GB／T 41115-2021  焊缝无损检测 超声检测 衍射时差技术（TOFD）的应用

探头选择建议，如表2所示，

简单对接接头的推荐1

电气标准规范范本简单对接接头的推荐TOFD设置

GB/T41115—2021/ISO10863:2020

简单几何形状的对接接头，应根据被检工件壁厚进行单组或多组设置（单通道或者分区扫查）（见表2）。 对于其他焊缝，例如X形焊缝、两侧母材不等厚焊缝或过渡段，探头设置建议见表2。此时，探头设置的 有效性应在参考试块上验证。为保证对焊缝厚度方向声束全覆盖，宜按表2选择探头设置。宜注意选 择合适的参数组合。例如，在壁厚15mm～35mm范围内，频率为10MHz、声束角度为70°和晶片尺 寸为3mm的探头可用于检测厚度为16mm的接头，但不适用检测厚度为32mm的接头。 对于A级和B级检测，TOFD设置的有效性推荐在参考试块上验证。 对于C级和D级检测，所有TOFD设置的有效性应在参考试块上验证。 如果工艺参数未按表2设置，则设置的有效性应在参考试块上验证。 对于在役检测，主声束交点宜设置在重点检测区域

扫查步进设置取决于被检工件的厚度。当工件厚度不大于10mm时，扫查步进不应超过0.5mm。 当工件厚度大于10mm且不大于150mm时，扫查步进不应超过1mm。当工件厚度超过150mm，扫 查步进不应超过2mm

扫查面应有足够的宽度以保证所有设置中的探头都能放置。 扫查面应保持平整，无影响探头耦合的表面多余物（如铁锈、松散氧化皮、焊接飞溅、沟槽等）。由表 面波纹导致的探头和检测面间隙不应大于0.5mm，必要时应打磨扫查面以满足上述要求。 表面粗糙度Ra不超过6.3μm的机加工表面或表面粗糙度Ra不超过12.5μm的喷丸表面可认为 满足检测要求。

告使用常规探头和耦合剂，被检工 件表面温度应在0℃50℃范围内。 当超出此温度范围，应验证检测设备的适用性

为获得良好的图像，应使用透 头和被检二 工件间耦合良好。 范围和灵敏度设定时使用的耦合剂应与 检测和核查的耦合剂相同。

为了确保检测的可重复性，应建立固定的基准点坐标

因TOFD技术可检测出母材分层，所以通常不要求检测前对母材进行分层检测（常用直探头检

因TOFD技术可检测出母材分层，所以通常不要求检测前对母材进行分层检测（常用直探头检

近焊缝的母材中不连续可能导致产生怀疑区域可

GB/T41115—2021/ISO10863.2020

在按本文件和ISO16828实施检测之前，应设定检测范围和灵敏度。对TOFD设置中任何一项参 更改，如探头中心间距(PCS)改变，均重新设定检测范围和灵敏度， 噪声宜最小化，如进行信号平均处理

10.1.2脉冲回波时间窗

脉冲回波时间窗口应至少保证声束覆盖表2所示的深度范围： 仅使用单组设置（单通道）的全厚度范围检测，时间窗口起点宜至少在直通波的起始前1μs，时 间窗口终点宜至少在工件底面一次波型转换波之后； b）若使用多组设置（分区扫查），时间窗口应至少确保重叠深度范围的10%。 应在被检工件上验证时间窗口的起始点和范围

10.1.4灵敏度设定

对于所有检测等级，应在被检工件上设定灵敏度。直通波幅度应在满屏高度（FSH)的40%～80% 之间。如果直通波不可用（如表面条件，使用较小角度），应使用底面反射波设定灵敏度，在满屏高度的 基准上，再增益18dB～30dB。若直通波和底面反射波均不可用，调整增益将材料晶粒回波幅度设定 在满屏高度的5%～10%，宜将此增益设定为检测灵敏度。 对于B级、C级和D级检测，应使用足以检测相应深度区域真实不连续的参考试块验证灵敏度 若不适用，则使用机加工的规则反射体（如槽和横孔）代替，见10.3

检测过程中至少每4h和检测结束时，应核查范围和灵敏度设定。如果系统参数更改或怀疑等效 设置发生变化时，也应核查范围和灵敏度设定。初始设定和核查宜使用相同参考试块。如果初始设置 时参考试块和已知声学传播特性差异较小的试块相互参照使用，则核查时也可使用该声学传播特性差 异较小的试块。 若不使用参考试块，而是使用被检工件进行核查，则应在与初始核查相同的位置进行后续核查。 按10.1.3和10.1.4规定，若发现与初始设置发生偏离，应按表3修正。

表3灵敏度和范围修正

根据不同的检测等级，应通过参考试块验证检测设置（如声束覆盖范围、灵敏度设置等）的有效 的参考试块及要求见附录A

10.3.3尺寸和形状

参考试块厚度宜代表被检工件厚度。因此，厚度宜限制在与被检工件的厚度相关的最小值和最大 直以内。 参考试块的厚度推荐为被检工件厚度的0.8倍～1.5倍，但厚度差最大不超过20mm。在参考试块 底面检测区域，宜确保超声主声束与探头中心线法线的夹角不应小于40°（参见图A.1）。参考试块的最 小厚度宜确保所选探头主声束交点的深度始终处于参考试块内（参见图A.2）。 参考试块的长度和宽度宜保证在适当的扫查范围内有足够的空间扫查所有的人工不连续。 当检测管状工件纵向焊缝时，应采用曲面参考试块，其直径应是被检工件直径的0.9倍1.5倍。 当被检工件的直径大于或等于300mm时，可使用平面参考试块，

10.3.4参考反射体

体。典型参考反射体包括横 射信号的槽

两个探头以相对于焊缝中心线的固定距离和方向，平行于焊缝扫查。 在扫查期间收集的数据可用于检测和定量。对于初始扫查检测到的TOFD指示，可能需要如偏置 扫查、垂直于不连续的扫查或补充TOFD设置扫查等辅助评定。 所选择的扫查速度应确保获得满意的图像（见12.2）。基于扫查步进、信号平均、脉冲重复频率、数 据采集频率和检测范围覆盖等因素选择扫查速度。扫查线丢失表明扫查速度过快。在单次扫查过程中 数据的丢失量不可超过总量的5%，相邻两根数据线不应同时丢失。 如果焊缝分多次扫查，相邻两次扫查至少有20mm的区域重叠。当检测环焊缝时，第一次扫查的 起点和最后一次扫查的终点也至少有20mm的区域重叠

GB/T41115—2021/ISO10863:2020

在扫查期间，直通波、底面反射波信号、材料晶粒噪声或波型转换波的幅度降低12d，以上时，可能 表示耦合不良（参见图B.7和图B.8）。若怀疑耦合不良，则应重新扫查该区域。若检测结果仍不令人满 意，则应来取适当的措施。 在扫查期间，直通波饱和或晶粒噪声波幅超过满屏高20%（>20%FSH)时，应采取纠正措施并重 新扫查。

TOFD图像的解释和分

TOFD图像解释和分析的基本步骤如下。 a）评价TOFD图像的质量。 b）识别TOFD相关指示和区分TOFD非相关指示。 c TOFD相关指示的分类如下： 1）埋藏型（线状、点状）； 2）表面开口型。 d）定位（通常在轴和z方向上的位置)和定量（长度和高度）。 e）根据验收条款，评定图像，

12.2TOFD图像质评价

TOFD检测应采集可接受的图像，以确保有效评定图像。可接受的图像由如下因素确定： a）耦合，见8.7和第11章； b）数据采集，见第11章； c）灵敏度设定，见10.1.4； d）时基范围设置，见10.1.2。 TOFD图像质量评价要求由具有技能和经验的检测人员进行（见7.1）。检测人员应决定质量不佳 的图像是否重新采集（重新扫查）。 可接受和不可接受的TOFD图像示例，见B.1

12.3TOFD相关指示鉴别

应评价可接受的TOFD图像是否存在TOFD指示。TOFD指示从图像中的图案或扰动识别。 焊缝中的不连续和被检工件的几何形状均可形成TOFD图像。检测人员有必要了解被检工件的 几何形状，以鉴别TOFD图像是否由被检工件的几何形状产生。由被检工件内部或实际几何形状产生 的TOFD图像称为非相关指示。TOFD非相关指示的示例，见B.3。 为了确定TOFD指示是否为由焊缝中的不连续导致的相关指示，检测人员应综合考虑该指示的形 貌及信号波幅，通过与正常背景噪声信号对比，对图像或扰动进行评价。必要时，TOFD指示的范围可 通过与相邻区域的灰度值或图像对比进行确定

12.4TOFD相关指示分类

TOFD相关指示的幅度、相位、位置和图形包含不连续性质的信息。 通过分析如下特征，TOFD相关指示分类为表面开口型不连续或埋藏型不连续： a）直通波的扰动；

b）底面反射波的扰动； 直通波和底面反射波之间的TOFD指示； d）直通波和底面反射波之间的TOFD指示的相位； e）在第一次底面反射波后的波型转换信号。 熔焊接头中不连续的典型TOFD图像，见B.2。

12.4.2表面开口型不连续的TOFD指示

表面开口型不连续可分为三类（见12.4.2.2～12

表面开口型不连续可分为三类（见12.4.2.2～1

12.4.2.2扫查面表面开口型不连续

这种类型指示特征为不连续的 及直通波的减弱或消失（并非总是观 察到）。来自下尖端的TOFD指示可能 ，但通常可在图像的波型转换部分中观察到。对 于较小的不连续性，可能仅观察到直通 波的较小延迟的下沉

4.2.3底面表面开口型

这种类型指示特征为不连续的上尖端信号产生的条状图案以及底面反射波的减弱、消失或变形(并 非总是观察到）。

12.4.2.4穿透型不连续

12.4.3埋藏型不连续的TOFD指示

题型不连续通需不影响直通波或底面反射波 里藏型不连续可分为三类（见12.4.3.2～12.4.3.4）

12.4.3.2点状不连续

12.4.3.3无法测高的条状不连续

类型指示特征为有明显上尖端信号的条状图案。

12.4.3.4可测高的条状不连续

这种类型指示特征为位于不同深度位： 指示的下尖端信号通常与直通波同相位

12.4.4难以分类的TOFD指示

无法按12.4.2和12.4.3分类的TOFD指示，要求进一步检测和分析。

根据第11章采集的检测数据，确定符合ISO16828规定的不连续在平行于焊缝轴线方向（方向） 10

GB/T41115—2021/ISO10863:2020

和焊缝厚度方向（之方向）的位置。 点状不连续的位置由轴坐标和z轴坐标表示。条状不连续的位置应由其两端点的工轴坐标和2 轴坐标表示。 进行辅助扫查确定符合ISO16828规定的方向位置信息。 重建算法可获得更为精确位置，如使用合成孔径聚焦计算（SAFT）

和焊缝厚度方向（之方向）的位置。 点状不连续的位置由轴坐标和z轴坐标表示。条状不连续的位置应由其两端点的工轴坐标和2 轴坐标表示。 进行辅助扫查确定符合ISO16828规定的方向位置信息。 重建算法可获得更为精确位置，如使用合成孔径聚焦计算（SAFT）

12.6指示长度和高度

不连续的尺寸由其指示的长度与高度确定。 指示长度由指示在工轴坐标差值确定。 指示高度由指示在任意工轴位置上z轴坐标最大差值确定。 见图1、图2和图3，

图1扫查面表面开口型不连续的长度和高度

12.6.2指示长度测定

示分类，应按12.6.2.2或12.6.2.3规定的方法测定

根据指示分类，应按12.6.2.2或12.6.2.3规定的方法测定指示的长度。 12

图2底面表面开口型不连续的长度和高度

图3埋藏型不连续长度和高度

12.6.2.2延伸的线形指示长度测定

GB/T411152021/ISO10863.2020

这种类型指示用双曲线光标拟合。假定不连续两端延伸且为有限长度，则指示两端可辨识的 示不连续的长度（见图4）。

12.6.2.3延伸弯曲的表面开口型指示的长度测定

12.6.2.3延伸弯曲的表面开口型指示的长度测定

图4使用双曲线光标拟合的长度测定

这种类型的指示在厚度方向上变化显著。 双曲线光标定位在指示两端时间延迟为不连续上下端点信号时差的三分之一处。指示两端光 的间距表示不连续的长度（见图5）。

GB/T411152021/ISO10863:2020

12.6.3指示高度测定

图5延伸弯曲的表面开口型指示的长度测定

应在A扫图形中考相位关系选择信 定（见 6)： 一方法1：测量信号波前间的传播时间； 方法2：测量首个峰值间的传播时间； 方法3：测量最大幅度间的传播时间； 方法4：测量首个零值信号间的传播时间

12.6.3.2表面开口型不连续

时间测量的光标位置方法1、方法2、方法3和

扫查面表面开口型不连续的指示高度由直通波和下尖端衍射信号之间的最大差值确定（见图1）。 底面表面开口型不连续的指示高度由上尖端衍射信号和底面反射信号之间的最大差值确定（见 图2）

12.6.3.3埋藏型不连续

埋藏型不连续的指示高度由同一工轴坐标位置的上尖端衍射信号和下尖端衍射信号之间的 值确定（见图3）。

所有相关TOFD指示进行分类并确定其位置、长度和高度后，应根据规定的验收条款进行 OFD指示分为“可接受”或“不可接受”。

侧报告应至少包含如下内容。 引用本文件，如GB/T41115。 被检工件信息： 1）被检工件标识； 2) 尺寸; 材料和产品门类； 4) 几何结构； 5) 焊接接头位置； 6) 焊接工艺和热处理状态； 7) 表面状态及温度，如超出0℃～50℃范围；

GB/T41115—2021/ISO10863:2020

8）被检工件制造阶段。 检测设备信息： 1）TOFD仪器包括扫查装置的制造商、型号和标识号（如需要）； 2） 探头的制造商、型号、频率、晶片尺寸、声束角度和标识号（如需要）； 参考试块信息和编号（如需要）； 4） 耦合剂类型。 d) 检测工艺信息： 1） 检测等级和书面检测工艺规程（如需要）； 2） 检测目的和检测范围； 3） 参考点和坐标系； 4） TOFD设置； 5） 范围和灵敏度设定方法及具体值； 6) 信号处理和扫查步进设定的详细信息； 7) 偏置扫查的详细信息（如需要）； 8） 空间受限和与本文件的任何偏离（如有）。 e) 检测结果信息： 1）适用的验收条款； 不可接受的TOFD相关指示位置的TOFD图像； 3） 列表记录不可接受的TOFD相关指示的分类、位置和尺寸以及验收评价结果； 4） 检测数据； 5）检测人员的姓名、签字和资格

8）被检工件制造阶段。 检测设备信息： 1）TOFD仪器包括扫查装置的制造商、型号和标识号（如需要）； 2） 探头的制造商、型号、频率、晶片尺寸、声束角度和标识号（如需要）； 3） 参考试块信息和编号（如需要）； 4） 耦合剂类型。 d) 检测工艺信息： 1） 检测等级和书面检测工艺规程（如需要）； 2） 检测目的和检测范围； 3） 参考点和坐标系； 4） TOFD设置； 5） 范围和灵敏度设定方法及具体值； 6） 信号处理和扫查步进设定的详细信息； 7） 偏置扫查的详细信息（如需要）； 空间受限和与本文件的任何偏离（如有）。 e) 检测结果信息： 1）适用的验收条款； 2） 不可接受的TOFD相关指示位置的TOFD图像； 3） 列表记录不可接受的TOFD相关指示的分类、位置和尺寸以及验收评价结果 4） 检测数据； 5） 检测人员的姓名、签字和资格

沥青路面标准规范范本推荐参考试块的厚度满足10.3.3、A.1.2和A.1

试块的厚度满足10.3.3、A.1.2和A.1.3的要求。

GB/T41115—2021/ISO10863:2020

在参考试块底面检测区域，宜确保超声主声束交点与探头中心线法线的夹角不应小于40°（见 图A.1），以避免出现试块底部无衍射区。 若Z为主声束交点的深度，则2S为探头中心间距(PCS)，α是所选设置的声束角度。按图A.1所 示，最大厚度t可由公式（A.1）计算：

图A.1参考试块的最大厚度

参考试块的最小厚度tmin，宜确保所选探头主声束交点的深度Z始终处于参考试块内（见图A.2）， 即tmin≥Z.

参考试块的最小厚度tmin，宜确保所选探头主声束交点的深度Z始终处于参考试块内（见图A tmin≥Z。

标引序号说明： min —参考试块的最小厚度； 主声束交点的深度。

灭火系统标准规范范本图A.2参考试块的最小厚度