Time of Flight Diffraction

Das TOFD-Verfahren (Time of Flight Diffraction) ist ein Ultraschall–Prüfverfahren, welches vor allem bei der Prüfung von Schweißnähten eingesetzt wird. Während üblicherweise Fehlstellen im Material durch die Analyse von reflektierten Signalen aufgespürt werden, nutzt TOFD vor allem die Beugungssignale, die von Ungänzen herrühren. TOFD ist eine der wenigen Prüftechniken, die in der Lage ist einen Fehler oder eine Ungänze relativ genau mit Länge, Tiefe und Höhe zu beschreiben. Alle anderen Ultraschallprüfverfahren beschreiben eine Ungänze aufgrund des Reflexionsverhaltens und nicht aufgrund der realen Ausdehnung.

Verfahren

Verwendet werden Prüfkopfpaare (Sender und Empfänger), die möglichst breitbandig longitudinale Ultraschallwellen aussenden. Das TOFD - Verfahren wird vorrangig für die Schweißnahtprüfung eingesetzt, da es sich besonders gut für die Längsfehlerprüfung eignet.

Die Prüfung erfolgt teil- oder vollmechanisiert, mittels eines Scanners werden beide Prüfköpfe entlang der Schweißnaht geführt und senden in fest vorgegebenen Abständen Ultraschallsignale in die Schweißnaht. Ein integrierter Inkrementalgeber erfasst den zurückgelegten Weg.

Hierbei entstehen Schallfeldverläufe. Die kürzeste Verbindung zwischen dem Sender- und Empfangsprüfkopf entspricht der Oberflächenwelle. Sie wird auch in der Fachliteratur als Lateralwelle (LW) bezeichnet. Der längste Schallweg, der zwischen beiden Prüfköpfen auftreten kann, gehört zum Weg über die Rückwand. Deshalb wird dieses Signal auch Rückwandecho (RW) genannt. In einer anzeigenfreien (also fehlerfreien) Schweißnaht beschreiben diese beiden Wellen die Oberfläche und die Rückwand des zu prüfenden Bauteils, es sind keine zusätzlichen Signale zwischen den beiden Echos vorhanden. Treten jedoch zusätzliche Echos auf, so sind diese durch Ungänzen im zu prüfenden Volumen entstanden. Durch den auftreffenden Ultraschallimpuls auf die Ungänze werden an ihren Rändern neue Ultraschallwellen, die so genannten Diffraktions- oder Beugungswellen (BW), entstehen. Diese breiten sich kugelförmig aus, gelangen ebenfalls zum Empfangsprüfkopf und erzeugen eine entsprechende Anzeige.

Die erzeugten Beugungswellen lassen sich aufgrund einer Phasenverschiebung von 180° und der jeweiligen Laufzeit der oberen und unteren Spitze der Ungänze zuordnen. Da diese Vorgänge sehr schnell und für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ablaufen, werden die einzelnen Ultraschallbilder in Abhängigkeit des zurückgelegten Weges aneinander gereiht. Zur besseren Lesbarkeit werden anschließend die Amplituden der einzelnen Signale in Graustufen umgewandelt, so dass ein Scan-Bild entsteht.