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小于12mm薄板如何进行TOFD检测

浏览量:136次发布时间:2020年11月18日

薄板TOFD检测遇到问题

(1)到达接收探头的变形波信号,随试件板厚减小而增多;

(2)试件厚度减小时,侧向波与底波的间距也减小。因裂纹端部回波(由纵波引起)总是位于侧向波与底波之间,故薄板检测时的瞬时分辨力起着决定性作用。信号重叠会使传播时间难以计算;

(3)试件厚度减小时,临界缺陷尺寸也会相应减小。这会导致缺陷两端部衍射回波之间的间距也减小,通常会使端部衍射信号重叠,以致无法计算信号传播时间。

2.jpg

薄板TOFD检测解决措施

(1)选用最佳检测参数(如探头间距,探头角度,频率等);

(2)用变通的信号处理法——隐藏信号识别法测量重叠信号的传播时间。


TOFD--W方法

TOFD在薄板焊缝检测中经常遇到表面盲区的影响,表面盲区是由直通波和底波的脉冲宽度造成的,在实际检测过程中,如果试件厚度较薄(厚度小于10mm)或者缺陷位于盲区范围内(大约近表面5mm内),缺陷波就容易与直通波或底波发生混叠,从而无法直观地对缺陷进行定量定位,这是TOFD在薄板焊缝应用时必须考虑的问题。


上表面盲区可近似通过式(1)表示。

3.png

这里,tL为直通波持续时间,tP为直通波脉冲长度。


为了改善上表面盲区,通常有以下几种方法:

(1)减小探头中心距,提高时间分辨率。

(2)增大探头的角度,增大声束的覆盖范围。

(3)提高探头的中心频率,减小单个脉冲宽度,从而减小脉冲长度tP。


然而,余高的影响使得探头中心距不能小于焊缝宽度,同时,侧向波的幅度变强,回波宽度增加,反而会影响系统的分辨力。

增大探头角度易产生表面波,探头频率增大会带来声压衰减,同时声束覆盖范围也会减小。

所以,需要综合考虑。

一般情况下表面盲区要比上表面盲区小。

与传统TOFD声束直接入射在缺陷产生衍射波不同,TOFDW基于声波在试件底面产生的反射波对缺陷进行检测如图3(a)所示,其传播路径类似于‘W’型反射,故把这种检测方法记作TOFDW。

这样,直通波和底波相对于近表面缺陷产生的衍射波之间的时间轴上距离将增大,从而避免了波形混叠的干扰现象。同时,近表面区域也可以得到声场的覆盖,摆脱了探头声束宽度的限制。


如图3(b)所示,在试件中有5条纵波传播的路径,其中路径1是直通波,路径2是纵波直接入射在缺陷上产生的衍射波,当缺陷为近表面缺陷时,路径2将会与路径1的发生波形重叠,路径3是发生一次反射的底面回波,路径5是声束与试件上下面发生‘W’型反射的回波,路径4是缺陷回波,首先与底面发生一次反射,再经过缺陷产生衍射波,最后通过一次底面反射后达到接收探头,波形出现的位置如图3(b)所示。

4.png

如图4所示,缺陷的投影距离可表示为:

5.png

实际深度:

d=2T-d'(3)

其中,tD为缺陷波与直通波之间的时间差;T为试件厚度。


TOFDW方法主要应用于近表面缺陷的检测,通过在铝板上加工出长15mm宽0.2mm距上表面1mm的电子束焊缺陷面,其缺陷埋深测量结果误差在0.3mm以内。

同时,使用TOFDW方法对焊缝进行了检测,试验证明对于实际深度为2mm的缺陷,测量误差在0.5mm以内。


以上所提到的声波传播均只表示纵波的单一声程路径,实际上,由于入射纵波和横波的波形转换,工件内的波形成分复杂。试件内发生波形的转换如图5所示。

为了防止变形横波成分的干扰,探头间距至少是试件厚度的4倍,这样三次反射纵波(即图5中LLLL波)才会出现在变形横波(LS波)之前。


由于TOFDW声程要比传统TOFD长,往往使用较高的系统增益值,这使得高频声噪明显增加,加上近表面缺陷的声波声强较声束中心线上的强度弱,这使得缺陷波幅值降低,尽管TOFD并不是以声波幅值为判断缺陷大小的依据,但仍需要声波幅值比噪声大以使波形位置可辨,通过小波变换降噪后的信号强度增大1倍。

5.jpg

希尔伯特-黄信号处理

Chen等人引入基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-HuangTransform,HHT)的信号处理方法来对薄板电子束焊垂直表面裂纹进行定量定位。


具体的方法:

首先,通过本征模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)把信号分解成有限个频率从高

到低的固有模态分量和一个残余分量;

然后,排除噪声信号,选取能量较高的信号进行重构,重构信号满足信噪比要求(≥6dB);

最后,利用希尔伯特变换获取重构信号的包络,包络波峰反映出声波信号到达探头的时间。


总结

对于试件厚度小于12mm的薄板焊缝进行TOFD检测时,由于直通波与底波之间传播时间差变小,容易使缺陷波与直通波或底波发生波形的混叠,给缺陷的定量和定位带来困难;针对薄板焊缝中的超声TOFD存在近表面检测盲区的问题,但通过采用:

(1)优化检测系统;

(2)改变声波入射路径,尽量摆脱直通波和底波盲区的限制(如TOFDW);

(3)信号处理,达到识别波形混叠中的缺陷波位置(如ESIT、希尔伯特-黄变换);

(4)必要时辅以常规表面检测、A超等手段。


是可以将TOFD检测技术应用于薄板焊缝检测的。

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