GB／T 23902-2021  无损检测 超声检测 超声衍射声时技术检测和评价方法

从事TOFD检测的人员应至少符

GB/T23902—2021/ISO16828:2012

对不连续进行基本和高级分 的附加要求见第8章的相关规定

行扫查（左图是探头移动的典型方向玻璃钢管标准，右图是相应

GB/T239022021/ISO16828:2012

用于TOFD技术的超声探头应至少符合如下要求。 探头数量：2（发射探头和接收探头）。 类型：任意合适的探头（见7.2）。 波型模式：通常用纵波；横波探头的使用比较复杂，但特殊情况下也可商定使用。 两个探头应具有相同的中心频率，公差不超过土20%；探头频率的选择见7.2的规定 侧向波与底面回波的脉冲长度不应超过两个周期，以峰值的10%测量。 脉冲重复频率应保证连续发射脉冲的声信号间无干扰产生。

应使用扫查装置，使得两探头人射点间距离保持不变和平行排列。 扫查装置的另一个功能是为超声设备提供探头位置信息，以生成与位置有关的B扫描显示。探头 位置信息可通过例如增量型磁或光学编码器、电位计获得。 TOFD应用中的扫查装置可电机或手动驱动，扫查装置应具有一个合适的导向装置（钢鼓、钢带、 自动跟踪系统、导向轮等）。 参考线（例如焊缝的中心线）中心的导向精度宜保持在探头间距（探头中心间距PCS）土10%的公 差范围内

7.2探头选择与探头间隔

本条款规定了TOFD技术中典型探头配置，以便对薄和厚工件都能很好的检测。注意：这些配置 不是强制的，为满足某一规范而提出的具体要求宜给予检查确认。 对于不大于70mm厚的钢，可使用一对探头。推荐的探头选择表1显示的三种不同的参数以实现 足够的分辨力和足够的覆盖范围和壁厚范围

表1对于不大于70mm厚的钢.推荐选择的探头参数

对于厚度大于70mm的钢，壁厚应被分为若干检查区，每个区覆盖一个不同的深度区域，表2列出 了推荐的中心频率，晶片大小和标称探头角度，以达到对70mm300mm厚的材料检测所需足够分辨 力和覆盖区域。这些分区的检查可同时或单独进行。

大于70mm，且小于300mm厚的钢，推荐选择的

当夹角约为120°时，衍射效率最高。探头放置的位置宜满足能够使（想象中的)声束中心线在不 可能出现的深度区内以大约这个角度相交 偏离这个角度大于一35°或十45°，可能导致衍射回波变弱.除非能证明其检测能力否则不宜使用

应设置探头间隔和时窗以便后序检测。 设置灵敏度的目的是为了确保不连续信号幅度在数字转换器的范围内，并且确保限制噪声是声学 噪声而不是电噪声。 设备设置（包括电噪声抑制和系统增益）调节到：侧向波到达之前的电噪声，比在侧向波到达之 后的时基线区域内的电噪声，在幅度上至少低6dB。侧向波之后的电噪声宜被设置在幅度范围的 5%左右。 现在可使用典型不连续或附录A中的衍射人工不连续，来检查灵敏度设置。得到的结果可证明降 低增益设置是否正确或给出信噪比不足的警告

扫查速度的选择应与7.3、7.4和7.5的要求一致

8.1不连续的基本分析

报告和验收准则应在检测前由合同各方达成一致，并写入规范。 用TOFD检测出的不连续应至少给出如下特征： 不连续的位置（工、y坐标）； 不连续的长度（△）； 不连续的深度（）和高度（△）； 不连续的类型，限于“上表面开口”

8.1.2不连续的特征

GB/T239022021/ISO16828:2012

为了描述不连续的特征，不连续端点衍射的相位应按如下进行判定： 与侧向波有相同相位的信号应认为是由不连续的下端所产生的； 与底面回波有相同相位的信号应认为是由不连续的上端或由不可测量高度的不连续所产 生的。 如果信噪比不足，难以检测出信号的相位，则这些识别无效。

8.1.2.2上表面开口不

有下端衍射、侧向波中断或弱化（检 的指示，应认为是上表面并口不连续， 有时能观察到侧向波向传播时间延长力 方向的轻微移动

8.1.2.3下表面开口不送

有上端衍射且底面回波向传播时间延长方向移动或者底面回波中断（检查耦合损失）的指示，应认 为是下表面开口不连续

8.1.2.4内部不连续

既有上端衍射又有下端衍射的指示，应认为是内部不连续。 无侧向波或底面回波指示，只有明显上端衍射的指示应被认为是无高度的不连续。但是注意，可能 因为侧向波或底面回波的指示非常弱，而导致不连续被错误地解释。如果不确定，应采取适当措施，进 行多次TOFD扫查（见8.2.1）或使用其他技术。 如果要求进一步的特征描述，应符合8.2的相关规定。 如果对不连续的解释存有疑问，应保留对其最严重可能性的解释，直到解释被验证

8.1.3不连续位置的评

通常，如果假设不连续位于两个探头中间的3、之平面和穿过两个探头中心线的乡、之平面的交点 处，这样得到的不连续位置是足够准确的， 不连续指示的传播时间，也可用来评定它的位置。理论上，相同传播时间的面是一个以超声探头入 射点为焦点的椭圆面。只有通过至少两次扫查才能精确确定衍射体位置（见8.2.1）。 车 MNKOO

GB/T23902—2021/ISO16828.2012

如果要求更加精确地评定不连续的位置和（或）方向，应进行多次TOFD扫查［非平行和（或）平 行1。

8.1.4不连续长度的评定

评定一个不连续的长度，应通过移动探头进行一次非平行扫查直接获得。和所有超声波技术一样， 由于超声声束宽度有限，记录可能被延长，导致保守评定不连续长度。 不连续表征长度小于探头晶片大小1.5倍的指示，会因为太小而无法用常规TOFD程序来定量其 长度，但可通过附加算法来确定其不连续长度（见8.2.3）

8.1.5不连续深度和高度的评定

假设超声波能量在探头的人射点进入和离开试件，不连续位于两个探头的中间位置上（见8.1. 连续深度就可通过式（1）得出：

式中： d一一不连续顶端距表面的深度； 声速； t一一从发射到接收的传播时间； S一一两探头人射点间距离的一半。 在计算深度前，应减去超声信号在超声探头内的传播时间。否则，将导致计算出的深度出现严重 误差。 为了避免由于探头延迟的评定而引起的误差，如有可能，应由侧向波与衍射波传播时间差△t来计 算深度d.见式（2）

3.1.5.1上表面开口不连续

8.1.5.2下表面开口不连续

8.1.5.3内部不连续

不连续的高度是由上端衍射和下端衍射的深度

8.2不连续的详细分析

d =1/2 [(c△t)* + 4c△tS71/2

可进行。详细分析也包括应用计算机算法来分析数据

8.2.2.1以较低检测频率的扫查

GB/T239022021/ISO16828:2012

如果信噪比很低以至于不能详细分析不连续时，甚至多次平均也不行，可用较低检测频率扫查。 这种扫查会增大盲区和降低分辨力。 应优化设备设置参数（见第6章和第7章）

8.2.2.2以较高检测频率的扫查

为了提高分辨力、提高定量精度和减小盲区，可用较高检测频率扫查，这是以增加晶粒噪声从而 信噪比为代价。应优化设备设置参数（见第6章和第7章）

8.2.2.3减小探头角度的扫查

为了提高分辨力、提高定量精度和减少盲区，可减小探头角度和减小探头间距扫查，这是以减小 声穿透体积为代价。应优化设备设置参数（见第6章和第7章）

8.2.2.4不同探头偏移的扫查

为了获得不连续的侧向位置（y方向）和/或不连续方向，可进行不同探头间距（偏移）的平行扫查或 非平行扫查。应优化设备设置参数（见第6章和第7章）。 应检查扫查中观察到的信号的相位关系与初始扫查一致。 对于某个端点衍射信号（轨迹曲线），相同传播时间的面是一个椭圆面。如果只考虑穿过两个探头 平面.则这个恒定声程的椭圆.用式3）表达，

[d+(S y)*]1/2 +[d"+(S +y)J1/

由上式可知，衍射体距探头间中心平面的不同偏移（也就是不同的少值），将导致端点衍射的传播 时间不同，因此不连续端点的表观深度将随着不同探头位置的扫查而发生变化。 不连续端点的侧向位置（方向）可直接由平行扫查中最小表观深度位置确定。需要在不同的 坐标上做多次相邻的平行扫查，以确定不连续真实最小深度的位置。 一旦不连续的两个端点的位置和深度已知，则不连续方向就可由穿过两个不连续端点的轴线来 确定。 原则上，只要透声区覆盖足够的体积，两次偏移量不同的非平行扫查足以对不连续深度、长度和方 向的精确确定。 然而，从两次非平行扫查中不能直接确定不连续端点的位置，需要附加的软件（见8.2.3）绘制轨迹 曲线。 附加的平行扫查也可用于检测近表面不连续，近表面不连续由于接近侧向波或底面回波而很难探 测。每次扫查中不连续的表观深度都会发生变化，而附加的平行扫查能够区别出侧向波或底面回波从 而解决这个问题。

计算机算法对于分析TOFD扫查中记录下的数据是很有用。 例如： 曲线拟合叠加图可用于精确确定不连续长度（见8.1.4）。 为了发现不连续指示可去掉侧向波和（或）底面回波以免于扰造成模糊（见10.2）。如果表面粗

GB/T23902—2021/ISO16828.2012

糙不平，宜试验验证该技术的有效性。 线性算法可将整个B扫描线性化，以精确确定不连续的深度或高度。 建模算法能够描绘轨迹曲线和分析波型转换信号，从而进一步识别不连续位置、深度和方向。 需要对物理原理和建模软件有深人的了解。 用于数据分析的算法条款应在检测前在合同中达成一致

9复杂几何形状的检测和定量

对于2类产品，如果两个探头间的表面是平的或近似为平的，就没有更多限制。 否则，对于2类和所有3类产品，考虑到产品的曲率，需要改进检测工艺和解释方法。 对于4类和5类产品，将使用特殊的数据处理技术和提供特殊的实施条件。 这些情况下，适合使用计算机算法进行数据分析。 为了确定不连续检测性能，这些情况下强烈建议使用含有自然不连续或人工不连续的典型测试 试件。

TOFD技术的局限性既适用于基本的TOFD检测，也适用于TOFD定量。本章规定了正常情况 下可达到的精度限制，并且探讨了盲区对检测性能的影响。技术的整体可靠性是由许多起作用的因素 决定的，整体误差将不低于本章讨论的积累误差，这一点很重要。 严重倾斜或扭曲的不连续，例如在非平行扫查中的横向裂纹，很难检测出来，这种情形建议进行详 细的试验验证。另外，一些不严重的不连续，例如点状不连续，看上去像更严重的不连续，例如裂纹。再 次建议在适当时机，对TOFD技术辨别小裂纹的能力进行试验验证。性能验证可使检测更加精确或被 他证明文件引用

宜区别精度和分辨力。精度是确定反射体或衍射体位置能力的程度。分辨力是区别邻近衍射体能 力的程度 TOFD测量的精度受定时误差、声速误差、探头间隔误差和假设的侧向位置指示误差影响。通常， 则向位置指示误差对整体精度起主要作用

10.2.2侧向位置误差

如8.1.3所述，不连续指示的侧向位置通常被假设为两个探头的中间。事实上不连续指示将位于 个椭圆上[式（3)，由侧向位置误差（y）造成的深度误差（d）可由式（4)计算： d=(ct24S)1/2(8y/ct)/2[(0.25—y/ct)]1/2 原则上，声束的下边缘决定侧向位置误差（y）。如果波束下边缘无可靠的数据可用，应使用 yS。

如8.1.3所述，不连续指示的侧向位置通常被假设为两个探头的中间。事实上不连续指示将位于 个椭圆上[式（3)，由侧向位置误差（y）造成的深度误差（d）可由式（4)计算： d=(ct24S)1/2(8y/ct)/2[(0.25—y/ct)]1/2 原则上，声束的下边缘决定侧向位置误差（y）。如果波束下边缘无可靠的数据可用，应使用 y=S

式中： ad——深度d的误差。 使用较窄脉冲和（或)较高频率可降低定时误差

GB/T239022021/ISO16828:2012

d =cot[d2 + S2/2 /2d ++.++.+..+...+..+.+..

od=ocd*+S* S(d*S*)*/cd 该误差随着探头间距的减小而减小。已知壁厚的情况下，可通过测量底面回波的延迟时间来单独 校准声速，能大大降低声速误差。

10.2.5探头间距误差

宜注意探头间距误差是由探头间距离测量误差和入射点校准误差引起的。 当探头间距小于试件厚度的2倍，人射点不再被认为是一个固定的点，而是深度的函数。在此情 况下，如果需要精确定量，应借助于典型试件进行深度测量校准

10.2.6空间分辨力

空间分辨力（R)是深度的函数，并且可通过式（8)计算

tp一—最大幅度值的10%对应的声脉冲长度（时间)； ta一一在深度d的传播时间。 分辨力随着深度的增加而增加，并且能通过改变探头间距或声脉冲长度而得到提高

由于侧向波的存在，在表面附近造成一个盲区（D）。在盲区中，侧向波和不连续指示之间的互相 干扰造成指示模糊。盲区深度通过式（9）表达，

Dd=[ct/4+ Sct,]1/

11无数据记录的TOFD检测

在手动TOFD中，如果直接通过A扫描进行解释，应使用未检波的信号。 这种形式TOFD技术宜只用于简单几何形状的产品等级中，并且设备设置应符合7.2、7.3和7.4 的相关规定。 通常，无数据记录的TOFD检测不能像有数据记录那样进行详细研究。更难以检测相位变化、传

GB/T23902—2021/ISO16828.2012

输时间的微小变化和靠近侧向波的不连续回波

TOFD的检测工艺程序应符合ISO16810的相关规定， 具体应用条件和TOED技术的应用.取决于待检产品的类型和具体要求.应以书面形式加以描述

TOFD检测报告应符合ISO16810（如适用）的要求。 TOFD检测报告应至少包含如下内容： 试件或参考试块的描述，若有使用时； 探头类型、频率、角度、间距和相对于参考线（如焊缝中心线）的位置； 所绘制图像（硬拷贝）至少包含检测到的不连续指示所在的区域。设备设置细节和检测灵敏度 设置方法。 此外检测期间所有原始记录数据，储存在一个磁性或光学存储介质中，例如硬盘、磁带或光盘，应作 内以后的参考

TOFD检测报告应符合ISO16810（如适用）的要求。 TOFD检测报告应至少包含如下内容： 试件或参考试块的描述，若有使用时； 探头类型、频率、角度、间距和相对于参考线（如焊缝中心线）的位置； 一所绘制图像（硬拷贝）至少包含检测到的不连续指示所在的区域。设备设置细节和检测灵敏度 设置方法。 此外检测期间所有原始记录数据，储存在一个磁性或光学存储介质中，例如硬盘、磁带或光盘，应作 为以后的参考。

GB/T239022021/ISO16828:2012

参考试块是用来正确调整系统灵敏度和形成足够的空间覆盖。 参考试块的最低要求如下： a）宜使用与被检工件类似的材料制成（例如声速、晶粒噪声和表面条件）； b）壁厚应等于或大于被检工件的标称壁厚； c）表面的宽度和长度应足够探头在参考衍射体上方的移动。 测量应基于参考衍射体发出的衍射信号，参考衍射体有如下两种类型： 参考试块表面上开口的机加工槽口； 直径至少是检测便用探头标称频率2倍波长的横孔，此孔宜切至表面，以防止横孔顶端的直接 反射，见图A.1。 参考衍射体宜在被检工件标称厚度的大约10%、25%、50%、75%和90%处，

参考试块是用来正确调整系统灵敏度和形成足够的空间覆盖。 参考试块的最低要求如下： a）宜使用与被检工件类似的材料制成（例如声速、晶粒噪声和表面条件）； b）壁厚应等于或大于被检工件的标称壁厚； c）表面的宽度和长度应足够探头在参考衍射体上方的移动。 测量应基于参考衍射体发出的衍射信号，参考衍射体有如下两种类型： 参考试块表面上开口的机加工槽口； 直径至少是检测使用探头标称频率2倍波长的横孔，此孔宜切至表面，以防止横孔顶端的直接 反射，见图A.1。 参考衍射体宜在被检工件标称厚度的大约10%、25%、50%、75%和90%处

GB/T23902—2021/ISO16828.2012

表NA.1给出了本文件与GB/T23902 2009相比新增的术语和定义、符号、缩略

表NB.1给出了本文件与GB/T23902一2009相比删除的内容。

GB/T239022021/ISO16828:2012

毕业设计本文件与GB/T23902一2009相比删除的内容

表NB.1本文件与GB/T23902一2009相比删除的内容

GB/T23902—2021/ISO16828.2012

表NC.1给出了本文件与GB/T23902一2009相比修改的内容。

表NC.1给出了本文件与GB/T23902一2009相比修改的内容。

燃气标准规范范本本文件与GB/T23902一2009相比修改的内容

表NC.1本文件与GB/T23902一2009相比修改的内容

GB/T239022021/ISO16828:2012