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超声衍射时差（TOFD）技术原理简介（含图表）

1.超声衍射时差(TOFD)技术介绍

TOFD“”即Timeofflightdiffraction，译成中文是“超声

波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波

遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常

反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的

大小和深度。极大地提高了缺陷检出率。TOFD检验技术

具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造

时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型

式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。

此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、

石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。

上个世纪七十年代早期，英国原子能管理局

(UnitedKingdomAtomicEnergyAuthority，即UKAEA)的

国家无损检测研究中心的Harwell实验室提出了了超声

波衍射在UT中应用的原理。UKAEA为了开发比常规超

声波检测更精确的缺陷定量技术，最早由史可毛瑞斯·

(SILKMG)博士开发出了超声衍射时差技术

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(TimeofFlightDiffraction，简称TOFD)。后来欧美国家的

有关机构进行了大量的试验，到80年代早期证实，对于

核反应堆的压力容器和主要部件，TOFD技术作为超声检

测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声检测(即脉

冲回波)技术；相比常规的脉冲回波技术，当时的TOFD

技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误

差±1mm，而裂纹监测的误差±0.3mm；二是对缺陷的

方向和角度不敏感，不向脉冲回波技术那样对某些方向的

缺陷有“盲区”；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，

而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。

后来开发了便携的设备系统(即国际无损检测中心的

ZIPSCAN)，TOFD技术被国际工业界广泛公认。90年代，

该项技术开始应用与石油化工管线的检测。此后，BSI、

ASTM、ASME以及EN等相继承认了TOFD检测技术，

颁布并不断修订了有关标准。而发展到今天，世界上有很

多无损检测设备制造商开发了很多数字化的无损检测系

统可以满足上述标准进行TOFD检测。当然，顶尖的制

造商的设备系统可能还具备或者同时兼容常规超声、超声

相控阵(PA)、常规涡流(ECT)和涡流阵列(ECTARRY)检

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测。

2.TOFD的主要原理

超声衍射时差技术(TOFD)是一种依靠从检件工件内

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。

当超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发

生叠加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，可

以判定缺陷的大小和深度。当超声波在存在缺陷的线性不

连续处(欧洲很多标准中都使用discontinuity一词，即理

解为材质的不连续结构)，如裂纹等处出现传播障碍时，

在裂纹端点处除了正常反射波以外，还要发生衍射现象。

衍射能量在很大的角度范围内放射出并且假定此能量起

源于裂纹末端。这与依赖于间断反射能量总和的常规超声

波形成一个显著的对比。

超声波在工件内的传播遵循惠更斯原理，除在缺陷表

面产生超声波的反射波外，还在缺陷的端点或端角处产生

衍射波。衍射波被接收后经过仪器放大，由于缺陷端点和

端角间的传播时间的差异，检测仪器可以自动记录和计算

出时间差，进而对缺陷大小进行计算；同时计算机系统还

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搜集相关的数据，通过全功能的A扫、B扫和C扫，对

该缺陷进行数字成像，形成易于理解的被检工件的截面

图，对缺陷进行成像显示