衍射時(shí)差法(TOFD)技術(shù)的測(cè)量誤差分析

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(1.合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司，合肥 230031；2.上海石化設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司，上海 200540)

0 引言

利用衍射時(shí)差法(TOFD)技術(shù)對(duì)缺陷尺寸的測(cè)量包括缺陷深度、自身高度和長(zhǎng)度的測(cè)量，因此測(cè)量誤差也包括了缺陷深度、缺陷自身高度和長(zhǎng)度的測(cè)量誤差。

TOFD技術(shù)的尺寸測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)在于把A掃波形和B掃圖像結(jié)合起來(lái)。B掃圖像幫助識(shí)別缺陷，包括缺陷形狀、走向、相位、上下(高度)及左右(長(zhǎng)度)端點(diǎn)位置及分布的密集程度等；而A掃波形能更精確地確定測(cè)量點(diǎn)的位置。此外，TOFD技術(shù)依據(jù)端點(diǎn)衍射法來(lái)確定缺陷的尺寸，因此與脈沖反射法超聲檢測(cè)相比有更明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。一般來(lái)說(shuō)，TOFD技術(shù)對(duì)缺陷深度測(cè)量誤差的平均值大約為1 mm[2]；對(duì)缺陷高度的測(cè)量，由于一般情況下上下端點(diǎn)的偏差是同向的，這樣高度的測(cè)量誤差則能做到比深度誤差要小得多。定點(diǎn)監(jiān)控裂紋時(shí)，自身高度測(cè)量誤差可達(dá)0.1 mm[3]；對(duì)于缺陷長(zhǎng)度的測(cè)量，其誤差和脈沖反射法超聲檢測(cè)相比優(yōu)勢(shì)不大[4]，但如通過(guò)特殊處理方法(如合成孔徑技術(shù)(SAFT)等)，可大大提高長(zhǎng)度測(cè)量精度[5-6]。鑒于篇幅所限，本文主要重點(diǎn)討論深度和高度測(cè)量誤差。

1 TOFD原理及深度和高度測(cè)量誤差影響因素

TOFD技術(shù)的原理是通過(guò)一收一發(fā)探頭對(duì)來(lái)測(cè)量缺陷上下端點(diǎn)衍射信號(hào)的[7]，從而對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量(見(jiàn)圖1)。

圖1 衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)原理示意

由于TOFD技術(shù)是利用衍射信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間和相對(duì)某已知信號(hào)(如直通波、人工反射體回波或底面回波等)的傳輸時(shí)間差來(lái)測(cè)定衍射點(diǎn)深度位置的，而缺陷高度又是通過(guò)測(cè)量上下端點(diǎn)衍射信號(hào)傳輸時(shí)間差來(lái)確定的，因此，導(dǎo)致TOFD技術(shù)產(chǎn)生深度和高度測(cè)量誤差歸根結(jié)底就是傳輸時(shí)間的誤差?！?br>