本标准规定了超声衍射声时技术的方法总则。本标准适用于碳素钢和低合金钢制件中不连续的检测和定量。本标准也适用于其它类型材料，前提是使用衍射声时技术时要充分考虑材料的几何和声学特性以及检测的灵敏度。本标准适用于材料中的不连续检测和GB/T 5616中所包含的应用，也包括其中提到的焊缝。选择此方法的原因在于其明确的超声探头位置和扫查方向。除非在引用文件中另有规定，否则本标准是可适用的最低要求。除非另有明确声明，否则本标准适用于表1中规定的产品等级：-- 1级，没有限制；-- 2级和3级，有关限制见第9章；-- 4级和5级，产品的检查将要求有专用的工艺规程，第9章中有类似说明。表1 产品等级等级 特征 探头面纵向截面 探头面横向截面1 具有两个平行表面（如：盘和片） 2 具有平行、共轴曲面（如：管） 3 多个方向均为曲面（如：碟形封头） 4 横截面是实心圆（如：棒和饼） 5 复杂形状（如：管口、管座） GB/T 23902-2009 无损检测 超声检测 超声衍射声时技术检测和评价方法 GB/T23902-2009 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS19.100
中华人民共和国国家标准
GB/T23902--2009
无损检测
超声检测
超声衍射声时技术检测和评价方法Non-destructive testing--Ultrasonic examination-Time-of-flight diffraction technique as a method fordetection and sizing of discontinuities2009-05-26发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
人员资格
设备要求
设备设置规程
数据解释与分析
复杂几何形状的检测和定量·
技术的局限性
无数据记录的TOFD检测
检测工艺规程
检测报告
附录A（规范性附录）
参考试块
GB/T23902—2009
GB/T23902—2009
本标准修改采用ENV583-6：2000《无损检测超声检测第6部分：超声衍射声时技术检测和评价方法》（英文版）。
本标准根据ENV583-6：2000重新起草。考虑到我国国情，在采用ENV583-6：2000时，本标准做了一些修改。有关技术性差异如下：-将规范性引用文件EN473改为GB/T9445，EN583-1改为GB/T5616，EN12668-1、EN12668-2和EN12668-3改为JB/T9214；将规范性引用文件EN583-1（见第4章和第13章）、EN583-2（见表1）中的引用内容直接翻译；
一删除了部分术语、定义和符号，增补了GB/T12604.1和GB/T20737。为便于使用，本标准还做了下列编辑性修改：一“本欧洲暂行标准”一词改为“本标准”；一删除欧洲标准的前言；
—部分条号按GB/T1.1—2000规定做修改。本标准的附录A为规范性附录。
本标准由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56)提出并归口。本标准起草单位：硕德(北京)科技有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研究院、北京时代之峰科技有限公司、常州超声电子有限公司、山东济宁模具厂、上海苏州美柯达探伤器材有限公司、上海材料研究所。
本标准主要起草人：香勇、强天鹏、彭雪莲、彭波、潘振新、魏忠瑞、金宇飞。E
1范围
无损检测超声检测
超声衍射声时技术检测和评价方法本标准规定了超声衍射声时技术的方法总则。GB/T23902-2009
本标准适用于碳素钢和低合金钢制件中不连续的检测和定量。本标准也适用于其他类型材料，前提是使用衍射声时技术时要充分考虑材料的几何和声学特性以及检测的灵敏度。本标准适用于材料中的不连续检测和GB/T5616中所包含的应用，也包括其中提到的焊缝。选择此方法的原因在于其明确的超声探头位置和扫查方向。除非在引用文件中另有规定，否则本标准是可适用的最低要求。除非另有明确声明，否则本标准适用于表1中规定的产品等级：1级，没有限制；
-2级和3级，有关限制见第9章；-4级和5级，产品的检查将要求有专用的工艺规程，第9章中有类似说明。表1产品等级
具有两个平行表面
(如：盘和片）
具有平行、共轴曲面
(如：管）
多个方向均为曲面
（如：碟形封头）
探头面纵向截面
探头面横向截面
GB/T23902—2009
横藏面是实心圆
(如：棒和饼）
复杂形状
（如：管口、管座）
规范性引用文件
表1(续)
探头面纵向截面
探头面横向截面
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标推的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然面，鼓励根据本标推达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T5616无损检测应用导则
GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证（GB/T9445-2008，ISO9712:2005，IDT)GB/T12604.1
无损检测术语超声检测（GB/T12604.1—2005，ISO5577：2000，Non-destructivetesting--Ultrasonic inspection--Vocabulary,IDT)GB/T20737无损检测通用术语和定义（GB/T20737—2006，ISO/TS18173：2005，IDT）JB/T9214A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法3术语和定义
GB/T12604.1和GB/T20737确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1
盲区dead zone
由于声源信号于涉，指示可能模糊的区域。3.2
背面盲区backwalldead zome
由于背面回波的存在，信号可能模糊的另一盲区。2
4概述
GB/T23902—2009
平行于扫查面和预定义参考线的坐标(这条参考线宜与焊缝相一致，坐标轴的起点可定义为与检查工件相一致）；
平行于扫查面，垂直于预定义的参考线的坐标；一垂直于扫查面的坐标。
图1坐标定义
4.1技术原理
TOFD技术依赖于超声波与不连续端点的相互作用。这种相互作用导致产生一个覆盖大角度范围的衍射波，对衍射波的探测可用于确定缺欠的存在。所记录的信号传播时间可测量缺欠的高度，从而能够对缺欠定量。缺欠尺寸往往由衍射信号的传播时间决定。信号幅度不用于缺欠定量评估。TOFD技术的基本组成包括一对相距一定间距的超声发射器与接收器（见图2)。由于超声波的衍射与缺欠取向无关，因此通常使用宽角度声束的纵波探头。这样就可一次扫查完成对一定空间的检查。然而，单次扫查中可检查的空间的大小是有限制的（见7.2）。发射器；
接收器。
侧向波；
上端；
内角；
一缺欠；
一下端；
背面回波。
图2TOFD的基本结构
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一个声脉冲发射后，第一个到达接收器的信号通常是侧向波（又称直通波），这个侧向波刚好从测试试件近表面传播。
当不存在不连续时，第二个到达接收器的信号叫做背面回波。这两个信号通常被作为参考，如果波型转换忽略不计，由材料中的不连续所产生的任何信号将在侧向波与背面回波之间到达，因为侧向波和背面回波分别对应发射器与接收器之间最短和最长的路径。同理，缺欠上端所产生的信号较缺欠下端所产生的信号先到达接收器。典型指示（A扫描)如图3所示。缺欠高度可从两个衍射信号的传播时间差中推算出来（见8.1.5）。注意侧向波和背面回波以及缺欠上下端回波之间的相位翻转。
-辐度；
y时间。
a—例向波；免费标准bzxz.net
b上蜡；
c下端；
d——背面回波。
图3内部缺欠的A扫播示意图
缺欠可能接近试件的上下表面或分布于整个试件的厚度内，通过扫查两个表面将提高整体精确性，尤其对于近表面的伤。
4.2裹面条件和耦合要求
所有扫查面应清除污物、氧化皮、焊渣等，并保证平整光滑以便超声耦合。另外，在检测前应消除工件表面状况可能造成的解释误差，由于衍射信号本身比较弱，恶劣的表面条件导致的信号质量进一步下降，这将严重影响检测的可靠性。
可使用不同的耦合介质，但是它们的类型应适合被检材料。例如：水、含添加剂的水（润湿剂、防冻剂或防腐剂）、连结剂、油、脂、含水的纤维紊糊等。耦合介质的特性在整个检查过程中应保持稳定并满足使用温度范围。4.3材料和加工类型
由于TOFD技术中使用的信号幅度相对偏低，所以这种方法一般适用于对超声波衰减和散射影响相对较小的材料。通常，可适用于非合金和低合金碳钢制件和焊缝中，也可用于细晶奥氏体钢和铝中。对于粗晶材料和有明显各向异性的材料，例如：铸铁、奥氏体焊接材料和高镍合金，需要进一步的有效性确认和数据处理。
通过双方协定，典型的具有人工和/或自然不连续的试件可用于确定此技术的检测能力。注意人工缺陷和真实缺陷的衍射特征会明显不同。5人员资格
从事TOFD技术的检测人员应至少符合GB/T9445或等效标推的要求，此外还应增加有关用TOFD技术检测各等级产品的培训和考试，培训和考试应按指定的书面实施细则进行。4
6设备要求
6.1超声设备和显示
GB/T23902-2009
用于TOFD技术的超声设备，应至少满足如下要求：接收器带宽应至少在探头标称频率6dB带宽的0.5～2倍范围内，除非特殊材料和产品等级要求更大带宽，可使用相适应的带通滤波器。发射脉冲可以是单极性或双极性，豚脉冲上升时间不应超出标称探头频率对应周期的0.25倍。一应以至少标称探头频率4倍的采样率对未检波信号进行数字化。对于常规应用，超声设备和扫查机构（见6.3)组合后的信号获取和数字化速度，应满足1mm至少1次A扫描。数据获取和扫查机构运动应同步选择时基线的合适部分对其中的A扫描进行数字化，并提供一个位置和长度可编程的窗口。窗口的起点应在距发射脉冲0～200us间可编程，长度应在距发射脉冲5μs～100μs间可编程。这样就可选择合适的信号（如4.1中描述的侧向波或爬波、背面回波信号、一个或多个波型转换信号)数字化和显示。
一数字化的A扫描线宜以与幅度相对应的灰度或单色阶显示，邻近相连就形成一个B扫描。图4和图5分别为非平行和平行扫查的典型B扫描。灰度或单色的色级宜至少为64级。一为了存档，设备应能将所有A扫描或B扫描（视情况而定）存储在磁性或光学储存媒介中（例如硬盘、软盘、磁带或光盘）。为输出报告，设备应能对A扫描或B扫描(视情况而定)进行硬拷贝。一设备宜具备信号均值处理的能力。获得典型TOFD信号需要的较高的增益设置，因此可能用到前置放大器，该放大器在所关注的频率范围内宜具有平坦的频率响应，并且放置在尽可能靠近接收探头的位置。对不连续进行基本和高级分析所需的附加要求见第8章。传约时间
（穿过整丹宽度）
参考线
操头移动方
向（x方向）
发射器
非平行扫查
探头移动方
向（x方向）
一垂直于声束方向的扫查。
接收器
探头移动方向（x方向）
例向波
缺陷上谱
缺陷下踏
背面回波
图4非平行扫查，左图是探头移动的典型方向，右图是相应的B扫描显示5
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参考线
探头移动
方向(y方向）
发射器
平行扫查——平行于声束方向的扫查。传输时间
（穿过壁厚宽度）
探头移动方向（方向）
接收器
侧向波
缺陷上端
缺陷下端
背面回波
图5平行扫查，左图是探头移动的典型方向，右图是相应的B扫描显示6.2超声探头
用于TOFD技术的超声探头应至少符合下列要求：探头数量：2（发射器和接收器）；类型：任意合适的探头（见7.2)；波型模式：通常用纵波；横波探头的使用比较复杂，但特殊情况下也可商定使用；一两个探头应具有相同的中心频率，公差士20%；频率：探头频率的选择见7.2；一侧向波与背面回波的脉冲长度不应超过两个周期，以峰值的10%测量；脉冲重复频率应保证连续发射脉冲的声信号间无于扰产生。6.3扫查装置
应使用扫查装置，使得两探头入射点间距离保持不变和平行排列。扫查装置的另一个功能是为超声设备提供探头位置信息，以生成与位置有关的B扫描显示。探头位置信息可通过例如增量型磁或光学编码器、电位计获得。TOFD应用中的扫查装置可用马达或手动驱动，扫查装置应具有一个合适的导向装置（钢鼓、钢带、自动跟踪系统、导向轮等）。参考线(例如：焊缝的中心线)中心的导向精度宜保持在探头间距土10%的公差范围内。7设备设置规程
7.1概述
探头选择和探头配置是重要的设备设置参数，它们在很大程度上决定着TOFD技术的整体精度、信噪比和所关注的覆盖区域。
设置规程的目的是为了确保：
足够的系统增益和信噪比，以便发现所关注的衍射信号；6
一可接受的分辨力和对所关注区域的足够双盖；系统动态范围的有效使用。
7.2探头选择与探头间隔
7.2.1探头选择
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本条规定了TOFD技术中典型探头布置，以便对薄和厚工件都能很好的检测。注意：这些布置不是强制的，为满足某一规范而提出的具体要求宜给予检查确认。对于不大于70mm厚的钢，可使用一对探头。其中对于30mm～70mm厚的钢，需要在同时具有足够分辨力和覆盖区域的前提下，方可使用一对探头。表2在3个不同的壁厚范围，列出了推荐的探头选择参数，以获得足够的分辨力和覆盖区域。衰2对于不大于70mm厚钢的探头选择推荐参数厚/
10～30
30～70
中心频率/
晶片大小/
标称探头角度
50°～70°
50°~60°
45~60°
对于厚度大于70mm的钢，壁厚应分为若干检查区，每个区覆盖一个不同的深度区域，表3列出了推荐的中心频率、晶片大小和标称探头角度，以达到对70mm～300mm厚的材料检测所需足够分辨力和覆盖区域。这些分区的检查可同时或单独进行。表3对于70mm300mm厚钢的探头选择推荐参数深度区域/
0～30
100~300
7.2.2探头间陷
中心频率/
晶片大小/
标称探头角度
50°~70°
45°~60°
45°~60°
最大衍射效率在内角大约是120°时出现。探头放置的位置宜满足能够使（想象中的)声束中心线在不连续可能出现的深度区内以大约这个角度相交。偏离这个角度大于-30°或45°，可能导致衍射回波变弱，除非能证明其检测能力，否则不宜使用。7.3时窗设置
理论上，时窗记录宜至少比侧向波到达的时间早开始1μs，并且宜至少延伸到第一个背面回波。因为波型转换可用于缺陷的识别，所以建议时窗也包括第一个背面回波波型转换信号到达的时间。作为最低要求，时窗应至少覆盖关注的深度区域，见表2和表3。用一个较小的时窗也是适当的（例如：为了提高定量精度），但很有必要验证缺欠的可检测能力，可用典型伤或附录A中的衍射人工缺陷验证。7.4灵敏度设虱
应设置探头间隔和时窗，以便后续检测。设置灵敏度的目的是为了确保不连续信号幅度在数字转换器的范围内，并且确保限制噪声是声学噪声而不是电噪声。
设备设置（包括电噪声抑制和系统增益）调节到：侧向波到达之前的电噪声，其比在侧向波到达之后的时基线区域内的电噪声，在幅度上至少低6dB。后者宜设置在幅度范围的5%左右。现在可使用典型伤或附录A中的衍射人工缺陷，来检查灵敏度设置。得到的结果可证明降低增益7
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设置是否正确或给出信噪比不足的警告。7.5扫查分辨力设置
探头位移1mm，记录一个A扫描。7.6扫查速度设置
扫查速度的选择应与7.3、7.4和7.5中的要求一致。7.7系统性能检查
建议在检测前后通过记录并比较一组有限数量的典型A扫描来检查系统性能，见JB/T9214。8数据解释与分析
8.1不连续的基本分析
8.1.1概述
报告和验收准则应在检测前由合同各方达成一致。用TOFD检测出的不连续应至少给出下列特征：—一不连续的位置（工坐标，必要情况下还需给出坐标）；——不连续的长度（）；
——不连续的深度(z)和高度（Az);一不连续的类型，限于“上表面开口”，“下表面开口”或“内部”。8.1.2不连续的特征
8.1.2.1概述
为了描述缺欠的特征，缺欠端点衍射的相位应按如下进行判定：一与侧向波有相同表观相位的信号，应认为是由缺欠的下端所产生的；一与背面回波有相同表观相位的信号，应认为是由缺欠的上端或由不可测量高度的缺欠所产生的。
如果信噪比不足，难以检测出信号的相位，则这些识别无效。8.1.2.2上表面开口缺欠
有下端衍射、侧向波中断或弱化的指示，应认为是上表面开口缺欠。有时能观察到侧向波向传播时间延长方向的轻微移动。8.1.2.3下表面开口不连续
有上端衍射且背面回波向传播时间延长方向移动或者背面回波中断(检查耦合损失)的指示，应认为是下表面开口缺欠。
8.1.2.4内部不连续
既有上端衍射又有下端衍射的指示，应认为是内部缺欠。无侧向波或背面回波指示，只有明显上端衍射的指示，应认为是无高度的缺欠。但是注意，可能因为侧向波或背面回波的指示非常弱，而导致缺欠被错误地解释。如果不确定，应采取适当措施，进行多次TOFD扫查（见8.2.1)或使用其他技术。如果要求进一步的特征描述，应按8.2。如果对缺陷的解释存有疑问，应保留对其最坏可能性的解释，直到解释被验证。8.1.3缺欠位置的评定
通常，如果假设缺欠位于两个探头中间的工、2平面和穿过两个探头中心线的y、2平面的交点处，这样得到的缺欠位置是足够准确的。缺欠指示的传播时间，也可用来评定它的位置。理论上，相同传播时间的面是一个以超声探头入射点为圆心的椭圆面。只有通过至少2次扫查才能精确确定衍射体位置（见8.2.1）。如果要求更加精确地评定缺欠的位置和/或方向，必须进行多次TOFD扫查(非平行和/或平行）。8
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