摘要：超声衍射时差法检测技术(TOFD)对于提高检测速度、保证检测质量,节约成本有着非常重要的意义,通过对TOFD的基本原理进行了初步解析,与传统检测手段进行了对比分析, 阐述TOFD检测技术在海底管道检测过程快捷、准确、无需安全防护、可重复性的优越性。
关键词：TOFD；超声；射线
引言：最近几年，TOFD检测技术开始在国内出现，并且在部分地方付诸以实践。在具体实践过程中，当超声波遭遇到特定裂缝或裂纹时，在终端会出现异常反应，专业上说是会有衍射波出现。一旦出现这种情况，就可以断定其内部存在一定程度上的缺陷。正因为如此，该检测技术在缺陷测度等方面的优点比较明显，而且能非常精到地确定具体裂纹等缺陷的具体方位。借助该技术的利用推进其相关检测工作的运行，能在规避设施受损的情况下推动检测工作的高效落实，对内部因各种原因变薄及其他类型的裂纹均能精确发现及确认，这对于管道检测而言是非常关键的进步，意义非常重大。
1.TOFD技术概述
1.1TOFD的定义
Time Of Flight Diffraction(TOFD)超声波衍射时差法，是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。
1.2TOFD技术的物理原理
衍射现象是TOFD技术采用的基本物理原理。衍射现象的解释：波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象，根据惠更斯原理，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。
TOFD工作原理TOFD技术采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。
2.与传统的射线检测、超声波检测的优势
2.1TOFD技术相比A型脉冲检测方法的优势
1)TOFD技术的可靠性好。由于其主要是利用衍射波进行检测，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有效的发现，使该技术具有很高的缺陷检出率。国外研究机构的缺陷检出率的试验得出的评价是：手工UT，50-70%；TOFD，70-90%；机械扫查UT+TOFD，80-95%。由此可见，TOFD检测技术比常规手工UT的检测可靠性要高得多。
2）TOFD技术的定量精度高。采用衍射时差技术对缺陷定量，精度远远高于常规手工超声波检测。一般认为，对线性缺陷或面积型缺陷，TOFD定量误差小于1mm。对裂纹和未熔合缺陷高度测量误差通常只有零点几毫米。
3）TOFD检测简单快捷，最常用的非平行扫查只需一人即可以操作，探头只需沿焊缝两侧移动即可，不需做锯齿扫查，检测效率高。
4）TOFD检测系统配有自动或半自动扫查装置，能够确定缺陷与探头的相对位置，信号通过处理可以转换为TOFD图像。图像的信息量显示比A扫描显示大得多，在A型显示中，屏幕只能显示一条A扫信号，而TOFD图像显示的是一条焊缝检测的大量A扫信号的集合。与A型信号的波形显示相比，包含丰富信息的TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析。
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5）当今使用的TOFD检测系统都是高性能数字化仪器，完全客服了模拟超声探伤仪和简单数字超声波探伤仪记录信号能力差的特点，不仅能全过程记录信号，长久保存数据，而且能够高速进行大批量信号处理。
6）TOFD技术除了用于检测外，还可用于缺陷扩展的监控，是有效且能精确测量出裂纹增长的方法之一。
7）TOFD能对缺陷深度位置进行精确定位，对缺陷自身高度进行定量．
8）由于缺陷衍射信号与角度无关，检测可靠性和精度不受角度影响。
9）根据衍射信号传播时差确定衍射点位置，缺陷定量定位不依靠信号振幅。2
2.2TOFD技术与射线技术比较的优势
1）TOFD检测结果与射线检测结果都是以二维图像显示，不同的是TOFD能对缺陷的深度和自身高度进行精确测量，而射线只能得到缺陷的俯视图信息，对于判断缺陷危害性程度的重要指标，厚度方向的长度，射线是很困难的。
2）TOFD技术可探测的厚度大，对厚板探伤的效果比较明显，但射线对厚板的穿透能力非常有限。
3）TOFD技术检测缺陷的能力非常强，特殊的探伤方式使其具有相当高的检出率，约90%左右，而相比之下，射线检测的检出率稍低，大约75%，在实际工作中，我们也发现有TOFD检测出来的缺陷，X射线未能发现的情况，这给质量控制带来了极大的隐患。
4）TOFD技术所采集的是数据信息，能够进行多方位分析，甚至可以对缺陷进行立体复原。这是因为TOFD技术是将扫查中所有的原始信号都进行了保存，在脱机分析中我们可以利用计算机对这些原始信号进行各种各样的分析，以得出更加精确的缺陷判断结果；而射线检测只能将射线底片置于观片灯前进行分析，不可以再进一步利用软件对缺陷进行更加全面的分析。
5）TOFD检测操作简单，检测效率高；而射线检测过程繁琐，耗时长，效率低下。
6）TOFD技术是利用超声波进行探伤，对检测时的工作环境没有特殊的要求。超声波检测是一种环保的检测方式，对使用人员没有任何伤害，所以在工作场合不需要特殊的安全保护措施；而射线检测因其放射的危害性受到国家政策的严格控制，现场只能单工种工作，降低了检测工作效率，阻碍了整个工程进度。
3.TOFD技术在海底管道中的应用
海底管线敷设在海床上，投产后经受海潮、暗流、作业船只等多种破坏，故对其焊缝质量要求较严。焊缝中面状缺陷破坏性最大。射线检测对体积状缺陷检测率较高，但对面积性缺陷检测率较低，容易导致小裂纹、未熔合等危险性缺陷漏检。
由于该海底管线采用铺管船海上连续敷设，且用于内补口的口爬行器放置在无损检测工位后，如果采取射线检测，则内爬行器的拖缆和紧固线将与射线爬行器产生干扰，导致无法工作。故该芯管不能采用中心法透照，如采用双壁单影透照，则透照次数增加，每道口仅摄片时间就需要15分钟以上，加上冲洗时间，评定时间，每道口需要的检测时间将超过60分钟，且辐射防护难度更大，鉴于此，考虑到TOFD检测技术的特性与优势，对海底管道推荐选用TOFD检测替代射线检测。
结束语
TOFD技术作为一种新兴的超声检测技术虽然比传统的超声波检测、射线检测方法晚诞生，但随着计算机技术和制造技术的飞速发展以及相关标准的颁布， 已经在焊接领域得到了较好的应用，并且可以完成其他检测方法不能完成的检测，如在海底管道、结构件焊接和在用的过程中进行实时检测，从而监测缺陷的生长情况。因此，我们有理由相信，再经过几年的发展，TOFD检测法有潜力成为生产实践最常用的厚壁焊缝检测技术。
参考文献：
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论文作者:罗光明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/31
标签：缺陷论文; 射线论文; 技术论文; 信号论文; 超声波论文; 检测技术论文; 裂纹论文; 《防护工程》2017年第8期论文;