TOFD ile Kaynak Muayenesi: Prensip ve Uygulama

TOFD (Time of Flight Diffraction — Uçuş Süresi Difraksiyonu), kaynak dikişlerinin ultrasonik muayenesinde yüksek doğrulukla kusur boyutlandırma sağlayan bir tekniktir. Genlik temelli geleneksel yöntemlerden farklı olarak, kusurun uçlarından saçılan (difrakte olan) ses dalgalarını kullanır; bu da özellikle çatlak yüksekliğinin ölçülmesinde onu güçlü kılar.

1. Çalışma prensibi: difraksiyon

TOFD, karşılıklı yerleştirilmiş bir verici ve bir alıcı prob kullanır. Bu problar açılı boyuna (longitudinal / kompresyon) dalga üretir; tipik kama açıları 45°–70° arasındadır. Boyuna dalganın tercih edilmesi, hızının yüksek olması ve lateral dalga ile difraksiyon sinyallerinin zaman ekseninde net ayrışmasıdır. Bir kusur olduğunda, sesin bir kısmı kusurun üst ve alt uçlarından difrakte olur ve alıcıya farklı sürelerde ulaşır.

Bu iki difraksiyon sinyalinin varış süresi farkından, kusurun derinliği ve yüksekliği doğrudan hesaplanır. Yöntem genliğe değil uçuş süresine dayandığı için, kusurun yönelimine geleneksel yöntemlerden çok daha az duyarlıdır.

2. Sinyaller: lateral ve arka duvar dalgası

Bir TOFD taramasında iki referans sinyali beklenir:

Lateral dalga (lateral wave): İki prob arasında üst yüzey boyunca en kısa yoldan giden, bu nedenle ekrana ilk ulaşan sinyal; genliği zayıftır ve yüzeye yakın kör bölgeyi tanımlar.
Arka duvar yankısı (back-wall echo): Malzemenin arka yüzeyinden dönen sinyal.

Bir kusurun difraksiyon sinyalleri, bu iki referansın arasında görünür. Yüzey kırıcı bir kusur lateral dalgayı böler; kök bölgesindeki bir kusur ise arka duvara çok yakın olduğundan TOFD'nin arka duvar kör bölgesine girebilir; bu yüzden kök muayenesi genelde PAUT veya açılı probla desteklenir.

Önemli bir ayrıntı: lateral dalga ile arka duvar yankısı ters polaritededir; kusurun üst ve alt uç difraksiyonları da birbirine göre zıt fazlıdır. Deneyimli operatör bu faz ilişkisinden üst ve alt uçları ayırt ederek çatlak yüksekliğini ölçer.

3. Gösterim: gri tonlamalı kesit (D-scan)

TOFD verisi tipik olarak gri tonlamalı bir kesit görüntüsü (derinlik–tarama konumu; yaygın olarak TOFD D-scan / B-scan denir) olarak sunulur. Prob çifti, bir enkoderle dikiş boyunca kaydırılır ve tüm veri konumla birlikte kaydedilir. Deneyimli bir operatör, nokta benzeri kusurların bıraktığı karakteristik yay (parabolik) izlerinden kusuru tanır; yükseklik ölçümü ise desenin şeklinden değil, difraksiyon sinyallerinin zaman farkından yapılır.

4. Güçlü yönleri

Yüksek boyutlandırma doğruluğu: Çatlak yüksekliği ölçümünde iyi koşullarda ~±1 mm mertebesinde; genlik temelli yöntemlerin tipik ±birkaç mm belirsizliğine göre belirgin üstünlük sağlar.
Hız: Tek geçişte dikişin büyük bölümü taranır.
Yönelimden bağımsızlık: Difraksiyon temelli olduğu için kusur açısına az duyarlı.
Tam kayıt: Denetlenebilir, yeniden değerlendirilebilir veri.

5. Sınırlamaları: kör bölgeler ve konumlandırma

TOFD'nin bilinmesi gereken iki kör bölgesi vardır:

Yüzeye yakın bölge (lateral dalga altı): Lateral dalganın gölgesinde kalan yüzey altı ilk birkaç milimetre zayıf çözünür; kör bölge derinliği lateral dalganın darbe genişliğine bağlıdır ve daha yüksek frekans/kısa darbeli probla azaltılabilir.
Arka duvara yakın bölge: Difraksiyon sinyalleri güçlü arka duvar yankısıyla örtüştüğünden ayırt edilemez.

Ayrıca TOFD kusurun derinliğini hassas verir ama dikiş genişliği boyunca yanal konumunu tek başına belirleyemez; nokta kusurlar (gözenek gibi) parabolik iz bıraktığından ayırımı ve boyutlandırması güçtür.

Bu nedenle TOFD, pratikte çoğunlukla faz dizili ultrasonik muayene (PAUT) ile birlikte kullanılır; PAUT yüzey bölgelerini ve yanal konumu tararken TOFD hacimsel boyutlandırmayı üstlenir. İki yöntem birbirinin kör noktasını kapatır.

6. İlgili standartlar

ASME BPVC Section V, Article 4: TOFD için ilgili Mandatory Appendix hükümleri (ek numarası kullanılan baskı yılına göre değişebilir).
EN ISO 10863: Kaynaklarda TOFD tekniği ve test seviyeleri (A–D); kabul kriteri içermez.
EN ISO 15626: TOFD ile kabul seviyeleri.

Kabul kriterleri, muayenenin bağlı olduğu imalat/servis koduna göre uygulanır.

Saha notu

TOFD'nin gücü boyutlandırmada, zayıflığı ise kör bölgelerdedir. Bir çatlağın "büyüyüp büyümediğini" izlemek için TOFD'nin tekrarlanabilirliği paha biçilmezdir; ancak yüzeye açık kusurları tek başına TOFD'ye bırakmak risklidir. Doğru kurgu, TOFD'yi PAUT ya da açılı prob taramasıyla birlikte kullanmaktır.

Sahada yanınızda olsun: Bu yazıdaki NDT yöntemlerini, standart referanslarını ve saha adımlarını internet olmadan cebinizde tutmak için, ücretsiz ve tamamen çevrimdışı Doawise NDT Guide uygulamasına göz atabilirsiniz.

DoaWise olarak TOFD ve faz dizili ultrasonik muayene (PAUT) tekniklerini birlikte uygulayarak kaynak dikişlerinde hem güvenilir kusur tespiti hem de hassas boyutlandırma sağlıyor; kaydedilebilir ve denetlenebilir muayene çıktıları üretiyoruz.