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Time-of-Flight Diffraction (TOFD) Technique

1970
  • Maurice G. Silk
Technician performing Time-of-Flight Diffraction testing on a weld joint in a laboratory.

Time-of-Flight Diffraction (TOFD) is a highly accurate ultrasonic technique for flaw detection and sizing. It uses separate transmitting and receiving probes. Instead of measuring the amplitude of a strong reflection from the face of a flaw, TOFD measures the arrival time of the much weaker waves diffracted from the flaw’s upper and lower tips, enabling precise through-wall size measurement.

The TOFD Verfahren represents a significant departure from conventional amplitude-based ultrasonic 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.

In a typical TOFD setup, a transmitting probe sends a wide beam of ultrasound into the material, and a receiving probe, positioned a fixed distance away on the same surface, listens for the signals. The first signal to arrive at the receiver is the ‘lateral wave,’ which travels just beneath the surface directly from the transmitter. If a flaw is present, faint diffracted signals from its upper and lower extremities will arrive later. The time difference between the arrival of the lateral wave and the diffracted signals is precisely measured.

Using simple geometry and the known velocity of sound in the material, the time-of-flight data can be converted into highly accurate measurements of the flaw’s depth and through-wall height. A key advantage of TOFD is that its sizing accuracy is largely independent of the flaw’s orientation and the signal amplitude, overcoming major limitations of pulse-echo methods. This makes it one of the most reliable techniques for sizing critical planar defects like cracks and lack of fusion.

UNESCO Nomenclature: 3322
– Materials science

Typ

Prüfverfahren

Unterbrechung

Wesentlich

Verwendung

Niche/Specialized

Vorläufersubstanzen

  • fundamental understanding of wave diffraction phenomena from classical physics
  • the development of pulse-echo ultrasonic testing
  • the availability of highly accurate electronic timing circuits and digital Signalverarbeitung
  • a recognized need in industry for more reliable flaw sizing methods than those based on signal amplitude

Anwendungen

  • critical weld inspection in nuclear and pressure vessel fabrication
  • in-service crack growth monitoring in power generation components
  • pipeline girth weld inspection for the oil and gas industry
  • high-integrity component manufacturing quality control
  • aerospace structural integrity assessment

Patente:

NA

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