Page 92 - 无损检测2021年第十二期

彭 森, 等:

钢结构桥梁对接焊缝缺陷的 TOFD检测图像特征

达等 [ 6 ] 提出了一种基于几何关系的倾斜裂纹 TOFD 中, 当波形向正半周期变化时, 灰度向白色渐变; 当波

定量检测方法, 并通过试验进行了验证, 结果表明该 形向负半周期变化时, 灰度向黑色渐变, 不同等级的
方法裂纹角度定量误差小于 1° 。丁宁等 [ 7 ] 基于波 灰度代表了信号的幅度大小。 TOFD-D 扫描图像比
形转换理论提出了一种 TOFD 近表面盲区抑制方 A 扫描信号更加直观, 操作者可根据灰度图像特征辨
法, 该方法可将近表面盲区抑制到 1mm 。上述研 识焊缝缺陷类型, 降低了人为因素的影响。

究工作主要聚焦于 TOFD 检测的缺陷定量, 对缺陷
类型判定方面的研究较少, 而缺陷类型的准确辨识 2 试验设计与测试
在实际工程中是极其重要的。 2.1 试块制备
笔者开展了对接焊缝缺陷类型判别的研究, 使 制备12块内部含有对接焊缝典型缺陷的试块,
用 TOFD 技术对含有常见典型缺陷的模拟试块进 材料为桥梁用结构钢 Q345 , 坡口形式为 V 型, 编号从
行检测, 分 析 了 钢 桥 对 接 焊 缝 常 见 典 型 缺 陷 的 N1到 N12 , 试块及缺陷参数如表1所示, 缺陷位置如
TOFD 检测 D 扫图像特征, 为以后的钢桥对接焊缝 图3所示, 缺陷预埋深度基本覆盖了目前钢桥常用的
缺陷辨识提供参考。 钢板厚度, 其中缺陷深度随机设置, 文章不涉及缺陷
1 TOFD 定性检测原理 的定量分析。
表1 试块及缺陷参数 mm
TOFD 是一种利用超声波衍射信号进行缺陷 尺寸 缺陷距试块
检测的技术, 其采用一对超声波纵向扫描探头( 一个 编号 缺陷类型
( 长×宽×高) 零点距离L
作为发射器、 一个作为接收器) 进行检测, 检测原理如
N1 300×300×15 扫查面开口裂纹 55
图1所示。由图1可见最先被接收探头接收的波称 N2 300×300×30 底面开口裂纹 60
为直通波, 之后接收探头会接收到来自缺陷上、 下端 N3 300×300×24 内部裂纹 45
点的衍射纵波信号, 最后是来自工件底面的反射回 N4 300×300×20 内部裂纹 50
气孔 7
N5
300×300×40
波, 该条波形也被称为 A 扫描信号。
气孔
N6 300×300×14 210
夹渣
N7 300×300×32 190
N8 300×300×20 夹渣 170
N9 300×300×30 未熔合 190
N10 300×300×20 未熔合 155
N11 300×300×20 未焊透 75
N12 300×300×24 未焊透 1 60
2.2 检测参数
图1 TOFD检测原理示意
为了获得合格的图像质量, 需要对 TOFD 检测
由于 A 扫描信号携带的信息量较少, 直接根据 参数进行设定。制作了一块材料为 Q345 钢, 尺寸
A 扫描信号判别焊缝缺陷类型较为困难。将探头每 ( 长×宽×高) 为400mm×400mm×24mm 的薄壁

移动一个步距获得的 A 扫描信号按照探头扫描方向 超声 TOFD 模拟试块, 内设一长为 11mm 、 埋深为

依次排列, 再将 A 扫描信号的幅值、 相位转换成256 10mm 的纵向裂纹。模拟试块实物以及检测现场分
级灰度图像( 见图 2 ), 即得到 TOFD-D 扫图像。其
别如图4 , 5所示。

图2 TOFD-A扫信号灰度转换示意 图3 试块中缺陷位置示意

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2021年 第43卷 第12期
无损检测