Time Of Flight Diffraction Ultrasonics (TOFD)
این تکنیک از جدیدترین و پیشرفته ترین متد های بازرسی فراصوت می باشد که می توان برای کاربرد های مختلفی از آن استفاده کرد. کاربرد اصلی آن تست منطقه جوش و شناسایی درزها و عیوب جوش مانند ترک می باشد. دراین روش برخلاف دیگر روش های بازرسی، معیار آزمون برخورد و پراش وپراکندگی پرتوهای امواج فراصوت می باشد. در صورتیکه در دیگر روش ها، معیار آزمون برخورد و بازتاب پرتوهای صوتی بود.
تکنیک های بازرسی جوش TOFD
این تکنیک را می توان به صورت مستقل یا ترکیب با دیگر تکنیک های دیگر فراصوت استفاده کرد.
از رایج ترین تکنیک ها عبارتند از:
- TOFD تک گروه
- TOFD چندگانه
- TOFD با امواج پالس-اکو
- TOFD همراه آرایه فازی (Phased Arrays)
TOFD معمولا با استفاده از امواج طولی به منظور روش تشخیص اولیه انجام می شود. در این روش پراب ها در هر طرف جوش قرار می گیرند. یک پراب، امواج فراصوت را به درون ماده می فرستد و پراب دیگر، امواج فراصوت منعکس شده و پراکنده شده از انحناها و بازتابنده های هندسی (که عموما نوک تیز عیوب هستند) را دریافت می کند. هنگامی که پرتو در تماس با نوک عیب یا ترک قرار می گیرد، پرتو پراکنده شده و در تمام جهات پخش می شود. اندازه گیری زمان حرکت پرتوهای پراکنده شده، امکان تشخیص دقیق و قابل اطمینان عیب را فراهم می سازد. با آنالیز تصاویر B-Scan می توان طول و ارتفاع عیب را اندازه گیری کرد. برای بازرسی به این روش از معمولا از تکنیک پالس- اکو یا آرایه فازی برای پوشش تمامی نواحی جوش(گرده تا ریشه ی جوش) به همراه انکودر استفاده می شود.
انکودر قابلیت اندازه گیری دقیق عیوب را با توجه به حرکت پراب ها را به آزمون اضافه می کند.
نمایش پراکندگی و بازتاب امواج صوتی توسط ترک
اندازه گیری ارتفاع عیب در نتایج به دست آمده از TOFD
قابلیت ها:
- ارتفاع عیب بطور دقیق قابل اندازه گیری می باشد که برای نظارت بر رشد و تفییرات عیوب مشخص مناسب می باشد.
- نتایج بازرسی به سرعت قابل دسترسی می باشد و می توان این نتایج را بطور دائمی ثبت نمود.
- بدلیل سرعت بالای انجام آزمایش هزینه های آن کمتر از رادیوگرافی برای ضخامت دیواره بیش از ۲۵ میلیمتر می باشد.
- این روش اگر در حین ساخت به کار برده شود، با تمایز بین عیوب پیش سرویس و در حین سرویس باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود. این بدان معناست که امنیت تجهیزات را می توان تخمین زد.
- قابلیت بالای شناسایی عیوب
- برای بازرسی لوله ها با ضخامت دیواره کم در محلی که روش رادیوگرافی نیاز به زمان بیشتری برای بازرسی دارد، مناسب است.
- روش TOFD را می توان برای مشاهده و گزارش دهی تخریب های میکروسکوپی ناشی از خستگی، تنش و خوردگی استفاده نمود.
- این شیوه بازرسی را می توان در محیط هایی با دمای بالا مورد استفاده قرار داد (حداکثر تا ۲۵۰ºC )
- بدلیل نداشتن تشعشعات رادیواکتیو خطرات محیط زیستی ندارد.
محدودیت ها:
- میزان حساسیت: اگر حساسیت دستگاه در محدوده بسیار کم قرار بگیرد، تصویر ایجاد شده توسط این تکنیک هیچ پالس بازگشتی را نشان نمی دهد. اما اگر حساسیت دستگاه در میزان بالاتر از محدوده بهینه تنظیم شود، تصویر ایجاد شده دارای اختلالات زیادی خواهد بود که ممکن است عیوبی را شناسایی نماید که در واقع وجود ندارند.
- تعیین اندازه ترک: در عمل، اکوها در نوک ترک ها به وضوح قابل مشاهده نیستند. این اکوها در نوک ترک سبب ایجاد منطقه ای با نویز زیاد می شود. به این دلیل اندازه گیری آن در TOFD تقریبا غیر ممکن است.
- شناسایی ترک های کوچک در دیواره پشت : این یکی از مهمترین محدودیت های تکنیک بازرسی به شیوه TOFD می باشد. برای بازرسی حین سرویس ، معمولا یافتن عیوب قدیمی در داخل جوش از اهمیت کمتری برخوردار است. در این بازرسی شناسایی ترک هایی که در پشت مخازن و یا خطوط لوله قرار دارند حائز اهمیت می باشد. در این شرایط تکنیک بازرسی TOFD کارایی لازم را ندارد.
- فرکانس پراب باید بیش از ۱۰ MHz باشد و فرکانس های پائینتر از ۵MHz غیر قابل استفاده است.
- یکی دیگر از محدودیت ها اینست که در شیوه TOFD می بایست از افزایش قدرت پالس بازگشتی بیشتری استفاده کنیم که سبب ایجاد اکوهای بازگشتی دیواره با قدرت بیشتر می شود که در موادی با ریزساختار درشت غیر قابل اجراست.
- گوشه های ترک می بایست نوک تیز باشد که همیشه اینطور نیست.
- منطقه Dead zone برای شناسایی عیب در زیر سطح وجود دارد. این بدان معناست که عیوب در نزدیکی سطح قابل شناسایی نیستند.
- حداقل ضخامت مورد نیاز ۶mm می باشد. هیچ محدودیتی در حداکثر ضخامت وجود ندارد.
- بر روی قطعات جوش با دانه های درشت (Coarse-grain weldment) مانند فولاد های زنگ نزن آستنیتی و inconel غیر قابل اجراست.
- TOFD برای شناسایی و اندازه گیری عیوبی که موازی با سطح بازرسی هستند موثر نیست.
- TOFD نمی تواند عیوبی مانند سرباره، آخال و تخلخل را مشخص نماید.
- زاویه ترک می تواند تاثیر قابل توجهی بر سیگنالهای بازگشتی داشته باشد.