承压设备采用超声衍射时差（TOFD）技术取代射线照相进行检测，有关其使用方法和验收标准，早在十年前的ASME规范1996版第Ⅷ卷第一分册中，就以规范案例的形式规定在案例2235-1中。在最新发布的2006增补版中，ASME规范第Ⅴ卷对TOFD法的操作技术细节在第四章《焊缝超声检测方法》强制性附录Ⅲ中，又作了较为详尽的规定；而对TOFD法的典型图谱和结果评定，则在非强制性附录中一一作了剖析和交代。本文先对TOFD检测工艺要领作一简介。

1 TOFD工艺规程要求
       TOFD施探前，先要制定切实可行的工艺规程。工艺规程中必须包括的量化要求，除ASME第Ⅴ卷第四章《焊缝超声检测方法》规定的20项通用性变素（表1）外，新规范还特别提出了6项特定性变素（表2）。
       对表1和表2中规定的主变素的变更，要求进行验证演示，以评定新参数的有效性；而对副变素的变更，则不要求重新评定。但不管是主变素或副变素，如有变更，均需在工艺规程中作出相应修改或增补。

2 TOFD设备系统要求
2.1 TOFD仪器要求
       对扫描参数的调整和信号分析，要求TOFD所用仪器提供线性的A-扫描显示。仪器放大线性和时基线性应≯±5%。新规范提出：超声脉冲发生器可通过单向或双向方波脉冲群提供激励电压。脉冲宽度应可调，以使脉冲幅度和持续时间达到最优化。超声接收器的带宽应至少与探头标称频率相等，这样探头的－6dB带宽就不会落在接收器－6dB带宽之外。接收器增益旋钮应能以≤1dB的增量调节信号幅度。系统中可设前置放大器。波形的模拟-数字变换取样率至少应为探头标称频率的4倍。要对原始数据进行数字信号处理时，波形的模数变换取样率应提高到探头标称频率的8倍。

2.2 TOFD数据显示和记录
       新规范强调：数据显示要求观测不检波的A-扫描图形，以便确定与A-扫描时基记录有关的显示闸门的始点和长度。所用设备应能将所有进入显示闸门的A-扫描图形储存到磁盘或光盘上。设备还要能提供至少64灰度等级或彩色色谱的被检焊缝的断面图。但不允许只存断面图，而不存作为TOFD信息基础的A-扫描射频（不检波）波形。TOFD显示用的计算机软件应包括将光标或波形时基线性化的算法，以便测评缺陷埋藏深度和自身高度。除储存包括波幅和时基细节的波形数据外，所用设备还要储存指示相邻波形相对位置——即编码位置的定位数据。
表1 超声TOFD检测工艺必须量化的一般要求

表2 超声TOFD检测工艺必须量化的特定要求

2.3TOFD探头要求
       对超声TOFD探头，新规范提出应至少满足以下7项要求：
① 使用一对探头（称为TOFD探头对），相向对置，一发一收；
② TOFD探头对的标称频率相同；
③ TOFD探头对的晶片相同；
④ 对峰值回波降20dB测试时， 探头脉冲持续时间应 ≯ 2 周期；
⑤ 探头可用非聚焦探头，也可用聚焦探头：前者推荐用于探伤，后者推荐用于提高定量分辨力；
⑥ 探头可用单晶片，也可用相控阵；
⑦ 标称频率应为2 ～ 15 MHz，除非检测特殊产品材料晶粒结构，需用其他频率，以保证有足够的声穿透，或提高分辨力。
除上述要求外，笔者认为TOFD探头角度的选择和布置也很重要。对壁厚T ≤70mm的钢焊缝，一般要求用一对纵波斜探头横跨在焊缝两侧。表3为对三种壁厚范围可达到足够分辨力和评定范围的探头参数推荐值。对壁厚T ＞70mm的钢焊缝，应将壁厚分成若干层，进行分层检测。表4是对T ＞ 70～300mm钢焊缝可获得足够分辨力和评定范围的探头参数推荐值。
表3 T ≤70mm时TOFD探头参数推荐值

表4 T ＞ 70～300mm时TOFD探头参数推荐值

图1TOFD 探头对最佳间距的设定
       TOFD检测的最佳探头对间距2S ( 图1 )可由下式求出：
       2S = 2dm·tg60° = 3.46 dm或S =dm·tg60° = 1.73 dm
       式中dm：缺陷高度中点离板材表面距离 (深度)。
       若声束中夹角2θ ＜ 85°或2θ ＞ 165°,就可能引起缺陷端部衍射波减弱，以致检测灵敏度降低。

2.4TOFD校验试块要求
2.4.1校准反射体
       原ASME（20004版）第Ⅴ卷仅在非强制性附录L中，提出用三种不同深度（1/4T、1/2T和3/4T）的槽形试块，作为验证TOFD系统利用衍射信号、对表面开口缺陷测深测长精度的演示试块，见图2。新规范则在强制性附录中，规定采用长度与探测面相平行的长横孔，作为调整TOFD系统在厚度范围内检测灵敏度的校准反射体。孔长至少50 mm，孔径随检测焊缝厚度而异。钻孔位置大致居于试块侧面中心，板厚T的1/4和3/4 处。
2.4.2基本校准试块
       新规范规定的基本校准试块的形状、尺寸和反射体位置见图3。若被检焊缝厚度较大，要将厚度分层检测，则相应的校准试块厚度也要分层调整检测灵敏度：每层至少设置2个孔，分别处于各层厚度Tz的1/4 和3/4处。图4表示厚度分两层检测用的校准试块示例。所选定的试块尺寸和反射体位置，应足以验证实际使用的声束角度，能在被检焊缝厚度范围内达到规定的检测灵敏度。
2.4.3校准试块厚度
      （略） 

2.5 TOFD扫查机构
       （略）

3 TOFD校准事项
       以下所述指检测对象为非管类工件。
3.1 灵敏度校准方法（略）
3.2 灵敏度的验证（略）
3.3 厚度分层检测
 （略）
3.4 覆盖宽度的验证
 （略）
3.5编码器的校准（略）

4 TOFD检测工艺要领
4.1扫查方法
（略）
4.2数据记录（选通区）
 （略）
4.3横向缺陷检测
（略）
4.4 横波辅助检测
（略）
4.5 数据取样间隔
 （略）
4.6 扫描漏缺限制
 （略）
4.7 缺陷定量和结果评定
 （略）

5 TOFD检测记录报告
 （略）

6 结论和讨论
       ⑴TOFD显示要求有A、B、D三种显示。A显示必须是不检波波形，由其相位显示可推断缺陷类别（表面或底面开口缺陷，或内部缺陷，面状或体状缺陷）；D显示可判读缺陷在焊缝纵断面中X-Z轴双向位置和范围；B显示可判读缺陷在焊缝横断面中Y-Z轴双向位置。所有显示均有编码器的同步定位数据。
       ⑵TOFD施探前，制定切实可行、有量化要求的UT工艺规程，并在含人工缺陷或自然缺陷的试块或焊接试样上进行验证演示，对保证TOFD在实际产品上进行可靠检测，具有重要意义。应对六个特定量化要求一一作出应答。
       ⑶TOFD探头一般采用对向布置、相隔一定间距的一对纵波斜探头。探头对间距要作优化考虑。探头频率和角度的选择相关于被检焊缝厚度。壁厚较薄时，用一对同频率、同尺寸、同角度的探头横跨焊缝两侧；壁厚较厚时，用多对不同角度的横跨焊缝两侧，进行分层检测。
       ⑷校准试块在TOFD检测中，是校准检测灵敏度、校验声束可覆盖范围、确定缺陷可探范围的重要器具。ASME原规范采用槽型试块，槽的形状和端部特征体现了面状缺陷特征，要求用该试块作验证演示。新规范规定了设有上、下、中三横孔的校验试块，作为灵敏度校准试块，便于校验声束在厚度方向上的可覆盖范围；对厚板则提出了分层检测的孔型试块。长横孔作校验反射体有易加工、且适用于各种声束角度的优点。
       ⑸TOFD是双探头检测法，通常要设计专用机械手，使其夹持探头对和编码器同步动作，探头对间距要能根据焊缝厚度和声束角度易于调节。必要时还可停下来，用慢动作对相关显示进行复检和诊断。
       ⑹新规范提出一般采用中心扫查法，即探头对连线中心对准被检焊缝中心线；当焊缝宽度较大，或为检测焊缝熔合线或坡口熔合面上的面状缺陷时，规定还需作两次偏心附加扫查。被检焊缝有横裂纹检出要求时，探头对还应置于磨平的焊缝表面，作平行于焊缝轴线的扫查。
       ⑺TOFD检测主要是用斜射纵波检测，根据缺陷端部的衍射波来检测缺陷，并对缺陷进行定位、定量和表征分类的。近表面和近底面的缺陷，由于侧向波和底面回波脉冲宽度的影响，有可能识别不了。为弥补这一缺点，尚需用普通斜探头对表层和底层作补充检测。在自动检测装置中，一般通过多组探头对和多种角度的单探头的平列设置来统筹解决。
       ⑻ TOFD技术是1972年由英国哈威尔核工业无损检测中心的M.G.SiLk博士首创的。迄今为止，世界上已公布的有关TOFD法的应用标准主要有：英标 BS 7706：1993，欧标 ENV 583-6：2000，日标 NDIS 2423：2001，美标 ASME 规范案例 2235：1996，2003，2005，ASME 2004版第Ⅴ卷第四章非强制性附录E-475，L-410～491，2006增补版强制性附录Ⅲ其中，有TOFD图谱识别辅导内容的为英标和美标（以上除日标外，笔者均有细节介绍散见于国内相关期刊上）。