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超声衍射时差法(Time of Flight Diffraction,TOFD)是一种利用缺陷端角衍射波时间差对缺陷定量的无损检测方法,具有定量精度高、缺陷检出率高、检测结果不受缺陷取向及回波幅值影响等优点,被应用于石油化工、电力及天然气等领域各向同性材料检测。TOFD检测以直通波信号作为缺陷定量基准,管道曲面导致直通波传播路径与工件表面不重合,存在缺陷定量精度低、近表面盲区较大及图像检测分辨力不足的问题。本文基于衍射纵波信号,考虑管道曲率半径、探头中心距(Probe Center Spacing,PCS)与缺陷上、下端点之间几何关系,实现管道盲区外缺陷长度及角度精准定量;根据模式转换波传播声时大于衍射纵波的声传播特性,将其应用于管道TOFD检测,实现管道近表面盲区内缺陷定量检测;为在减小盲区的基础上提高成像质量,通过合成孔径聚焦技术(Synthetic Aperture Focusing Technology,SAFT)重建B扫查模式转换波图像。以外圆半径148.0 mm,壁厚30.0 mm碳钢管道TOFD检测为例,主要研究内容如下:1.基于管道TOFD检测衍射纵波定量公式,考虑管道曲率半径、PCS和裂纹上、下端点深度之间的几何关系,给出盲区外裂纹长度和角度优化后定量公式。模拟检测结果显示,对于盲区外深度8.2 mm、长度4.0 mm、角度10°-50°的埋藏型裂纹,经优化后裂纹长度定量误差由0.34 mm降至0.24 mm,角度定量误差由5.87°降至4.57°。实验检测结果表明,对盲区外深度8.2 mm、长度4.0 mm、角度30°的人工切槽,经优化后人工切槽长度定量误差由0.30 mm降至0.27 mm,角度定量误差由2.74°降至0.28°。2.基于模式转换波传播声时大于衍射纵波的声传播特性,结合其与管道曲率半径和裂纹上、下端点之间的声程关系,给出管道盲区内裂纹长度和角度定量公式。模拟检测结果显示,盲区内深度及长度均为3.0 mm、角度10°-50°的裂纹上、下端点衍射纵波均与直通波混叠,利用模式转换波得到裂纹长度定量误差最大为0.27 mm,角度定量误差不超过1.57°。实验检测结果表明,对于盲区内深度及长度均为3.0 mm、角度30°的人工切槽,利用模式转换波定量人工切槽长度误差为0.14 mm,角度定量误差为1.44°。3.利用B扫查模式转换波图像弧顶点定量误差最小的特性,以该点作为A扫描信号时间基准,通过SAFT技术对模式转换波信号逐点聚焦,在减小近表面盲区的基础上,削弱甩弧现象,提高成像质量。模拟检测结果显示,对盲区内深度3.0-6.0 mm的底面开口槽B扫查图像实施SAFT重建后,模式转换波甩弧现象得到削弱,底面开口槽端点深度定量误差不超过0.11 mm。实验检测结果表明,经SAFT处理后,甩弧现象得到抑制,对于盲区内3.0 mm的底面开口槽深度定量结果为2.86 mm,误差为0.14 mm。