基于频谱分析原理减小TOFD检测近表面盲区的方法

摘要

一种基于频谱分析原理减小TOFD检测近表面盲区的方法，属于超声无损检测技术领域。该方法采用一套包括TOFD超声检测仪、集成TOFD操作软件的计算机、TOFD探头、扫查装置、校准试块及数字示波器构成的超声测试系统。针对TOFD检测中近表面区域进行扫查，对采集到的包含有缺陷信息的混叠时域信号进行频谱分析，读取幅度谱中谐振频率，结合材料纵波声速计算出直通波与缺陷上尖端衍射波声程差，进而确定近表面盲区内缺陷埋深。与其他减小近表面盲区深度的方法相比，该方法对硬件系统无额外要求，不受限于被检工件厚度，具有较好的工程应用价值。

主权项

一种基于频谱分析原理减小TOFD检测近表面盲区的方法，其特征是：采用一套包括TOFD超声检测仪、集成TOFD操作软件的计算机、TOFD探头、扫查装置、校准试块及数字示波器构成的超声测试系统，所述超声测试系统对包含有近表面缺陷信息的混叠时域信号进行采集及后处理，并根据频谱分析后得到的幅度谱中谐振频率fn计算缺陷上尖端衍射波与直通波的声程差，进而确定近表面缺陷埋深，所述方法的测量步骤如下：（1）对被检工件近表面区域TOFD检测参数进行选择，根据被检工件情况，针对厚度方向小于工件厚度20%，宽度方向至少覆盖整个焊缝这一检测范围，选择合适的探头并调整探头中心间距、时间窗口范围、检测灵敏度、脉冲重复频率和扫查增量；（2）确定步骤（1）TOFD检测参数下的近表面盲区深度，利用与被检工件声学性能相同的对比试块，通过试验测定近表面盲区的大小，或者测量直通波脉冲宽度tp，根据近表面盲区计算公式（1），通过理论计算得到近表面盲区深度 D ds = [ ( ct p 2 ) 2 + sct p ] 1 2 - - - ( 1 ) 其中，Dds是近表面盲区深度，c是材料纵波声速，tp是直通波脉冲宽度，s是1/2探头中心间距；（3）对被检工件近表面进行扫查并采集时域信号，利用校准好的上述TOFD测试系统，基于步骤（1）中确定的检测参数进行检测，将TOFD探头对称放置于被检工件焊缝两侧，沿焊缝方向进行D扫查，根据直通波的变化发现近表面 缺陷，明确缺陷在焊缝长度方向上的位置后，沿垂直于焊缝方向对目标缺陷进行B扫查，记录存储得到B扫图，并通过数字示波器将B扫查抛物线顶点处的时域信号导出；（4）对采集得到的B扫查抛物线顶点处时域信号进行频谱分析，由于直通波具有一定脉冲宽度，导致直通波与近表面缺陷的上尖端衍射波发生波形混叠，根据波的干涉原理，在对采集到的混叠时域信号进行FFT变换所得到的幅度谱中fn处会出现极大或极小值 f n = nc 4 l ( n = 1,2,3 . . . ) - - - ( 2 ) 其中fn和n分别为谐振频率和谐振频率阶数，l是直通波与缺陷上尖端衍射波之间的半声程差；读取谐振频率，根据公式（2）计算得到l，代入公式（3）中，即可求得缺陷埋深d d = ( s + l ) 2 - s 2 - - - ( 3 ) 其中，d是近表面缺陷埋深，s是1/2探头中心间距。