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只看楼主正序阅读使用道具楼主发表于: 2012-11-22

关键词： TOFD 超声波探伤检测

一.TOFD超声波探伤检测工作原理概述
　　"TOFD"即Time off light diffraction,译成中文是"超声波衍射时差法检测"，TOFD检验技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。极大地提高了缺陷检出率。TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。
　　此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。
　　二.本课题研发内容

　　1.TOFD系统主机硬件电路、系统软件研发
　　2.自动探伤系统传感器和扫查架的设计
　　3.试制TOFD探伤系统样品
　　三.TOFD主机超声波自动化探伤检测系统方案
　　TOFD超声波自动化探伤检测系统构成可用图下所示的方框图说明，硬件电路、操作软件研发以此系统构成原理为基础。
　　其整机主要由同步、发射、时基、接收放大、显示以及报警、电源七大部分组成，各部分的主要功能分述如下：
　　(一)同步电路
　　同步电路的作用是产生周期性的同步脉冲信号，用以同时触发TOFD超声探伤仪各部分电路协同工作，它相当于全机的指挥中心。
　　同步电路输出的控制脉冲应具有陡峭的前沿以保证分辨率的要求，具有一定的触发功率，此外，还必须注意同步脉冲的重复频率(单位时间内产生同步脉冲信号的次数，特别是在高速探伤的超声自动化检测系统中，这是很重要的参数之一)。
　　重复频率太高时，也会使得两次超声脉冲之间的时间间隔太短，容易使第二次触发的超声脉冲与第一次触发的超声脉冲反射回波相遇而发生干扰，或者是进入了第一次触发的超声脉冲的周期内，也会形成干扰，或者说是第一次触发的脉冲波尚未充分衰减而落入第二次触发的周期内，形成干扰等等，结果会产生例如幻影波、假信号等。
　　当被检材料透声性优良，而重复频率选择过高时，还会出现所谓"游动波"，特别在钢(例如5CrNiMo、1Cr11Ni2W2MoV、Cr17Ni2等)或铝合金锻件中容易出现。这种游动波酷似缺陷的反射回波信号，其特点是从荧光屏水平刻度的始波位置出发缓慢地(快慢不一)向底波方向移动，直至越过第一次底波之后，从始波位置起又重新出现并向底波方向游动，在不同条件下，其移动速度不同，有时极为缓慢，在探伤检测中应注意予以识别。当把重复频率降低后，这种游动波现象即会消失，因此其识别也是比较简单的。
　　相反，在高速TOFD自动化超声探伤中，为了保证高速扫查以提高检测效率但同时不致漏检，则要求有较高的重复频率，例如，工件厚度方向上某一深度位置存在一个缺陷，探头发出的第一次超声脉冲尚未投射到缺陷上，而探头第二次发射超声脉冲时，探头又已经越过了缺陷位置，从而造成漏检。这需要提高重复频率，亦即是缩短两次发射超声脉冲之间的时间间隔来弥补。假定探头的扫查速度为10米/秒，探头直径为20毫米，为了保证探头移动扫查过程中始终有声束覆盖探测区域以免漏检，则探头每移动20毫米应至少有一次超声脉冲发出，为此其重复频率至少应为1+(20mm/10x103mm/s)=500Hz。实际上，考虑到探测灵敏度的要求，声束覆盖区之间还必须有一定的交互覆盖，这里假定交互覆盖二分之一，也就是说重复频率应达到1KHz。
　　(二)发射电路
　　在同步脉冲信号的触发下，发射电路产生大幅度的高频电脉冲输送给超声探头，激励探头发出具有相同中心频率的脉冲超声波入射到被检材料中去。发射脉冲的幅度(脉冲电压)和持续时间(脉冲宽度)的大小决定着发射功率(又称发射强度、发射能量)的大小。
　　发射功率大，其脉冲电压高，涉及到超声换能器元件的承受能力是否适合，如果电压太高，会导致压电晶体发热、加速老化甚至被击穿损坏，所以大功率超声波探伤仪使用的是专用探头而不能代以普通探头以免造成探头损坏。此外，发射功率大，其脉冲宽度也大，会影响检测时的分辨力，在要求高分辨力，特别是近表面分辨力要求高的情况下，则不宜使用过高的发射功率。当然，发射功率大，带来了检测灵敏度高、穿透距离大、穿透力强的好处，因此必须兼顾分辨力要求和被检材料的具体情况(如声衰减大小)等作综合考虑。
　　(三)时基电路
　　在同步脉冲信号触发下，时基电路产生一个随时间呈线性变化的扫描锯齿波电压输送到示波管的水平偏转板上，示波管荧光屏上将出现一个电子束(光点)沿水平方向自左向右地、随时间成正比地扫描，由于人眼的余辉效应，在示波屏上将看到的是一条水平扫描线，又称为时基线或时间轴。同步脉冲信号每触发一次，电子束就扫描一次，所以重复频率越高，扫描线的亮度就越大。
　　(四)接收放大电路
　　接收放大电路的功能是把超声探头接收到的超声回波转换成的电信号加以放大，以满足显示观察的需要。它主要包括以下几个部分：
　　1.衰减器
　　接收探头输出的电信号首先进入衰减器，它可以以分贝(dB)为单位定量控制由衰减器输送到放大电路的信号，用以比较接收信号的强弱，便于对缺陷大小或材料的超声波衰减情况等进行定量评定。
　　对衰减器的要求是应具有一定的衰减量，一般至少为50分贝，目前商品化超声波探伤仪上的衰减器其衰减量多在80-110分贝之间。此外，衰减器的输入阻抗(特性阻抗)应为常数，不影响仪器的输入和输出阻抗，并且要与放大电路的阻抗相匹配。衰减器的分贝值必须精确，以免造成定量误差，一般要求至少达到2dB±0.1dB，这与衰减器所用电阻的性能与精度，以及衰减器的结构和接线方式有关。除此之外，衰减器应有良好的频率响应特性，即频带要足够宽，能覆盖探伤仪的整个工作频率范围。为了抵抗外界干扰，衰减器还应装有接地的屏蔽外壳。