Technika TOFD

Technika badań ultradźwiękowych TOFD (Time of-flight diffraction) jest uzupełniającą techniką badań ultradźwiękowych, o wysokiej szybkości skanowania, z możliwością rejestracji uzyskanych wyników. Stosowana jest najczęściej do badań powtarzalnych elementów, takich jak spoiny o podobnych wymiarach.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych badań UT spoin, technika TOFD wykorzystuje dwie ustawione naprzeciw siebie, w stałej odległości, specjalne szerokopasmowe głowice kątowe fal podłużnych, częstotliwości 5 ÷ 15 MHz, z których jedna służy jako nadajnik, a druga jako odbiornik. Głowice służą do nasłuchu obecności ech dyfrakcyjnych, powstających na krawędziach – górnej i dolnej – napotkanych wad materiałowych. Ze względu na charakter rejestrowanych sygnałów czułość badania jest o rząd wielkości większa niż przy konwencjonalnych badaniach UT – większe są też wymagania co do jakości powierzchni skanowania, z których wprowadzane są i odczytywane sygnały ultradźwiękowe, oraz tłumienia materiału rodzimego i spoin. Lokalizacja wad odbywa się na podstawie czasu przejścia fali ultradźwiękowej, a pomiar wielkości wady na podstawie różnic czasu przejścia pomiędzy krawędziami wady.

Do sprawdzenia skalowania i ustawienia czułości służą specjalne wzorce czułości, wykonane dla materiałów o określonej grubości z szeregiem sztucznych wad, zwanych dyfraktorami, o określonej geometrii (zakończenie dyfraktora ostrosłupem o kącie wierzchołkowym 60°).

Technika TOFD jest znormalizowana wg PN-EN ISO 10863, natomiast kryteria akceptacji zawiera PN-EN ISO 15617.

TOFD z dużą dokładności podaje wymiary wad, w tym wad prostopadłych do powierzchni, ale ze względu na ograniczenia propagacji fal ultradźwiękowych istnieją strefy (pod licem spoiny i przy grani) radykalnie obniżonej wykrywalności wad. W tych rejonach badania techniką TOFD muszą być co najmniej uzupełnione o badania konwencjonalnymi technikami badań UT.

W stosunku do konwencjonalnych badań zobrazowanie sygnału TOFD jest całkowicie różne i przedstawia obraz amplitud sygnału w skali szarości, z rozróżnieniem na amplitudy dodatnie (białe) i ujemne (czarne). Stąd nieco trudniejsza interpretacja wskazań, jednak możliwe jest łatwe określenie przestrzennych rozmiarów wad.

Niemal wszystkie badania techniką TOFD dotyczą spoin na elementach płaskich i o niewielkiej krzywiźnie, z automatycznym zapisem skanowania, wraz z podaniem pozycji głowic za pomocą enkodera. W zależności od grubości badanej stosuje się ogniskowanie głowic na różnej głębokości – do zbadania całej objętości są potrzebne niekiedy 4 osobne skany, które uzupełnia się badaniami we wspomnianych wyżej obszarach. Z powodu dużej szybkości skanowania i pewnych trudności interpretacyjnych, oceny wyników badań dokonuje się na komputerze z odpowiednim oprogramowaniem.

Ze względu na duży przesuw głowic, w celu zapewnienia odpowiedniego sprzężenia akustycznego, stosuje się stałe podawanie wody pod głowice.

Znajdujący się w posiadaniu CLDT sprzęt do badań techniką TOFD umożliwia badanie na poziomie A materiałów o niskim tłumieniu ultradźwięków (stale węglowe, ferrytyczne, ferrytyczno-perlityczne, bainityczne i podobne), spoin wykonanych na elementach płaskich lub o niewielkiej krzywiźnie. Należy zapewnić odpowiedni stan powierzchni skanowania – normy przedmiotowe żądają chropowatości powierzchni nie większej niż Ra = 12,5 µm, bez pokryć malarskich. Maksymalna grubość materiału badanego to 50 mm, minimalna 6 mm.

Ze względu na parametry głowic i wodne sprzężenie akustyczne, zakres temperatur badania i temperatura obiektu badania powinny zawierać się w przedziale 0 ÷ 50 °C (bezpieczny zakres to między 5 a 50 °C).

Metoda TOFD nadaje się do badania stosunkowo długich połączeń spawanych o nieskomplikowanej geometrii, np. duże zbiorniki, z dużą szybkością i wysokim prawdopodobieństwem wykrycia wad. Dla elementów małych ma sens tylko w przypadku powtarzalnych badań, bez konieczności przeskalowania sprzętu. W przypadku konieczności wykonywania badań na poziomach wyższych niż A konieczne jest wykonanie wzorców kalibracyjnych i opracowanie procedur badań.