Einführung in das Laufzeitbeugungsverfahren (Time-of-Flight Diffraction, TOFD) für die Schweißnahtprüfung

Hintergrund

Auch wenn die Laufzeitbeugung (TOFD) für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden kann, wird sie hauptsächlich für die schnelle Prüfung von Schweißnähten in Umfangs- und Längsrichtung verwendet, auch als TOFD-Prüfung mit Senkrechteinschallung bekannt. Seit der Einführung von TOFD in den 1970er Jahren, hat die Verwendung dieser angesehenen, zuverlässigen und zerstörungsfreien Prüftechnik stetig zugenommen. Die TOFD-Prüfung kann manuell durchgeführt werden. Sie wird jedoch am häufigsten zusammen mit einem Aufzeichnungsgerät, wie einem Weggeber oder Industrie-Scanner, durchgeführt. Um die Anforderungen nordamerikanischer Normen zu erfüllen, wird TOFD oft zusammen mit der Impuls-Echo- oder der Phased-Array-Technik eingesetzt, um die Wurzel und Decklage der Schweißnaht zu prüfen.

Gefragte TOFD-Verfahren für die Schweißnahtprüfung

TOFD kann einzeln oder in Verbindung mit anderen Ultraschalltechniken eingesetzt werden. Einige der am häufigsten eingesetzten Verfahren sind:

• TOFD für einzelne Gruppen
• TOFD für mehrere Gruppen
• TOFD mit Impuls-Echo/Kriechwellen
• TOFD mit Phased-Array

Grundlegendes zur Laufzeitbeugung (TOFD)

TOFD wird üblicherweise unter Verwendung von Longitudinalwellen als primäres Nachweisverfahren durchgeführt. Prüfköpfe befinden sich auf jeder Seite der Schweißnaht. Ein Prüfkopf sendet das Schallbündel in das Material und der andere Prüfkopf empfängt das reflektierte und gebeugte Schallbündel, das durch Anomalien und geometrische Reflektoren entsteht. Mit TOFD kann ein großer Prüfbereich mit nur einem einzigen Schallbündel abgedeckt werden, indem die Schallbündelausbreitung im Vorlaufkeil oder im Prüfmaterial genutzt wird. Wenn das Schallbündel die Spitze eines Fehlers oder Risses berührt, wird gebeugte Energie in alle Richtungen gestreut. Das Messen der Laufzeitbeugung von gebeugten Schallbündeln ermöglicht eine genaue und zuverlässige Erkennung und Größenbestimmung des Fehlers, auch wenn der Riss nicht in der anfänglichen Schallbündelrichtung liegt. Bei typischen TOFD-Prüfungen werden A-Bilder erfasst und eingesetzt, um B-Bilder (Seitenansicht) der Schweißnaht zu erstellen. Die Analyse wird mit einem Prüfdatenerfassungsgerät oder mit einer Analysesoftware durchgeführt. Cursors werden positioniert, um so die Länge und Höhe von Fehlern zu messen.

Hauptvorteile des TOFD-Verfahrens für die Schweißnahtprüfung

• Basiert auf Beugung, sodass der Einfluss von Fasenwinkeln der Schweißnaht und Fehlerausrichtung vernachlässigbar ist
• Setzt die Laufzeit von Rissspitzen empfangener Signale für eine genaue Erkennung und Größenbestimmung des Fehlers ein
• Ideale Fehlerüberwachungsmethode durch präzise Fehlergrößenbestimmung
• Schnelle Konfiguration und Prüfung, da ein nur einziges Schallbündel einen großen Prüfbereich abdeckt
• Schnelle Prüfung mit Bilddarstellung und kompletter Prüfdatenaufzeichnung
• Auch für Korrosionsprüfungen einsetzbar
• Benötigte technische Ausstattung - ein herkömmlicher Sender und Empfänger mit herkömmlichen Prüfköpfen - ist wirtschaftlicher als die für Phased-Array-Verfahren
• Äußerst empfindlich für alle Arten von Schweißnahtfehlern

Typische technische Ausstattung für TOFD-Verfahren

• Prüfgeräte: OmniScan SX UT oder OmniScan MX/MX2/SX, je nach Technik
• TOFD-Scanner: HST-Lite oder andere
• Hoch gedämpfte TOFD-Prüfköpfe: CentraScan oder andere
• TOFD-Vorlaufkeile: Rexolite oder aus Edelstahl
• Optionen: Software für die Analyse und Technikentwicklung - NDT Setup Builder und OmniPC
• Leitsystem für Wasser (Koppelmittel): WTR-SPRAYER-8L oder ähnliches

Fazit

TOFD bietet eine schnelle Schweißnahtprüfung mit außerordentlichem Vermögen bei Fehlererkennung und Fehlergrößenbestimmung. Die Beugungstechnik bietet wesentliche Funktionen zur Bestimmung von Fehlergrößen, wobei Fasenwinkel oder Fehlerausrichtung vernachlässigbar sind. TOFD kann einzeln oder in Verbindung mit anderen ZfP-Techniken eingesetzt werden.