超声衍射时差法在船舶检验中的应用
李峰航运学院海事管理1102班 0121112740220
摘要：本文介绍了在我国正在兴起和应用的TOFD技术的基本概念、原理、特点,以及相关标准规定、应
用情况、技术对比及技术难点的突破等,并提出努力开创船舶焊接检测工作使用超声TOFD技术替代射线方
法的新局面。

关键词：焊缝检测超声检测时差法衍射波船舶检验
正文：由于航运的发展和军事上的需要,船舶趋于大型化和专业化,造船技术随之迅速发展，造船业已成为
世界上最主要的重工业部门之一。

然在船舶的建造中 焊接是其中的关键和支撑技术 焊接的总工时和成
本各占船体建造的总工时和成本的30-40% 。

因此焊接质量的高低直接关系着船舶质量。

焊缝的检验包含内容较多,包括焊缝的焊前检验、焊缝的焊接规格和表面质量检验、焊缝内部质量检验。

而焊前的检验一般都具有较高的检测手段确保检测结果的准确。

而焊后检测一般较困难。

传统的焊缝
内部检测手段往往无法满足实际的检测要求。

超声波衍射法TOFD成像技术在焊缝检测应用中具有自身独
特的优势, 在众多的无损检测方法中,超声无损检测方法以其穿透能力强、检测深度大、缺陷定位准确、
灵敏度高、速度快、成本低、使用方便以及对人体和检测对象无害的优点而倍受青睐,成为国内外应用最广、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。

1 TOFD 技术概述
1.1 发展状况
20 世纪70 年代，衍射时差法超声检测（Time offlight diffraction，以下简称TOFD）技术问世于英国，最初应用于核反应堆的厚壁压力容器检测[1]。

20 世纪末，随着计算机技术的飞速发展，TOFD 技术与数
字化超声设备相结合，发展成为一种超声成像检测技术。

21 世纪初，TOFD 技术引入我国，先后在西气
东输和神华煤液化工程中应用成功，目前TOFD 技术被广泛应用于核工业、航空航天、电力、机械制造、
石油、化工等领域。

1.2 检测原理
TOFD 是1 种新型超声检测技术，它可通过超声波的尖端衍射来检测缺陷，通过波的传播时差测
量缺陷，通过信号的图像化处理来显示缺陷[1]。

进行TOFD 检测时，发射探头发射声脉冲。

一般情况下，
接收探头首先接收直通波，最后接收底面反射波。

如有缺陷存在，则在直通波和底面反射波之间还会接收
到缺陷端点（或边界）的衍射波，如图1 所示。

上述波信号最初表现为A 扫描信号，连同位置
编码器传出的坐标值被主机接收，经数字图像化处理，最终形成B、D 等二维图像扫描显示。

检测人员
主要根据这些显示进行缺陷的定性、定位及定量[2]。

优缺点与常规超声检测技术相比，TOFD 技术主要具有以下优点[3]：
（1）测量精度高（一般为±1 mm），并能测量缺陷的自身高度，但有一定的测量误差；常规超声检测
无法测量缺陷自身高度。

（2）可以检出有效区域内任意方向上的缺陷。

（3）借助B、D 扫描显示，有效提高了缺陷检出率及缺陷定性的准确性，降低了误判率。

（4）一次扫查即可得到整条焊缝的信息，并可离线分析。

但是，TOFD 技术是由超声检测技术发展而来
的分支，仍然存在超声检测固有的局限性，如不能精确检测近表面缺陷、难以检测各类粗晶材料等。

3 特种试块的设计加工
针对船舶上电站锅炉、压力容器、承压管道，钢板连接焊缝的结构
特点及焊接缺陷的类型和分布规律，设计了不同种试块，在试块的不同位置上制作了14 个缺陷，包括未
熔合、裂纹、气孔、夹渣、未焊透5 类缺陷。

试块焊缝的结构形式包括等厚对接、不等厚对接及根部错边。

6 缺陷的分析
对TOFD缺陷成像的图形进行分析，进而对缺陷定性、定量。

首先，依据缺陷成像的形状对缺陷进行定性分析，区分缺陷为何种形式。

例如，熔焊试件的主要缺陷
有气孔、夹渣、裂纹、未焊透及未熔合等，要求检测人员对缺陷的TOFD表现形式比较熟悉。

通常需要提
取D扫描图像中的A型显示的RF波形，通过其提供的相位信息
推断缺陷的种类和性质。

然后，对缺陷作定量分析，确定缺陷的位置、自身高度等信息。

缺陷的高度
和位置根据上下尖端衍射信号与直通波的时间差确定（直通波相位与上尖端衍射信号相反，与下尖端衍射
信号相同），对于取向平行于上表面或与上表面夹角较小的缺陷，往往需要采用B扫描或辅助脉冲回波法
进行检测。

比较常见的缺陷如下所示[2]。

（1）密集气孔。

（2）上表面开口缺陷。

（3）底面开口缺陷。

（4）
埋藏缺陷。

（5）横向缺陷。

超声波探伤作为钢结构焊接质量控制的主要手段，而由超声波探伤演变而来的超声衍射时差法在一定
程度上简化了检测工艺，提高了检测精度。

随着科学技术的不断发展，相信会有更好的检测技术出现，文
中只是简介了超声衍射时差法的一些内容和它在船舶检验中的应用。

我们只有不断地学习新技术，积累实
际经验，才能把工作做的更好。

李家伟，陈积懋．无损检测手册[M]．北京：机械工业出版社，2004．
[2] 郑晖．超声检测[M]．北京：中国劳动社会保障出版社，2008．
ENV583—6:2000,无损检测超声检验第6部分:
衍射时差法探伤和定量[S].[2] BS7706:1993,超声衍射时差法探伤、定位和定量———
声检验取代射线照相[S].[4] NDIS2423:2001,TOFD法缺陷测高方法[S].[5] 李家伟,陈积懋,等.。