[发明专利]一种能确定缺陷尺寸及位置参数的TOFD检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能精确描述缺陷尺寸及位置参数的TOFD检测方法。

技术背景

衍射时差法(TOFD)是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。与常规超声脉冲回波检测技术相比TOFD能够提供更先进的缺陷检测和定量能力，所以目前TOFD技术作为一种标准的检测技术在锅炉和压力容器行业得到广泛的应用，同时也得到了ASME 2235，ASTM E2373-04，CEN ENV 583-6，BS7706等标准的认可。但目前的TOFD检测技术不能给出缺陷在工件中的截面分布，所能测量的缺陷尺寸是一种近似尺寸，建立在一定的假设基础上，而不是精确的缺陷尺寸，这些对于一些重要设备的安全评价而言，是不能满足要求的，因此有必要采用一些技术手段，能测量缺陷（尤其是一些危害性缺陷如裂纹等）的精确尺寸。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种方便、且能精确描述缺陷尺寸及位置参数的TOFD检测方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种能确定焊缝缺陷尺寸和位置的TOFD检测方法，该方法步骤如下：

1）在焊缝的一侧放置一个发射探头，焊缝的另一侧放置两个接收探头，分别为第一接收探头、第二接收探头，其中第一接收探头靠近焊缝；

2）建立一个数学模型

① 首先，定义以下参数，其中缺陷m上端为a，下端为b，其中以缺陷a点为例，确定其位置、尺寸；

D  被检工件厚度,为已知参数；

s  声波在工件中传播的声速,为已知参数；

c1  发射探头、第一接收探头间的距离的一半,为已知参数；

c2  发射探头、第二接收探头探头间的距离的一半,为已知参数；

h1  缺陷上端a距离工件上表面的尺寸，为所求参数；

L1  缺陷距离发射探头的水平尺寸，为所求参数；

ta1 发射探头发出的波到a的时间，为未知参数；

ta2  第一接收探头收到a点衍射波时间，为未知参数；

ta3  第二接收探头收到a点衍射波时间，为未知参数；

a1=(ta1+ta2)*s/2,从TOFD检测仪上获取，为已知参数；

a2=(ta1+ta3)*s/2,从TOFD检测仪上获取，为已知参数；

② 构建函数，确定缺陷的位置及尺寸

缺陷m位于由发射探头、第一接收探头为焦点的、长轴为2a=(ta1+ta2)*s=2*a1、焦距为2c=2*c1的椭圆上，且又位于由发射探头、第二接收探头为焦点的、长轴为2a=(ta1+ta3)*s=2*a2、焦距为2c=2*c2的椭圆上，因此确定两椭圆的交点坐标m(x,y)即可确定缺点的位置及尺寸；

令三个探头所在直线为x轴，y轴位于发射探头、第一接收探头中间，与x轴相垂直，由于缺陷位于发射探头、第一接收探头之间的焊缝上，所以                                                ，又缺陷仅位于探头的一侧，所以y仅正或仅负，令y仅有正值；则建立以发射探头、第一接收探头为焦点的椭圆方程如下，

以发射探头、第一接收探头为焦点的椭圆方程

以发射探头、第二接收探头为焦点的椭圆向x轴正向移动了z=c2-c1的距离，所以椭圆方程为

    

由式1、式2联立求解的x,y值，利用matlab软件编程计算求解，其中：

舍去不在(-c1,c1)的x值，即可求得a点的位置坐标，

y即为缺陷m到工件上表面的距离h1，

缺陷到发射探头的水平距离L1=x+c1；

③ 确定其他点的位置

同理可求解缺陷另一端b点位置的坐标，然后做出工件截面的缺陷分布位置图，并根据a、b点坐标获取缺陷相对于工件表面的倾斜程度；在TOFD数据分析中，对两个接收探头各自生成的D扫描灰度图上被认为是同一个缺陷产生的衍射回波位置进行标定，获取a1、a2参数，又c1、c2、s为检测时已知参数，即可根据上述参数计算出缺陷分布示意图。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：