Ultraschall – Time of Flight Diffraction (TOFD)
Ultraschall – Time of Flight Diffraction (TOFD)
Die Flight Diffraction (TOFD) ist eines von drei Ultraschallverfahren, die Metal Check im Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung anbietet.
Zu diesen Verfahren gehören:
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Time of Flight Diffraction (TOFD)
Was ist die UUltraschall – Time of Flight Diffraction (TOFD) Prüfung?
Time of Flight Diffraction (TOFD) ist eine hochentwickelte und äußerst präzise Methode der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP), die in erster Linie zur Erkennung von Rissen und anderen feinen Materialfehlern eingesetzt wird. TOFD wurde in den 1970er Jahren entwickelt, um die damals weit verbreiteten Methoden der Schweißnahtprüfung zu verbessern, und hat sich seither als eines der zuverlässigsten Verfahren zur Detektion von Fehlern etabliert, insbesondere in sicherheitskritischen Industrien wie der Energieerzeugung, dem Druckbehälterbau, der Öl- und Gasindustrie sowie im Kraftwerksbau.
Vorteile der TOFD-Methode
TOFD bietet gegenüber anderen zerstörungsfreien Prüfmethoden, insbesondere der klassischen Ultraschallprüfung (UT) und der Phased Array Ultraschallprüfung (PAUT), mehrere entscheidende Vorteile:
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Hohe Empfindlichkeit und Präzision:
- TOFD ist besonders empfindlich gegenüber feinen Fehlern, insbesondere Rissen. Das Verfahren ist in der Lage, Risse im Material auf submillimetergenauer Ebene zu erkennen. Dies macht es ideal für sicherheitskritische Anwendungen, in denen bereits kleine Risse fatale Auswirkungen haben könnten.
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Unabhängigkeit von der Fehlerorientierung:
- Im Gegensatz zu herkömmlichen Ultraschallmethoden, bei denen die Ergebnisse stark von der Ausrichtung des Fehlers zur Schallstrahlrichtung abhängen, ist TOFD weitgehend unabhängig von der Defektorientierung. Dies bedeutet, dass TOFD auch bei Fehlstellen, die ungünstig zum Schallstrahl liegen, verlässliche Ergebnisse liefert.
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Schnelle und umfassende Datenerfassung:
- TOFD bietet die Möglichkeit, große Flächen eines Materials schnell zu scannen, ohne dass der Prüfkopf oft neu positioniert werden muss. Das Verfahren erfasst kontinuierlich Daten, was zu einer schnelleren Prüfung führt.
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Hohe Genauigkeit bei der Fehlergröße:
- TOFD ist in der Lage, die exakte Größe und Form von Fehlern zu bestimmen, insbesondere von durchgehenden Rissen. Dies ermöglicht eine genauere Einschätzung des Schweregrads eines Fehlers und unterstützt die Entscheidung, ob Reparaturen notwendig sind.
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Digitale Auswertung und Nachbearbeitung:
- Da TOFD ein vollständig digitales Verfahren ist, können die erfassten Daten sofort ausgewertet und gespeichert werden. Die digitale Auswertung ermöglicht es zudem, die Prüfberichte einfach zu archivieren, Fehleranalysen durchzuführen und die Ergebnisse für spätere Vergleichsprüfungen zu verwenden.
Funktionsweise der TOFD
TOFD unterscheidet sich von traditionellen Ultraschallverfahren durch die Art und Weise, wie es Schallwellen verwendet, um Materialfehler zu erkennen. Während herkömmliche Ultraschallmethoden (UT und PAUT) auf die Reflexion von Schallwellen an Fehlstellen angewiesen sind, basiert TOFD auf der Messung der Diffraktion von Schallwellen an den Kanten von Defekten. Diese Methode liefert sehr präzise Informationen über Risse und ermöglicht es, Fehler sowohl in der Tiefe als auch in der Länge des Materials exakt zu vermessen.
TOFD verwendet in der Regel zwei Prüfköpfe:
- Ein Sender, der hochfrequente Ultraschallwellen in das Material einleitet.
- Ein Empfänger, der die diffraktierten Schallwellen aufnimmt, sobald sie auf eine Fehlstelle stoßen.
Der entscheidende Aspekt bei TOFD ist die Flugzeitmessung der Ultraschallwellen. Wenn die Wellen auf einen Defekt wie einen Riss oder eine Fehlstelle treffen, werden sie an den Grenzflächen des Defekts diffraktiert. Diese diffraktierten Wellen werden vom Empfänger registriert. Durch Messung der Laufzeit der Wellen zwischen Sender und Empfänger lässt sich die Position, Tiefe und Größe des Defekts genau bestimmen.
Die Methode ist besonders wertvoll, da sie sowohl feine Fehler als auch größere Risse erkennt und dabei extrem genaue Messungen liefert, unabhängig davon, ob der Fehler parallel oder senkrecht zur Schallwellenrichtung verläuft.
Detaillierte Phasen der TOFD-Prüfung
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Schallwellenerzeugung: Der Sender erzeugt hochfrequente Schallwellen, die in das zu prüfende Material eingeleitet werden. Diese Wellen breiten sich durch das Material aus und suchen nach Fehlstellen, an denen sie entweder reflektiert oder diffraktiert werden.
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Durchdringung und Diffraktion: Wenn die Schallwellen auf einen Riss oder eine Materialunregelmäßigkeit treffen, brechen die Wellen an den Risskanten. Dieser Vorgang wird als Diffraktion bezeichnet. Die diffraktierten Wellen tragen Informationen über den Fehler, die von der normalen Schallausbreitung abweichen und spezifisch für die Fehlerstelle sind.
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Aufnahme der Wellen: Der Empfänger erfasst die diffraktierten Schallwellen, die Informationen über die Tiefe, Größe und Länge des Defekts liefern. Durch die Messung der Zeit, die die Wellen benötigen, um vom Sender zum Empfänger zu gelangen, lassen sich die genauen geometrischen Merkmale des Fehlers bestimmen.
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Analyse der Daten: Da TOFD ein vollständig digitales Verfahren ist, können die erfassten Daten unmittelbar ausgewertet und in einem detaillierten Bild dargestellt werden. Diese Bilder zeigen den genauen Ort des Fehlers, seine Tiefe und seine Ausdehnung im Material. Die digitalen Daten können gespeichert, analysiert und bei Folgeprüfungen wieder verwendet werden.
Wann ist TOFD die richtige Wahl?
TOFD ist das ideale Verfahren, wenn es auf eine exakte Rissdetektion und eine präzise Fehleranalyse ankommt. Es bietet eine hohe Auflösung, ist weitgehend unabhängig von der Defektorientierung und liefert zuverlässige Ergebnisse in sicherheitskritischen Anwendungen. Aufgrund seiner Präzision und Empfindlichkeit ist TOFD besonders in Bereichen unverzichtbar, in denen bereits kleinste Materialfehler gravierende Folgen haben können, wie in der Druckbehälterprüfung, der Schweißnahtinspektion oder der Kraftwerksprüfung.
Die Kombination von PAUT und TOFD wird häufig gewählt, um eine umfassende Materialprüfung zu gewährleisten – PAUT bietet breitere Flächenerfassungen und TOFD detaillierteste Rissanalyse.
Vergleich der von Metal Check angebotenen Ultraschallprüfungen:
UT, Phased Array Ultraschallprüfung (PAUT) und Time of Flight Diffraction (TOFD)
Die zerstörungsfreie Materialprüfung setzt stark auf verschiedene Ultraschallprüfverfahren, die eine zentrale Rolle bei der Qualitätssicherung spielen. Metal Check bietet dabei drei bewährte Verfahren an: die klassische Ultraschallprüfung (UT), die Phased Array Ultraschallprüfung (PAUT) und die Time of Flight Diffraction (TOFD).
Jedes dieser Verfahren bietet spezifische Vor- und Nachteile, die je nach Material und Prüfanforderungen variieren. Im Folgenden präsentieren wir einen umfassenden Vergleich dieser drei Techniken, um unseren Kunden die bestmögliche Beratung bei der Wahl des optimalen Verfahrens für ihre individuellen Bedürfnisse zu ermöglichen.
Fazit: Wann welches Verfahren wählen?
- Ultraschallprüfung (UT) ist die kostengünstige und einfach anwendbare Lösung für Standardprüfungen, besonders bei einfachen Bauteilen und dicken Materialien.
- Phased Array (PAUT) bietet eine hohe Bildqualität, präzise Ergebnisse und ist ideal für komplexe Bauteile oder Anwendungen, bei denen schnelle und detaillierte Analysen erforderlich sind.
- TOFD ist die Methode der Wahl, wenn es auf feinste Rissanalyse ankommt. Es eignet sich besonders für sicherheitskritische Anwendungen, bei denen Risse unabhängig von ihrer Ausrichtung erkannt werden müssen.
Oft werden PAUT und TOFD zusammen eingesetzt, um eine umfassende Materialprüfung zu gewährleisten. PAUT deckt größere Flächen ab und TOFD bietet detaillierte Rissanalyse, insbesondere bei Schweißnähten und kritischen Bauteilen.
Fragen zur Time of Flight Diffraction (TOFD) Prüfung
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