초음파탐상검사(UT)/Time Of Flight Diffraction(TOFD)

TOFD란 무엇인가?

newsolder1 2025. 4. 8. 17:37
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TOFD란 무엇인가?

TOFD는 초음파의 회절 현상을 이용한 비파괴검사 기법입니다. 기존의 일반적인 초음파 탐상법은 반사(reflection)를 기반으로 결함의 위치나 크기를 파악하는 반면, TOFD는 초음파가 결함의 모서리(edge)나 끝단(tip)을 만나 회절(diffraction)될 때의 시간을 측정하여 결함을 정밀하게 분석합니다.

즉, **시간(Time) + 회절(Diffraction)**이라는 원리에서 이름 그대로 Time of Flight Diffraction이라는 용어가 유래되었습니다. 초음파가 결함에 도달한 후 회절되어 수신기로 돌아오는 시간을 계산함으로써 결함의 위치, 깊이, 크기를 고해상도로 추출할 수 있는 기술입니다.

TOFD의 검사 구성

TOFD 검사에는 크게 **2개의 초음파 탐촉자(Probe)**가 사용됩니다. 하나는 송신기(Transmitter), 다른 하나는 수신기(Receiver)로, 양쪽을 마주보게 하여 검사면을 가로질러 초음파를 송수신합니다.

  • 직선 주사(Line Scanning) 방식으로 탐촉자를 이동시키며 초음파를 발사
  • 초음파는 재료 내부를 통과하면서 결함의 모서리에서 회절되어 수신기로 전달
  • 신호 수신 후, 초음파가 도달하는 데 걸리는 시간(TOF)을 분석하여 결함의 위치 파악

여기서 중요한 점은 단순한 반사신호가 아니라 회절신호를 분석한다는 점이며, 이로 인해 기존 초음파 검사보다 훨씬 더 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

TOFD의 주요 신호 구성

TOFD에서 수신되는 신호는 일반적으로 다음 세 가지로 구성됩니다.

  1. Lateral Wave (측파): 송신기에서 직접 수신기로 전달되는 신호
  2. Back Wall Echo (후벽 반사파): 재료의 후면에서 반사되어 오는 신호
  3. Diffraction Signals (회절파): 결함의 상단과 하단 모서리에서 회절된 신호

이 세 신호를 종합적으로 분석하면, 결함의 깊이, 크기, 형상까지 정밀하게 파악할 수 있습니다.

TOFD의 장점

  • 정확도 높은 결함 크기 측정: 회절신호 분석을 통해 결함의 높이를 직접적으로 측정 가능
  • 폭넓은 검사 범위: 넓은 영역을 빠르게 검사할 수 있어 생산성이 우수함
  • 객관적인 결과 제공: 디지털 신호 기반으로 결과를 저장하고 추후 분석 가능
  • 용접부 검사에 탁월: 특히 용접부 내부의 미세한 크랙을 효과적으로 검출 가능

TOFD의 한계점 및 보완 방법

물론 TOFD에도 단점은 존재합니다. 얕은 표면 결함(near surface defect)에는 민감도가 낮고, 기하학적 구조가 복잡한 부위에서는 음향 경로가 왜곡될 수 있습니다. 이러한 한계는 **PAUT(위상 배열 초음파 탐상법)**과 병행하여 사용하거나, 각도나 거리 조절을 통해 보완 가능합니다.

마무리하며

TOFD는 정밀한 결함 검출과 측정이 가능한 고급 초음파 검사 기법으로, 특히 용접부와 같이 고정밀 검사 대상이 필요한 산업 현장에서 그 가치가 높아지고 있습니다. 기존 UT 검사보다 정보량이 많고, 결과 해석이 객관적이며, 디지털화가 용이해 향후 스마트 NDT 기술과의 연계 가능성도 큽니다.

비파괴검사의 트렌드는 점점 더 정밀하고 자동화된 방향으로 진화하고 있습니다. TOFD는 그 중심에서 중요한 역할을 담당하고 있으며, 검사 품질을 한 단계 높이는 열쇠가 될 수 있습니다. 앞으로 비파괴검사 분야에 종사하거나 관심 있는 분들이라면 TOFD에 대한 이해는 필수라 할 수 있습니다.

TOFD 동작원리

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