TOFD-Prüfung – Time of Flight Diffraction
Das TOFD-Verfahren (Time of Flight Diffraction, dt. Beugungslaufzeit-Methode) ist ein hochpräzises Ultraschall-Prüfverfahren, das zur zuverlässigen Detektion und Größenbestimmung von Ungänzen in Schweißnähten eingesetzt wird. Es basiert nicht auf der Reflexion, sondern auf der Beugung (Diffraktion) von Ultraschallwellen an Rissenden und Ungänzenspitzen.
Physikalisches Prinzip
Beim TOFD-Verfahren werden zwei Ultraschallprüfköpfe in einem definierten Abstand (PCS – Probe Center Spacing) beidseits einer Schweißnaht angeordnet: ein Sender und ein Empfänger. Der Sender erzeugt divergente Schallwellen, die durch das gesamte Wandvolumen laufen. An Ungänzenenden (z. B. Rissspitzen) werden Beugungssignale erzeugt, die der Empfänger aufnimmt. Die Laufzeitdifferenz dieser Beugungssignale erlaubt eine präzise Tiefenbestimmung.
Zusätzlich werden stets die Lateralwelle (direkt unter der Oberfläche) und die Rückwandwelle empfangen, die als Referenzsignale dienen. Ungänzen erscheinen im TOFD-Bild als charakteristische Hyperbelbögen zwischen diesen Grenzlinien.
Vorteile bei der Schweißnahtprüfung
- Sehr hohe Genauigkeit bei der Tiefenbestimmung von Ungänzen (±0,5 mm bei optimaler Einstellung)
- Schnelle Flächenabdeckung mit nur einem Scan
- Nachweisunabhängig von der Orientierung flächiger Ungänzen (keine Winkelabhängigkeit wie bei Impuls-Echo)
- Vollständige Aufzeichnung der Prüfdaten für spätere Auswertung
- Hervorragende Eignung für Dickenmessungen und Restligamentbestimmung
Bildinterpretation
Das TOFD-Bild (D-Scan) stellt die Laufzeit (Tiefe) auf der vertikalen Achse und den Prüfweg auf der horizontalen Achse dar. Gültige Ungänzen zeigen sich als Hyperbeln oder Bögen. Die Position des oberen und unteren Signals einer Ungänze ermöglicht die exakte Berechnung der Ausdehnung. Oberflächennahe Ungänzen können durch die Lateralwelle verdeckt sein (Totzonen-Problematik), weshalb TOFD oft mit PAUT kombiniert wird.
Norm EN ISO 10863
Die Anwendung des TOFD-Verfahrens bei der Schweißnahtprüfung ist in der Norm EN ISO 10863 geregelt. Sie definiert Anforderungen an Ausrüstung, Kalibrierung, Prüfdurchführung, Dokumentation und Auswertung. Ergänzend gilt EN ISO 15626 für die Bewertung der Prüfergebnisse. In Deutschland und Europa ist TOFD als alleiniges Verfahren oder in Kombination mit anderen Verfahren (z. B. PAUT) für drucktragende Bauteile anerkannt.
Anwendungsgrenzen
- Begrenzte Empfindlichkeit für rauoberflächennahe Ungänzen (Totzone unter der Lateralwelle)
- Aufwändige Bildinterpretation erfordert qualifiziertes Personal (TOFD-Stufe 2/3)
- Eingeschränkte Eignung bei grob-körnigem Gefüge (z. B. austenitische Stähle)