Page 117 - 无损检测2024年第四期
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杨 齐,等:
TOFD 检测中的空间分辨力问题及其重要影响
深度越大的位置, 时间间隔相同的两个点之间对应 的明显增加, 从经验上采取“ 数周期” 的方法可在一
的深度差越大。故 TOFD 检测时, 在相同参数设置 定程度上辅助辨别信号的上下端位置, 因此也可假
的情况下, 越靠近上表面的区域, 其空间分 辨力越 定当缺陷上下端时差大于 1 个信号周期时, 则可较
差; 越靠近底面的位置, 其空间分辨力越好。与扫查 为准确地识别缺陷的上下端信号。
、 为方便计算, 对式( 1 ) 进行改造, 有
面盲区类似, 在其他参数不变的情况下, 减小 P CS
增加探头频率有助于改善同一深度位置处的空间分 c 2
2
2
R d = Δt+ d +S 2 -S -d ( 2 )
辨力。 GB / T23902 — 2021 标准中给出了空间分辨 2
力的计算公式, 即 式中: 当定义了 S 、 c 以及最小时差 Δt 时, R d 即为
[ 2 )/ 4-S ] ( 1 ) 特定设置下d 深度位置的空间分辨力; 当d =0 时,
2 1 / 2
2
R = c ( t p + t d -d
为d 深度位置声 即为直通波产生的上表面盲区。
式中: t p 为单个脉冲的持续时间; t d
R 0
波的传播时间; S 为探头中心距的一半; c 为声速。 以厚度为 21 mm 焊缝的 TOFD 检测为例, 按
从式( 1 ) 中可以看出, 标准 GB / T23902 — 2021 照 NB / T47013.10 — 2015 标准及其推荐设置, 可选
中定义的空间分辨力, 要求两个衍射点的衍射信号 择5MHz , 直径为6mm 的探头, 60° 纵波楔块, 使主
完全分离。 声束 相 交 于 2 / 3 板 厚 处。 此 时 S = P CS 2=
/
一般情况下, 按照探头信号为 2 个周期计算, 要 24.2mm , c=5.9mm · s 。假设认为1 个周期的
-1
μ
完全实现上下端信号的分离, 即需要缺陷上下端信 时间差即可分辨缺陷上下端, 则 Δ t=0.2 μ s , 此时可
号接收时间差大于 2 个信号周期。现实条件下, 考 计算出不同工艺检测厚度为 21 mm 的焊缝时各深
虑到时差较大的信号叠加后可能会导致信号周期数 度处的空间分辨力, 其结果如图 2 所示。
图 2 不同工艺检测厚度为 21mm 的焊缝时各深度处的空间分辨力
从图 2 中可以看出, 如使用 5MHz的探头进行 1mm 的空间分辨力。
检测, 当检测深度小于 17 mm 时, 其空间分辨力均 当定义 2 个周期以上的时差才可能分辨缺陷上
不足 1mm , 当检测深度小于 6.5mm 时, 其空间分 下端时, 即 Δt=0.4 μ s , 空间分辨力还将成倍下降,
辨力不足 2mm 。也就是说, 对厚度为 21mm 的焊 其空间分辨力如图 2 ( c ),( d ) 所示。
缝试块进行检测时, 在 0~17 mm 深度内, 5 MHz
3 CIVA 软件模拟验证
探头对自身高度小于 1mm 的缺陷无法实施有效测
量, 在 0~6.5 mm 深度内, 对自身高度小于 2 mm 为验证理论分析结果的准确性, 采用 CIVA 软
的缺陷无法实施有效测量。如使用 10MHz的探头 件分别对该工艺条件下, 不同临界埋藏深度及不同
进行检测, 当检测深度大于 6.5 mm 时, 才可 达 到 自身高度的缺陷进行了模拟检测, 其中探头带宽设
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2024 年 第 46 卷 第 4 期
无损检测
