关于超声TOFD法学习笔记3(修改稿)

                  缺陷“真、伪”埋藏深度曲线的制作方法

0序言

       TOFD法根据时差(声程)计算出的缺陷埋藏深度，是假定缺陷在探头对连线的中垂线上(以下简称“中垂线”)。这就出现了两个问题：

      (1)偏离中垂线的、不同埋藏深度的缺陷，会出现：它们的声程相同，计算出的缺陷埋藏深度相同(偏大)，而实际埋藏深度较小的情况。

      《承压类特种设备无损检测人员资格复考资料汇编》第105页有个图，名称为“题18图3非平行扫查缺陷位置的不确定性”。图中圆弧曲线上的各点，代表埋藏深度不同的缺陷，但它们的声程L(或时差Δt)是相同的(图中曲线上一点的声程L=T1+T2，曲线上各点的L均是相等的)。根据声程计算出的缺陷埋藏深度是相同的，都等于处于中垂线上的最大值；而缺陷的实际埋藏深度却是不同的。这是条中间下凹的圆弧曲线，我把这条曲线称为“计算埋藏深度相同、实际埋藏深度不同的曲线”(以下简称“真深度曲线”，曲线1)。

      (2) 偏离中垂线的、相同埋藏深度的缺陷，根据时差(声程)计算出的埋藏深度是相同的么？答案应该是否定的。我猜想这是条中间上突的圆弧状曲线，称它为“实际埋藏深度相同、计算埋藏深度不同的曲线”(以下简称“伪深度曲线”，曲线2)

      出于好奇，我推导了这两条曲线的制作方法。本文以计算埋藏深度与底面反射波声程相同的各点真深度曲线(曲线1)和底面各点(实际埋藏深度相同)的伪深度曲线(曲线2)制作为例，说明了制作方法，并进行了讨论。如有不当，望专家和读者朋友指正。

      由于本人不会电脑制图，只能叙述要点，请读者见谅。

1曲线1的制作方法

1.1求底面反射波声程

      设探头对发射和接受两点分别为工件上的A、B，间距AB=2s，设平板形工件厚度为T，底面上C点为底面回波的反射点，则底面反射波声程

                    L=AC+BC=2(S2+T2)1/2                    (1)

      例如：已知T=30mm，2S=110mm，S=55mm，则

                  L=125.3mm

1.2求与底面反射波同声程的两个极限点的埋藏深度

      设AN⊥AB，BM⊥AB，AN=BM=x。N和M是两个处于A和B正下方，实际上并不在扇形波范围的两个几何、极限点，但在几何关系上它们与底面反射波同声程，

                AN+NB=BM+MA=L                     

        NB2=BM2=x2+(2S)2=(L-x)2               (2)

      例如：本例，已知2S=110mm，L=125.3mm，代入公式(2)，解一元二次方程，得              x=14.5mm

      即N或M两个极限点的埋藏深度AN=BM=14.5mm，它们与底面反射波同声程。

1.3画弧线

      用作图法，求过N、C、M三点圆周的圆心O，以OC为半径画出弧线。

     也可用计算法求出半径OC的长度，这是简单的几何问题，略去。

2曲线2的制作方法

      延长AN至D，延长BM至E，使AD=BE=T，D、C、E是工件底面上的三个点，如前述，C点是底面回波的反射点。

      延长AD至P，延长BE至Q，设P、C、Q为处于伪深度曲线上的三点。经过一系列计算证明：曲线1和曲线2是两条(近似)以DCE为轴的对称曲线。

                     DP=DN=BM=BQ

      如本例，DP=DN=BM=BQ=30mm-14.5mm=15.5mm。AD或BE，它们的实际深度为工件厚度T=30mm，但它们的伪深度AP=BQ=30mm+15.5mm=45.5mm。

      过P、C、Q三点找出圆心O1，以O1C为半径，画出弧线。

3讨论

   (1) 由于探头对相对倾斜放置，这两曲线实际应用弧段长度大约为中垂线左右各一个焊缝的长度。

   (2)曲线1表明：曲线上埋藏深度不同的各点(缺陷)，声程是相同的，计算埋深是相同的。曲线与中垂线相交的点，埋藏深度最大，该处的计算值与实际值相等。离中垂线越远，实际埋藏深度越小。非平行扫查所谓“深度测不准”，原因就在此。

   (3) 曲线2表明：实际埋藏深度相同的缺陷，或说同一个缺陷，距中垂线位置不同时，计算出的埋藏深度是不同的。位于中垂线上的缺陷，计算的埋藏深度最小，但它与实际值是相等的。平行扫查就是根据此道理确定缺陷埋深的。

   (4) 曲线1和曲线2只是定性地邦助我们理解TOFD法关于缺陷埋深的一些知识，实际应用时，没必要绘制。