飛行時間回折超音波

超音波検査の飛行時間回折法（TOFD）は、溶接部の欠陥を非破壊検査するための感度が高く正確な方法です。TOFDは、1975年にSilkとLiddington ^[1]によって初めて発表された先端回折法に由来し、TOFDへの道を拓きました。この技術に関するその後の研究は、Harumiら（1989年）、Avioliら（1991年）、BrayとStanley（1997年）など、多くの情報源で紹介されています。

ブレイとスタンレー（1997）は、TOFDを、亀裂の先端が波に当たったときに信号を表面の他の場所に回折するという原理を利用した先端回折技術であると要約しました。これらの先端の深さは、回折エネルギーから決定できます。^[2]

TOFDは1970年代に英国で当初は研究ツールとして発明されました。^[3] TOFDの使用により、亀裂のサイズをより正確に測定できるようになり、高価な部品を故障のリスクを最小限に抑えながら可能な限り長く稼働させることができるようになりました。

反射信号の振幅を測定する方法は、振幅が亀裂の方向に大きく依存するため、欠陥のサイズを判定する方法としては比較的信頼性が低いです。TOFD は振幅の代わりに超音波パルスの飛行時間を使用して反射体の位置とサイズを決定します。

TOFD システムでは、一対の超音波プローブが溶接部の反対側に設置されます。プローブの 1 つ (送信機) が超音波パルスを発し、反対側のプローブ (受信機) がそれを受信します。損傷のないパイプでは、受信プローブが受信する信号は 2 つの波から得られます。1 つは表面に沿って伝わり、もう 1 つは反対側の壁で反射します。亀裂が存在する場合、亀裂の先端から超音波が回折します。測定されたパルスの飛行時間を使用して、簡単な三角法で亀裂の先端の深さを自動的に計算できます。

フェーズドアレイ + TOFD の組み合わせは、パイプラインの溶接部の検査によく使用されます。

TOFD の限界の 1 つは、検査面 (パイプの場合は OD 面) のすぐ下にある横波信号によって生成される「デッド ゾーン」です。^[4]デッド ゾーンは約 5 mm で、このゾーンでは欠陥が検出されません。参考文献^[4]および ISO 10863 に示されているように、側面にドリル穴が開けられた校正ブロックを使用して、「デッド ゾーン」とサイズ設定の精度を検証します。

• 溶接検査用のコンピュータ化され自動化されたシステム。
• プローブは溶接部に沿って移動するバギーに取り付けられ、移動しながらデータを記録します。
• 従来の超音波検査方法と比較して、TOFD は亀裂に敏感であり、亀裂の寸法を正確に測定します。
• TOFD には欠陥に敏感でないデッド ゾーンがあるため、TOFD は従来のパルス エコー検査またはフェーズド アレイで常に補完する必要があります。パルス エコー プローブは、通常、TOFD プローブと同じバギーに取り付けられます。
• 高度なトレーニングを受けた超音波技術者が必要です。

国際標準化機構（ISO）

• ISO/DIS 10863:11、溶接 – 溶接部の検査における飛行時間回折法 (TOFD) の使用

欧州標準化委員会(CEN)

• EN 583-6、非破壊検査 – 超音波検査 – パート 6: 不連続部の検出およびサイズ測定方法としての飛行時間回折法
• EN 15617、溶接部の非破壊検査 – 飛行時間回折法 (TOFD) – 許容レベル

• 超音波飛行時間回折のエンジニアリングアプリケーション、第 2 版、JP Charlesworth および JAG Temple、Research Studies Press、2002 年。

• TOFD: – 従来の方法に代わる非破壊検査手順
• NDT.net データベース検索では、検索語「TOFD」に対して 500 件以上のヒットが返されます。
• NDT.net の TOFD 原則