4倍探头公称频率，若需对原始数据进行数字信号处理，采样率应增加到探头公称频率的8倍。

设备其余指标应符合JB/T10061的规定。

探头

用于TOFD检测的超声探头应满足以下要求：

a）探头的波型模式为纵波；

b）探头类型可以选用单晶片或相控阵探头、非聚焦或聚焦探头；

c）探头对中两个探头中心频率偏差不大于20%；

d）探头对中两个探头应具有相同的晶片尺寸；

e）在信号峰值下降20dB处测得的探头脉冲持续时间不得超过两个周期；

f）连续发射脉冲的声信号间无干扰产生。

扫查装置

扫查装置应保证扫查时两探头入射点间距相对稳定，且在母材厚度不等或具有一定角度的对接接头检测时使探头与扫查面耦合良好。

扫查装置可以采用动力或人工驱动。

扫查装置上应安装位置编码器。

数据采集、记录和显示系统

数据采集、记录和显示系统应具备以下功能：

a）应当采用自动的计算机数据采集装置，原始数据应自动记录且不可更改；

b）可自动形成扫描图形；

c）至少应记录和显示A扫描信号以及指示波型与其相邻波型之间相对位置的信息；

d）设备应具有检测数据的存取功能。

6试块

校准试块

校准试块采用GB/中的1号试块，用于仪器、探头、系统性能校准和检测校准。

对比试块

对比试块用于扫查灵敏度设定、缺欠深度值测量校验和探头、仪器参数的校验与设置。

对比试块应采用与被检测工件声学性能相同或相近的材料制备，材质应均匀，采用直探头检测时，不得有大于或等于φ2mm平底孔当量的缺欠。

对比试块的尺寸应满足探头对扫查及数据采集需要，具体要求如下：

a）扫查面的长度应不小于2倍PCS值。

b）扫查面的宽度应保证沿横孔长轴方向扫查时，图形有效长度不小于30mm；

c）对比试块的厚度应为被检工件厚度的～倍，且两者间最大差值不大于25mm。

对比试块的厚度应为被检工件厚度的～倍，且两者间最大差值不大于25mm。

对比试块应设置横通孔，横通孔的直径见表1，横通孔位置满足以下要求：

表1对比试块横通孔的直径

mm

工件壁厚

横通孔直径

T≤25

φ2

25＜T≤50

φ3

50＜T≤100

Φ5

T＞100

φ6

a）当工件厚度小于50mm时，见图7。

图7I型对比试块

b）当工件厚度50mm～300mm时，应在试件厚度方向分区，分区数量符合表2规定。

对比试块厚度方向分区的示例见图8。

图8II型对比试块

检测需要时，也可使用其它型式的参考试块。

参见附录A。

7检验等级

检验等级的分级

根据质量要求检验等级分为A、B两级，A级为普通级，B级为优化级。

A级检验应进行单面扫查，必要时双面扫查；B级检验应进行双面扫查。

检验等级的检验范围

A级检验适用于母材厚度小于50mm的二类焊缝。

B级检验适用于一类焊缝及母材厚度大于等于50mm的二类焊缝。

8检测准备

检测区域

检测区的宽度应是焊缝本身，再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域，这个区域最小为5mm，最大为20mm。

扫查面

探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他杂质。

检测表面应平整，便于探头的移动，其表面粗糙度Ra值应不大于μm。

要求去除余高的焊缝，应将余高打磨到与邻近母材平齐；保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷等也应进行适当的修磨，并作圆滑过渡。

其它影响信号采集的因素均应消除。

平行扫查时应将焊缝余高磨平。

厚度方向分区

当被检工件厚度小于50mm时，可不进行分区。

当被检工件厚度大于等于50mm时，应在厚度方向分成若干区域采用不同的探头对进行检测。

厚度分区和检测参数推荐设置见表2。

表2厚度分区及检测参数推荐设置表

厚度T

mm

TOFD

分区

分区深度覆盖范围

中心频率MHz

主声束角度θ

晶片直径mm

主声束

聚焦深度H

12-35

1

0-T

10-5

70°-60°

2-6

2T/3

35-50

1

0-T

5-3

70°-60°

3-6

2T/3

50-100

1

0-T/2

5-3

70°-60°

3-6

2T/6

2

T/2-T

5-3

60°-45°

6-12

5T/6

100-200

1

0-T/3

5-3

70°-60°

3-6

2T/9

2

T/3-2T/3

5-3

60°-45°

6-12

5T/9

3

2T/3-T

5-2

60°-45°

6-20

8T/9

200-300

1

0-T/4

5-3

70°-60°

3-6

2T/12

2

T/4-T/2

5-3

60°-45°

6-12

5T/12

3

T/2-3T/4

5-2

60°-45°

6-20

8T/12

4

3T/4-T

3-1

50°-45°

10-20

11T/12

300-400

1

0-T/5

5-3

70°-60°

3-6

2T/15

2

T/5-2T/5

5-3

60°-45°

6-12

5T/15

3

2T/5-3T/5

5-2

60°-45°

6-20

8T/15

4

3T/5-4T/5

3-1

50°-45°

10-20

11T/15

5

4T/5-T

3-1

50°-45°

12-25

14T/15

探头选择

探头选择应保证完全覆盖检测区域和获得最佳的检测效果。

检测时推荐使用非聚焦探头，需要改善定量分辨力时宜使用聚焦探头。

探头晶片尺寸、中心频率和主声束角度选择见表2。

当被检材料晶粒结构有明显变化时，为保证足够的穿透力或提高分辨力宜使用其它频率的探头。

PCS值设置

非平行扫查时，不需要分区的工件检测，PCS值设置为使探头对的声束轴线交点位于工件厚度的2/3处，声束交叉角约为110°～120°；需要分区的工件检测，PCS值设置为使声束交叉点位于每个检测区域厚度方向的2/3处。

对于已知缺欠或疑似缺欠部位的扫查，将PCS值设置为使探头对的声束轴线交点在该部位。

对两侧母材厚度不等的焊缝检测应根据两侧母材厚度分别设置PCS1值（小间距）和PCS2值（大间距）。

扫查方式选择

扫查方式一般选用非平行扫查。

用于缺欠的快速探测以及缺欠长度、缺欠自身高度和缺欠埋藏深度的测定。

对已发现的缺欠需要确定相对焊缝中心线的偏移量时，应进行平行扫查。

焊缝宽度较大或焊缝两侧母材厚度不相等且母材厚度相差8mm以上时应进行偏置非平行扫查。

对两侧母材厚度不等的焊缝进行非平行扫查时，宜使用单探头对进行多次扫查，如图9所示。

A）单面扫查时，应分别进行PCS1对中扫差、PCS2对中和偏置扫差。

B）双面扫查时，应分别进行PCS1、PCS2对中扫查。

PCS1对中扫查PCS2对中扫查PCS2偏置扫查

13.非平面侧扫查方式

PCS1对中扫查PCS2对中扫查PCS2偏置扫查

b）平面侧扫查方式

图9母材厚度不相等的焊缝检测扫查方式

具有横向裂纹倾向的焊缝应增加横向非平行扫查，对已发现的横向缺欠需要确定缺欠在焊缝长度方向的位置时应进行纵向平行扫查。

特殊情况下，也可采用其它合适的扫查方式。

表面盲区

TOFD检测时扫查面和底面均存在表面盲区，盲区高度的计算参见附录B。

对于TOFD检测存在的表面盲区，宜通过采用窄脉冲宽频带探头、减少PCS值、改变探头参数及进行双面扫查等方法来减小盲区高度。

对于表面盲区的检测应采用磁粉检测、涡流检测或其它有效方法进行，检测及质量评定应执行相关标准的规定。

标识

检测前应在工件表面上对扫查起始点和扫查方向予以标识，可在母材上距焊缝中心线一定距离处画出扫查装置移动的参考线。

耦合剂

应采用有效且适用于被检材料的耦合剂。

通常使用水、耦合凝胶或软膏、润滑脂和油。

为了改善超声耦合效果和保护被检工件，可以采用环保润湿剂和防腐剂等添加剂。

如果被检工件温度低于0℃，应采用防冻介质。

如果被检工件温度过高，应该采用专门设计的高温耦合剂。

选用的耦合剂应在一定的温度范围内保证能进行稳定可靠的检测。

用于检测系统校准的耦合剂应与实际检测和灵敏度校核所使用的耦合剂相同。

温度

采用常规探头和耦合剂时，工件的表面温度范围为0℃～50℃。

超出该温度范围，可采用特殊探头和耦合剂，但应在实际检测温度下的对比试块上进行设置和校准。

检测系统校准时的温度和检测时的实际温度差应控制在20℃之内。

超出该温度范围，应在检测实际温度下的对比试块上进行校准和验证其适合性。

9检测系统设置和校准

A扫描时间窗口设置

检测前应对检测通道的A扫描时间窗口进行设置。

A扫描时间窗口至少应包含表2中规定的扫查分区范围，同时应满足如下要求：

a）工件厚度不大于50mm时，时间窗口的起始位置应设置为直通波到达接收探头前μs以上，时间窗口的终止位置应设置为工件底面的一次波型转换波后μs以上。

B）工件厚度大于50mm时，需要分区检测。

最上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μs以上，最下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μs以上；各区的A扫描时间窗口在厚度方向应至少覆盖相邻检测区在厚度方向上高度的25％。

应采用对比试块验证时间窗口在厚度方向上的覆盖性。

深度调节

检测前应调节A扫描时基线与深度的对应关系。

对于直通波和底面反射波同时可见的情况，应将其时间间隔所对应的声程校准为已知的工件厚度值。

应注意A扫描信号波型中直通波和底面反射波测量点处相位相反。

工件厚度的深度校准见图10。

图10工件厚度的深度校准

对于直通波或底面反射波不可见或分区检测时，应采用对比试块进行深度校准。

深度校准应保证深度测量误差不大于工件厚度的1％，且大不于。

位置编码器的校准

检测前和每工作4个小时应对位置编码器进行校准。

校准时应使扫查装置移动距离不小于500mm，检测设备所显示的位移与实际位移的误差不大于1%。

灵敏度设置

检测前应在对比试块或被检工件上设置检测灵敏度。

当采用对比试块上的衍射体设置灵敏度时，应将被检测厚度范围内较弱的衍射体信号波幅设置为满屏高的40%～80%，并在被检工件表面扫查时进行表面耦合补偿。

在被检工件上设置灵敏度时要求如下：

a）一般将直通波的波幅设定到满刻度的40%～80%；

b）当因工件表面状况的影响，不能利用直通波校准时，可将底面反射波幅设定为满刻度，再增益18dB～30dB；

c）当工件厚度大于50mm时可用符合表1要求的横通孔的波幅设定到满刻度的40%～80%为起始灵敏度；

d）当直通波和底面反射波均不可用时，可将材料的晶粒噪声设定为满屏高的5％～10％作为检测灵敏度。

检测设置和校准的复核

检测结束时或检测过程中每4小时应对检测设置进行复核。

若初始设置和校准采用了对比试块，应在同一试块上进行复核。

若在工件上设置和校准，应在工件上同一部位进行复核。

若复核时发现检测设置和校准的参数偏离，则按表3的规定执行。

表3偏离和纠正

项目

偏离量

纠正措施

灵敏度

≦6dB

不需要采取措施，必要时可通过软件纠正

>6dB

应重新设置，并重新检测上次校准以来所检测的焊缝

深度

偏离≦或板厚的2％

不需要采取措施

偏离＞或板厚的2％

应重新设置，并重新检测上次校准以来所检测的焊缝

位移

≦5%且不超过25mm

不需要采取措施

>5%或超过25mm

应重新设置，并对上次校准以来所检测的位置进行修正

10检测

非平行扫查和偏置非平行扫查时应保证实际扫查路径与拟扫查路径一致，其最大偏差不超过PCS值的10％。

扫查速度限于维持超声耦合的机械能力和保证全波采集且不丢失数据的电子系统能力，最大不得超过50mm/s，数据显示应满足的要求。

分段扫查时，相邻段扫查区的重叠范围应不小于25mm。

扫查过程中发现直通波、底面反射波、材料晶粒噪声或波型转换波的波幅降低12dB以上或怀疑耦合不好时，应重新扫查该段区域；发现直通波满屏或晶粒噪声波幅超过满屏高20％时，则应降低增益并重新扫查。

11检测数据的分析和解释

检测数据的有效性评定

分析数据之前，应对所采集的数据进行有效性评定。

数据丢失量不得超过每次扫查数据量的5%，且不允许相邻数据连续丢失。

原始数据不得有修改、粘结的痕迹。

扫查数据应保证声束足以覆盖检测区域，在分段扫查时其重叠范围应满足的要求。

根据超声信号的相位判断缺欠的上下端点，若因信噪比太小而无法判断相位时，则检测数据无效。

若所获得数据无效，应采取纠正措施，重新进行扫查直至数据符合要求。

非相关显示的确定

对于有显示的TOFD图谱应区分相关显示或非相关显示。

应按以下步骤确定非相关显示是由工件结构或者材料冶金结构的偏差所引起的：

a）查阅加工和焊接文件资料；

b）绘制衍射体的坐标，提供可显示出衍射体位置和表面不连续的横截面展示图；

c）根据现有检测工艺规程对包含衍射体的区域进行验证；

d）可辅助使用其它无损检测技术进行确定。

非相关显示应记录其位置和TOFD图像。

相关显示的分类

相关显示分为表面开口型缺欠显示、埋藏型缺欠显示和难以分类的显示。

表面开口型缺欠显示

表面开口型缺欠显示可分为如下三类：

a）扫查面开口型：

该类型显示为直通波的减弱、消失或变形，且仅可观察到一个端点（缺欠下端点）产生的细长衍射信号；

b）底面开口型：

该类型显示为底面反射波的减弱、消失、延迟或变形，且仅可观察到一个端点（缺欠上端点）产生的细长衍射信号；

c）穿透型：

该类型显示为直通波和底面反射波同时减弱或消失，沿壁厚方向产生多处衍射信号。

埋藏型缺欠显示

埋藏型缺欠显示一般不影响直通波或底面反射波的信号。

埋藏型缺欠显示可分为如下三类：

a）点状显示：

该类型显示为单个双曲线弧状，且与拟合弧形光标重合，无可测量长度和高度；

b）细长显示：

该类型显示为细长