一种可替代TOFD技术选取方法技术

本发明专利技术公开了一种可替代TOFD技术选取方法，属于无损检测技术领域。针对实际检测中用于盲区抑制的可替代TOFD技术选取较为困难的问题，建立适用性量化标准，明确给定参数下适用性最强的可替代TOFD技术。该可替代TOFD技术选取方法能够在给定检测条件下，迅速确定适用性最强的可替代TOFD技术，以抑制TOFD检测盲区并实现近表面缺陷检测。同时，该方法可内置于超声检测设备中，并推广应用于各类材料的TOFD检测，具有较高工程应用价值和推广前景。具有较高工程应用价值和推广前景。具有较高工程应用价值和推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可替代TOFD技术选取方法


[0001]本专利技术涉及一种可替代TOFD技术选取方法，属于无损检测


技术介绍

[0002]超声衍射时差法(Time of Flight Diffraction，TOFD)是一种利用缺陷端点衍射纵波时间差实施缺陷定量的无损检测方法，具有定量精度高、面积型缺陷检出率高等优点，被广泛应用于石油化工、核电等领域的焊接结构检测。然而，对近表面缺陷进行TOFD检测时，由于超声波脉冲具有一定宽度，使得缺陷端点衍射波容易湮没在直通波中，形成近表面检测盲区，导致缺陷深度定量困难。
[0003]为解决上述问题，研究人员提出了模式转换波(JIN S J,et al.Quantitative detection of shallow subsurface cracks in pipeline with time
‑
of
‑
flight diffraction technique[J].NDT&E International,2021,118:102397)、二次反射纵波(CHI D Z,et al.Shallow buried defect testing method based on ultrasonic TOFD[J].Journal of Nondestructive Evaluation,2013,32(2):164
‑
171)、LS
‑
L波(F.W.T.Yeh,et al.An alternative ultrasonic time
‑
of
‑
flight diffraction(TOFD)method[J].NDT&E International,2018,100:74
‑
83)等可替代TOFD技术。其原理是采用其它形式的缺陷端点衍射/散射波替代常规TOFD所用直接衍射波，通过传播声程增加，避免与直通波发生混叠。然而，各种可替代TOFD波形特征和适用范围相近，实际检测中方法选取较为困难，且缺乏量化适用性标准。本专利技术提出了一种可替代TOFD技术选取方法，以在实际工程检测中针对性选取适用性最强的可替代TOFD技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种可替代TOFD技术选取方法。其目的是针对实际检测中用于盲区抑制的可替代TOFD技术选取较为困难的问题，建立适用性量化标准，明确给定参数下适用性最强的可替代TOFD技术。以可替代TOFD波和结构波的最小传播时差作为适用性强弱的判定标准，并定义为量化适用度。选择量化适用度最高时对应的可替代TOFD波作为给定参数下的最适用方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种可替代TOFD技术选取方法，基于超声探伤仪、TOFD探头、倾斜有机玻璃楔块和扫查装置组成的TOFD检测系统，在给定探头中心距(Probe center separation，PCS)、工件厚度和缺陷深度范围的前提下，计算模式转换波(L
‑
S)、半跨模式转换波(LL
‑
S)、LS
‑
L波以及二次反射纵波(LL
‑
LL)的量化适用度，并给出不同方法的量化适用性三维图，以此作为可替代TOFD技术选取依据，从而应用于TOFD检测盲区抑制与近表面缺陷定量。所述方法采用如下步骤：
[0007](a)检测参数范围确定
[0008]对于任意给定的待检测平板工件厚度h和缺陷深度d，选择中心频率为f的一对
TOFD探头，并匹配倾斜有机玻璃楔块，检测中探头中心距设置为2S；其中h、d和S均是大于0的任意正数，且满足h>d；
[0009](b)结构波传播时间计算
[0010]设待测平板工件材料的纵波声速为c
L
，横波声速为c
S
；在步骤(a)确定的检测参数条件下，分别利用式(1)至式(3)计算直通波、底面反射纵波和底面反射横波的传播时间t
LW
、t
L
和t
S
：
[0011][0012][0013][0014]式中，y为底面横波反射点的偏心距，且满足费马定理，即
[0015][0016](c)可替代TOFD波传播时间计算
[0017]定义两个相向对称布置的TOFD探头的连线中点与缺陷端点的水平距离为偏心距x，探头连线中点在缺陷左侧时x＞0；在步骤(a)中确定的检测参数条件下，分别由式(5)至式(8)计算L
‑
S波、LL
‑
S波、LS
‑
L波和LL
‑
LL波的传播时间t
L
‑
S
、t
LL
‑
S
、t
LS
‑
L
和t
LL
‑
LL
：
[0018][0019][0020][0021][0022]式中，z为底面反射横波点到缺陷端点的距离，且满足费马定理，即
[0023][0024](d)可替代TOFD技术量化适用度计算
[0025]在步骤(a)中确定的检测参数条件下，分别利用式(10)至式(13)计算L
‑
S波、LL
‑
S
波、LS
‑
L波以及LL
‑
LL波的量化适用度；
[0026]A
L
‑
S
＝min(|t
L
‑
S
‑
t
LW
|,|t
L
‑
S
‑
t
L
|,|t
L
‑
S
‑
t
S
|)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0027]A
LL
‑
S
＝min(|t
LL
‑
S
‑
t
LW
|,|t
LL
‑
S
‑
t
L
|,|t
LL
‑
S
‑
t
S
|)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0028]A
LS
‑
L
＝min(|t
LS
‑
L
‑
t
LW
|,|t
LS
‑
L
‑
t
L
|,|t
LS
‑
L
‑
t
S
|)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0029]A
LL
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可替代TOFD技术选取方法，其特征在于，基于超声探伤仪、TOFD探头、倾斜有机玻璃楔块和扫查装置组成的TOFD检测系统，采用如下步骤：(a)检测参数范围确定对于任意给定的待检测平板工件厚度h和缺陷深度d，选择中心频率为f的一对TOFD探头，并匹配倾斜有机玻璃楔块，检测中探头中心距设置为2S；其中h、d和S均是大于0的任意正数，且满足h>d；(b)结构波传播时间计算设待测平板工件材料的纵波声速为c
L
，横波声速为c
S
；在步骤(a)确定的检测参数条件下，分别利用式(1)至式(3)计算直通波、底面反射纵波和底面反射横波的传播时间t
LW
、t
L
和t
S
：：：式中，y为底面横波反射点的偏心距，且满足费马定理，即(c)可替代TOFD波传播时间计算定义两个相向对称布置的TOFD探头的连线中点与缺陷端点的水平距离为偏心距x，探头连线中点在缺陷左侧时x＞0；在步骤(a)中确定的检测参数条件下，分别由式(5)至式(8)计算L
‑
S波、LL
‑
S波、LS
‑
L波和LL
‑
LL波的传播时间t
L
‑
S
、t
LL
‑
S
、t
LS
‑
L
和t
LL
‑
LL
：：：：式中，z为底面反射横波点到缺陷端点的距离，且满足费马定理，即
(d)可替代TOFD技术量化适用度计算在步骤(a)中确定的检测参数条件下，分别利用式(10)至式(13)计算L
‑
S波、LL
‑
S波、LS
‑
L波以及LL
‑
LL波的量化适用度；A
L
‑
S
＝min(t
L
‑
S
‑
t
LW
,t
L
‑
S
‑
t
L
,t
L
‑
S
‑
t
S

【专利技术属性】
技术研发人员：金士杰，罗忠兵，王志诚，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：