TOFO的由来：

TOFD 是Time Of Flight Diffraction的英文缩写，是一种利用超声波衍射时间差进行检测的无损检测方法。

TOFO检测原理：

超声TOFD方法是采用一对频率、尺寸、角度相同的纵波探头进行探伤；一个作为发射探头，另一个作为接收探头，两探头相对位置在焊缝两侧且探头中心在同一直线上，发射探头发射横向纵波，在无缺陷部位接收探头首先按收到直通波，这种波在两个探头间以纵波速度进行传播，然后接收到反射回波（back wave）。

如果在工件中存在裂纹缺陷，则在缺陷的两端除普通的反射波外，在缺陷的上下端点，还将分别产生衍射波，其衍射能量耒源于缺陷端部。

这两束衍射波号在直通波与底面反射波之间出现，缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。

与常规脉冲器声波检测的区别：

TOFD检测原理相对于常规脉冲器超声波检测方法两个重要不同点：

①陷衍射信号与缺陷角度无关；

②定位、定量的误差与信号的幅度无关。

这也是TOFD技术得以快速发展的原因

采用TOFD对薄壁堆焊层裂纹缺陷的检测

堆焊层缺陷通常有：

①表面缺陷包括裂纹、气孔和夹渣等；

②堆焊层内的缺陷，一般为夹渣和未融合；

③堆焊层与母材未结合；

④堆焊层下母材热影响区再热裂缝（纹），趋向基本垂直于母材表面；当厚度δ＜5mm堆焊层时，灵敏度极低。

裂纹的高度计算

裂纹的高度的检测，通常是测定沿工件表面传播的直通波和缺陷端部产生的衍射波的传播时间差△t实现的。只要知道工件的纵波声速V和2个探头间距2S，则缺陷上下端埋藏深度由下式求出：

d=1/2[△t2 v2+4△tvs]1/2

式中：v——纵波声速

△t——直通波与衍射波之间的传播时间差；

s——1/2的探头间距。

由缺陷上下端埋藏深度即可求得缺陷在板厚方向的高：H=d1- d2

式中：H——裂纹高度；

d1——裂纹上端点距上表面的距离；

d2——裂纹下端点距上表面的距离；

模拟试块的制备

利用电火花、线切割加工不同尺寸的人工线状裂纹模拟母材下再热裂纹缺陷。

试块母材为普通碳钢，堆焊层为合金钢，尺寸为270mm×30mm×40mm，在试块堆焊层侧等间距加工了八个不等高度、宽度为0.2mm的人工裂纹。

(TOFD原理示意图)

(TOFD图像)

采用TOFD检测的经济效益：

1）采用TOFD检测可不用采取防护措施，省去曝光室等高昂建造费用，少则省去数十万，多则数百万；

采用TOFD检测不再需要常年累月的耗材消费，按一千米焊缝检测为例，射线检测至少需要3000张以上的胶片，而TOFD检测除了消耗耦合剂外，没有任何其它费用；

采用TOFD检测让“检测人员一般在晚上工作”的情况彻底改观，可以多种工种同时工作，极大提高工作效率；

采用TOFD检测让“今天检测明天拿结果”的情况成为历史，现在已经可以“立等可取”了，也就是现场检测可以现场对焊缝情况进行评估，现场进行返修，大大加快了生产进程；

采用TOFD检测，我们再厚的容器也不怕了，厚度在X射线检测的时候需要满足很多现场条件，而TOFD检测中，一台仪器可以搞定12-400毫米厚工件，而且不同厚度工件检测能保持一样的速度。

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，操作成本低。

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。

5）当今使用的TOFD检测系统都是高性能数字化仪器，完全克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，还可用于缺陷扩张的监控，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。

TOFD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成都的重要指标，厚度方向的长度，射线是很难达到的。

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；而射线检测只能酱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，扫查速度快，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，降低了检测工作的效率，阻碍了整个工程进度。

7）TOFD检测成本低，重复成本少；而射线检测，建造暗示需要较高的投入，平时工作中的耗材成本重复发生，综合成本相对较高。

总结：

TOFD检测技术首先是应用于核工业设备检验，如今在核电、建筑、化工、石化、长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用，TOFD检验技术的成本是脉冲回声技术的1/10。

TOFD检测技术在西方国家也是一个热门话题，已经开始推广应用，经过几年以后，将有取代RT趋势的可能。

目前，TOFD检验技术及设备在我国拥有数量比较少，主要用于厚壁容器的检测。

按照目前的TOFD检测技术发展和使用态势，随着无损检测人员对这方面技术学习，相信未来大有可能取代具有一定危害性，对防护要求比较高的RT检测技术的可能性！