TOFD技术中的盲区介绍与计算
TOFD技术的盲区是指应用TOFD技术实施检测时，被检体积重不能发现缺陷的区域。对于上表面缺陷、因为缺陷信号可能隐藏在直通波信号下而漏检；对于下表面缺陷，其信号有可能被地面反射信号淹没而漏检。盲区和测量误差的共同作用导致了TOFD近表面问题。近表面是TOFD技术应用效果最差的区域，近表面检测有两个主要问题：一是直通波的存在影响缺陷信号显示，产生检测的上表面盲区，上表面盲区范围比下表面盲区更大，对检测可靠性的影响也更大；二是由于近表面区域的时间测量不准导致深度分辨力变差，不仅影响缺陷位置测定的准确性，而且影响缺陷高度测量精度。
直通波盲区
扫查面附近的内部缺陷的信号可能隐藏在直通波信号之下，导致无法识别，因此上表面盲区就是直通波信号所覆盖的深度范围。则盲区的深度可按下式算出：
DZ = [(c/2)2(TL+ Tp)2 -s2]1/2
= [(c/2)2(2s/c + Tp)2 -s2]1/2
= [(cTp/2)2+csTp]1/2
C：表示声速为；
2S：表示探头中心距为；
TL (= 2s/c)：表示直通波的传输时间是；
Tp：直通波脉冲时间宽度为。
TOFD检测显示的是深度而不是声程，设盲区为Dz，则有：
由上式可以看出，盲区的大小与三个量有关：c、Tp和s，其中c为材料中纵波的声速，为一定值；Tp是直通波脉冲时间宽度，与频率和探头带宽有关；s是探头中心间距的一半，取值与工件尺寸有关。
用公式计算直通波盲区,Tp取值对结果影响很大.以往资料提出Tp取直通波两倍周期。但实测结果表明，如果使用脉冲长度不超过一个半周期的短脉冲探头，且缺陷信号足够大（大于直通波振幅的50%），缺陷波与直通波相差1周期，就可以发现缺陷信号（图：缺陷波与直通波相差1周期的A扫信号和图像），如果使用的探头的脉冲长度很长,周期很多,则缺陷波与直通波相差2个周期甚至更多,也不能发现缺现信号,因此Tp取值与探头的脉冲长度和带宽有关。
Tp取直通波1个信号周期的计算值与实际测量的盲区值也不一致，实测盲区大于Tp值取1个信号周期的计算值而小于Tp值取2个信号周期的计算值，大致在Tp值取1.5个信号周期和2个信号周期的计算值之间。究其原因，认为是由于TOFD技术使用宽频带宽波束探头，信号频率是变量，处于声束边缘的直通波的频率低于探头标称频率，声波传输过程中又有频散现象，回波频率低于发射频率而导致，因此直通波的周期时间按探头标称频率取值计算是不准的。
无论Tp值取1个周期或是2个信号周期，计算得到的直通波盲区数值都很大。实际上，对50mm以下的焊缝检测，如果只进行一次扫查，盲区大致要占检测厚度的15％～25％，因此直通波盲区是检测不能忽视的问题。
减小PCS值或提高探头频率都能显著地减小盲区深度。
采用短脉冲探头也是十分重要的，如果使用的探头频带较窄，脉冲长度较大，则Tp取值就应更大，计算的盲区也更大。
用公式计算直通波盲区虽然简便易行，但不够准确。用计算机仿真软件来计算直通波盲区，结果要准确一些，但软件价格较贵。最可靠和实用的方法是通过对比试块来测定盲区大小。
底面盲区
焊缝中心底面盲区
有文献提出在焊缝中心存在着底面盲区,并给出了一个焊缝中心底面盲区高度Ddz的计算公式：
Ddz= [(c/2)2(TD + Tp)2 - s2]1/2- D
公式中：D是底面反射深度；
TD是回波信号传输时间；
Tp是底面回波信号宽度。
但理论分析和实测结果均表明，所谓“焊缝中心的底面盲区”与上表面直通波盲区性质不同。位于底部的缺陷的上尖端信号应领先于底面信号，不应被底面信号淹没。该盲区的存在只是由于缺陷信号与底面信号不重叠度的分辨能力造成的。这种分辨能力取决于D扫描图像的分辨率和肉眼观察能力，同时与缺陷信号大小、以及底面的平整程度等因素有关。
当今使用的TOFD仪器已能提供足够高分辨率的D扫描图像，用其测量底面平整试块上的足够长的槽，只要缺陷信号超前底面信号1个周期，甚至0.5个周期，就可以识别。因此，焊缝中心的底面盲区的计算公式不准确，也无计算的必要，该盲区即使存在，也是很小的，一般不超过1mm，甚至小于0.5mm。以上是底面平整的情况，如果底面有焊缝余高，则盲区会增大，由于余高部分处于盲区范围，其中的缺陷不能检出。
轴偏离底面盲区
对TOFD技术检测可靠性影响较大的底面盲区主要是轴偏离底面盲区，即偏离两探头中心位置的底面区域存在的盲区。对处于轴偏移盲区的缺陷，例如X型焊缝下坡口处或热影响区的缺陷，其信号迟于底面反射波信号到达，被底面反射波信号淹没，从而无法识别，也就不能检出。
按TOFD检测一收一发的探头布置，超声衍射信号传输时间相等位置为一个椭圆轨迹。下图所示的椭圆轨迹是与底波信号传输时间相等的衍射点位置，如果缺陷在椭圆以下区域，则信号出现在底面反射波之后，因此无法检出。此外还需说明，椭圆曲线上超声衍射信号传输时间相等的特性除了会导致轴偏离底面盲区外，还会导致深度测量出现误差。
该盲区的重要特点是其高度与距两探头中心线的相对距离，即轴偏离值有关，由图可知，距中心线越远，盲区高度就越大。在声束范围内，椭圆曲线的最大深度差在两个探头中轴线上最大深度和声束边缘最小深度之间。在针对焊缝检测时，检测区域的最大轴偏离是焊缝中心到热影响区的距离。如果底面反射波深度是H mm（工件厚度），两探头中心距是2S，则偏离两探头中心x处的轴偏离底面盲区△H可按下式计算：
△h =H-y=H-H【1-x2/(s2+H2)】1/2
= H｛1-【1-x2/(s2+H2)】1/2｝
由图和公式可以看出，轴偏离底面盲区除了与轴偏离值有关外，还与工件厚度和PCS有关，在工件厚度一定时，增加PCS可以减小轴偏离底面盲区。在实际检测中，要特别注意焊缝型式和形状对轴偏离底面盲区高度的影响。X型坡口焊缝的熔合线处的盲区高度显然大于V型坡口根部的盲区高度。X型坡口热影响区缺陷的轴偏移位置最大，最不利于检出。
对底面有余高的X型坡口双面焊焊缝，还应注意底面焊缝余高对盲区的影响。如下图所示，余高使底面反射波信号延迟，椭圆轨迹降低，也就减小了焊缝熔合线处的盲区高度。仿真和实测均表明，余高的存在使熔合线处的盲区高度减小，但却使焊缝中心位置的盲区增大。
在TOFD检测方案设计时，为防止下表面附近缺陷漏检，就必须明确需要检测的最小缺陷尺寸、检测区域、焊缝类型等，对于底面焊缝宽度较宽的焊缝实施检测，应考虑是否需要几条非平行扫查。例如采用两次偏置扫查，一次针对焊缝中心线左侧，另一次针对焊缝中心线右侧，以防止盲区内缺陷的漏检。
