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Flugzeitbeugungstechnik (TOFD)

1970
  • Maurice G. Silk
Techniker führt im Labor eine Laufzeitbeugungsmessung an einer Schweißverbindung durch.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die Lichtlaufzeitbeugung (TOFD) ist ein hochpräzises Ultraschall- Technik zur Erkennung und Größenbestimmung von Fehlern. Dabei werden separate Sende- und Empfangssonden verwendet. Anstatt die Amplitude einer starken Reflexion von der Oberfläche eines Fehlers zu messen, misst TOFD die Ankunftszeit der viel schwächeren Wellen, die von den oberen und unteren Spitzen des Fehlers gebeugt werden, was eine präzise Größenmessung durch die Wand hindurch ermöglicht.

The TOFD method represents a significant departure from conventional amplitude-based Ultraschall- techniques. It is based on the physical phenomenon that when an ultrasonic wave strikes the sharp edge of a discontinuity, such as the top or bottom tip of a crack, the tip acts as a secondary source, radiating sound in all directions. This radiated energy is known as a diffracted wave.

Bei einem typischen TOFD-Aufbau sendet eine Sendesonde einen breiten Ultraschallstrahl in das Material, und eine Empfangssonde, die in einem festen Abstand auf derselben Oberfläche positioniert ist, hört auf die Signale. Das erste Signal, das beim Empfänger ankommt, ist die "laterale Welle", die direkt vom Sender aus unter der Oberfläche verläuft. Wenn ein Riss vorhanden ist, kommen schwache, gebeugte Signale von den oberen und unteren Enden des Risses später an. Der Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen der lateralen Welle und den gebeugten Signalen wird genau gemessen.

Unter Verwendung einer einfachen Geometrie und der bekannten Schallgeschwindigkeit im Material können die Flugzeitdaten in hochpräzise Messungen der Fehlertiefe und der Wandhöhe umgewandelt werden. Ein entscheidender Vorteil von TOFD ist, dass die Genauigkeit der Größenbestimmung weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des Fehlers und der Signalamplitude ist, wodurch die wichtigsten Einschränkungen von Impuls-Echo Methoden. Dies macht sie zu einer der zuverlässigsten Techniken für die Bestimmung kritischer flächiger Defekte wie Risse und fehlende Verschmelzung.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Werkstoffkunde

Typ

Prüfverfahren

Störung

Wesentliche

Verwendung

Nische/Spezialisiert

Vorläufer

  • grundlegendes Verständnis von Wellenbeugungsphänomenen aus der klassischen Physik
  • die Entwicklung der Impuls-Echo-Ultraschallprüfung
  • die Verfügbarkeit hochpräziser elektronischer Zeitschaltungen und digitaler Signalverarbeitung
  • ein anerkannter Bedarf in der Industrie an zuverlässigeren Methoden zur Fehlergrößenbestimmung als denen, die auf der Signalamplitude basieren

Anwendungen

  • kritische Schweißnahtprüfung bei der Herstellung von Kernkraftwerken und Druckbehältern
  • Überwachung des Risswachstums in Stromerzeugungskomponenten im Betrieb
  • Inspektion von Pipeline-Rundschweißnähten für die Öl- und Gasindustrie
  • Qualitätskontrolle bei der Herstellung hochintegrierter Komponenten
  • Bewertung der strukturellen Integrität in der Luft- und Raumfahrt

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • Miniaturisierte TOFD-Systeme zur Prüfung von Mikroschweißnähten in elektronischen und medizinischen Geräten
  • Kombination von TOFD mit maschinellem Lernen zur prädiktiven Analyse von Risswachstumsraten
  • luftgekoppeltes TOFD zur berührungslosen Prüfung empfindlicher Materialien wie Keramik oder Verbundwerkstoffe
  • Full Matrix Capture (FMC) TOFD für verbesserte Abbildung und Charakterisierung komplexer Fehler
  • Roboter-TOFD-Crawler zur autonomen Inspektion langer Pipelines und großer Behälter
  • Integration von TOFD mit geführten Ultraschallwellen für die Langstrecken-Screening-Methode, gefolgt von einer lokalen Größenbestimmung
  • Entwicklung von TOFD für nichtmetallische Materialien wie HDPE-Rohrverbindungen
  • Echtzeit-TOFD-Überwachung von Strukturen in Hochtemperaturumgebungen
  • tragbare, vereinfachte TOFD-Geräte für schnelles Screening durch Außendiensttechniker
  • TOFD-basierte Knochendichte- und Mikrofrakturbestimmung in der medizinischen Diagnostik
Verwandt mit: TOFD, Flugzeitbeugung, NDT, Rissgrößenbestimmung, Fehlererkennung, Schweißnahtprüfung, Beugung, Ultraschallprüfung, zerstörungsfreie Prüfung, strukturelle Integrität.

Historischer Kontext

Flugzeitbeugungstechnik (TOFD)

1962-10-09
1964
1970
1970
1970
1970
1972
1962
1963
1965-12-21
1970
1970
1970
1970
1974

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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