TOFD đặt hai đầu dò hai bên mối hàn, đo thời gian sóng nhiễu xạ từ hai đầu vết nứt nên định chiều cao vết mà không dựa vào biên độ. PAUT dùng nhiều phần tử lệch pha, lái chùm qua nhiều góc và đọc tín hiệu phản xạ. TOFD có hai vùng chết: sát mặt và sát đáy.
Kết luận trên đúng khi so hai kỹ thuật siêu âm dùng cho mối hàn kim loại, ở hai câu hỏi: tín hiệu nào được dùng để đo, và chỗ nào trong chiều dày không đo được. Phạm vi nguồn: trang kỹ thuật TOFD của TWI, hai bài trên tạp chí Sensors truy cập mở, bài phổ biến kiến thức của ASNT về mảng pha, và một bài thử nghiệm của TWI. Các trị số vùng chết dưới đây là của một bài báo, kèm điều kiện tần số và bề dày; nguồn không cho mức chấp nhận khuyết tật.
Bảng đối chiếu TOFD và PAUT
| Tiêu chí | TOFD | PAUT |
|---|---|---|
| Bố trí đầu dò | Một cặp đầu dò đặt hai bên vùng cần kiểm, kiểu phát một bên thu một bên [1] | Một khối nhiều phần tử áp lên một phía, chùm lái bằng điện [3] |
| Tín hiệu dùng để đo | Sóng nhiễu xạ từ đầu trên và đầu dưới của vết nứt [1] | Tín hiệu phản xạ, với góc chùm chọn sao cho vuông góc với loại khuyết tật đang tìm [3] |
| Phụ thuộc biên độ | Việc định kích thước không dựa vào biên độ tín hiệu [2] | Nguồn không so trực tiếp; ASNT nêu hội tụ cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu [3] |
| Dấu nhận biết trên tín hiệu | Đầu trên và đầu dưới vết nứt lệch pha đặc trưng 180 độ [2] | Ảnh quét dựng từ nhiều góc, phần mềm lưu và hiển thị [3] |
| Vùng chết | Hai vùng chết do thời gian dao động tắt dần, sát mặt và sát đáy [2] | Nguồn đã kiểm không nêu vùng chết cho PAUT |
| Sâu vùng chết mặt trên | Bài trên Sensors ghi thường sâu 4 đến 8 mm, với tần số trong dải 5 MHz–15 MHz và mẫu thép dày dưới 25 mm [2] | Nguồn không so |
| Sâu vùng chết sát đáy | Bài trên Sensors ghi thường dưới 1 mm [2] | Nguồn không so |
| Giả định khi tính vị trí | Coi khuyết tật nằm đúng giữa hai đầu dò [2] | Luật trễ tính theo đặc tính danh nghĩa của vật liệu [3] |
| Phủ vùng kiểm | Chùm rộng và phân kỳ, một lần quét phủ vùng vật liệu lớn [1] | Quét điện tử phủ nhanh, đổi góc không cần đổi nêm [3] |
| Hướng khuyết tật | TWI ghi phát hiện được cả vết phẳng không vuông góc với mặt đo [1] | Chọn góc sao cho chùm vuông góc với khuyết tật cần tìm [3] |
Nguồn [1]–[5] ghi ở khối "Nguồn và giới hạn", tra ngày 12/09/2026. Các trị số vùng chết gắn với điều kiện tần số và bề dày nêu ngay trong ô, không phải trị số chung.
Tín hiệu dùng để đo: nhiễu xạ đầu vết hay phản xạ từ mặt vết
TWI mô tả bố trí TOFD bằng vài câu gọn: một cặp đầu dò đặt hai bên mối hàn theo kiểu phát một bên, thu một bên [1]. Ở chỗ lành, đầu thu nhận hai sóng — một sóng chạy dọc mặt trên gọi là sóng biên, và một sóng phản xạ từ mặt đáy [1]. Khi có vết nứt, sóng siêu âm bị nhiễu xạ từ đầu trên và đầu dưới của vết [1]; từ thời gian truyền đo được, độ sâu của hai đầu vết được tính bằng lượng giác [1].
Cách hiểu của bài: hai đầu vết nứt hoạt động như hai nguồn phát điểm. Cái máy đo là thời điểm tín hiệu về, không phải độ lớn tín hiệu. Bài trên tạp chí Sensors nói thẳng điểm này: việc định kích thước không dựa vào biên độ tín hiệu [2]. Nhóm tác giả còn ghi hai đầu vết cho lệch pha đặc trưng 180 độ, nhờ đó dễ nhận ra trên đường tín hiệu [2].
PAUT đi đường khác. ASNT ghi chùm mảng pha được lái, quét, quét quạt và hội tụ bằng điện [3], và việc tạo chùm cho phép chọn góc sao cho chùm vuông góc với loại khuyết tật đang tìm [3]. Đó là lối làm việc theo phản xạ: muốn thấy vết thì phải có mặt vết trả sóng về đầu thu. Cơ chế tạo chùm của mảng pha và chỗ nó khác siêu âm một đầu dò nằm ở bài riêng siêu âm mảng pha PAUT và siêu âm thường.
Hệ quả thực tế: TWI ghi ưu điểm chính của TOFD là độ chính xác khi đo chiều cao vết và việc dễ tách chỉ thị thật khỏi chỉ thị do hình học [1]; cùng trang ghi TOFD phát hiện được cả vết phẳng không vuông góc với mặt đo [1]. Trong bài thử nghiệm của TWI, TOFD dùng đầu dò một biến tử được mô tả là đang dùng có hiệu quả trong công nghiệp để định chiều cao vết nứt theo chiều dày [4].
Hai vùng chết của TOFD và bẫy đường đồng thời gian
Đây là phần nên đọc kỹ trước khi chọn TOFD cho một mối hàn. Bài trên tạp chí Sensors liệt kê thẳng: TOFD có hai vùng chết liên quan tới thời gian dao động tắt dần, một sát mặt và một sát đáy [2].
Vùng chết sóng biên hạn chế khả năng phát hiện ngay dưới mặt mẫu [2]; nhóm tác giả ghi vùng này thường sâu 4 đến 8 mm, với tần số trong dải 5 MHz–15 MHz và mẫu thép dày dưới 25 mm, và có thể thu hẹp bằng cách giảm khoảng cách tâm hai đầu dò hoặc rút ngắn xung phát [2]. Vùng chết sát đáy hạn chế khả năng phát hiện ngay trên mặt đáy; nhóm tác giả ghi bề dày vùng này thường dưới 1 mm và phải tính tới khi tìm khuyết tật nhỏ ở khu vực đó [2]. Cùng bài còn lưu ý độ phân giải không gian giảm khi độ sâu giảm [2].
Bẫy thứ hai ít được nói tới là bẫy hình học. Bài trên tạp chí Sensors chỉ rõ phép tính vị trí và chiều cao dựa trên giả định khuyết tật nằm đúng giữa hai đầu dò [2]; với một cặp đầu dò cho trước, nhiều vị trí và kích thước khuyết tật khác nhau cho ra cùng một bộ thời gian ghi được [2]. Nhóm tác giả kết: nếu khuyết tật không nằm đúng giữa hai đầu dò thì phép ước lượng độ sâu và chiều cao có sai số [2].
Sóng biên còn có công dụng khác. Nhóm tác giả ghi sóng biên hay được dùng để đánh giá điều kiện tiếp âm và để hiệu chuẩn [2]; và nếu sóng biên không ghi được, hoặc về với biên độ yếu, thì đó là dấu hiệu tốt cho thấy có vết nứt hở mặt [2]. Cách nhận biết các dạng khuyết tật mối hàn xem ở khuyết tật mối hàn: nguyên nhân và cách nhận biết.
Vì sao hai kỹ thuật hay đi cùng nhau
Câu trả lời có sẵn trong phần mở đầu của bài trên tạp chí Sensors: với mối hàn chu vi, bố trí kiểm điển hình gồm các đầu dò mảng pha thường và thêm các đầu dò TOFD chạy ở tần số cao hơn [2]. Nghĩa là trong thực hành công nghiệp, hai kỹ thuật được xếp cạnh nhau trong một lần quét, không phải thay nhau.
Lý do nằm ở chỗ mỗi bên yếu ở đúng chỗ bên kia mạnh. Cùng bài đó ghi TOFD có giới hạn về diễn giải và định vị chỉ thị, có các vùng chết đáng kể và suy giảm tín hiệu mạnh [2]; còn kỹ thuật mảng pha cho phép gần như mọi kiểu thu nhận, lái chùm, hội tụ hoặc chia khẩu độ con [2]. TWI mô tả cùng một cặp bù trừ theo hướng khác: chùm TOFD rộng và phân kỳ nên một lần quét phủ được vùng vật liệu lớn [1], trong khi bài thử nghiệm của TWI ghi tín hiệu nhiễu xạ rất yếu vì đầu phát dùng biến tử nhỏ để phát chùm phân kỳ mạnh nhằm rải sóng khắp vật liệu [4].
Cách hiểu của bài: TOFD cho con số chiều cao đáng tin ở giữa chiều dày, PAUT phủ phần sát mặt và sát đáy cùng việc định vị theo mặt cắt. Lấy TOFD làm chỗ đo và PAUT làm chỗ tìm là một cách chia việc hợp với những gì nguồn mô tả.
Ba mẹo sai về TOFD và PAUT
Mẹo sai 1: "TOFD quét một lần là phủ hết chiều dày." Bài trên tạp chí Sensors ghi có hai vùng chết, sát mặt và sát đáy [2]; vùng chết sóng biên được ghi là thường sâu 4 đến 8 mm với tần số 5 MHz–15 MHz trên thép dày dưới 25 mm [2]. Chỗ sát mặt là chỗ nhiều vết nứt bắt đầu, nên bỏ qua vùng chết là bỏ qua đúng chỗ cần nhìn.
Mẹo sai 2: "Chỉ thị hiện trên ảnh TOFD thì vị trí và chiều cao đọc ra là đúng." Nguồn viết ngược lại: phép tính giả định khuyết tật nằm đúng giữa hai đầu dò [2], và nhiều vị trí khác nhau cho cùng một bộ thời gian ghi được [2]; lệch khỏi giữa thì sai số xuất hiện [2].
Mẹo sai 3: "PAUT thay được TOFD vì hiện đại hơn." Bài trên tạp chí Sensors mô tả bố trí điển hình cho mối hàn chu vi là mảng pha cộng thêm đầu dò TOFD chạy tần số cao hơn [2]. Trong thử nghiệm của TWI, hai kỹ thuật mảng pha định kích thước tốt hơn kỹ thuật thường, nhưng tỉ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của lần quét nền lại nhìn chung tốt hơn cả hai [4]; kết quả phụ thuộc tiêu chí đang xét, không phụ thuộc tên kỹ thuật.
Bảng quyết định: thấy gì ở mối hàn thì bố trí cách nào
| Thấy hoặc đo được tại xưởng | Làm gì | Căn cứ |
|---|---|---|
| Cần con số chiều cao vết theo chiều dày để đánh giá phù hợp sử dụng | Bố trí TOFD, vì định kích thước ở đây không dựa vào biên độ | [1][2] |
| Khuyết tật nghi nằm sát mặt trên, trong lớp mỏng ngay dưới bề mặt | Không dựa vào TOFD ở vùng đó; bù bằng kỹ thuật khác | [2] |
| Khuyết tật nghi nằm sát mặt đáy | Tính tới vùng chết sát đáy trước khi kết luận là không có gì | [2] |
| Sóng biên không ghi được hoặc về rất yếu | Xem lại tiếp âm, và cân nhắc khả năng có vết nứt hở mặt | [2] |
| Khuyết tật có thể không nằm giữa hai đầu dò | Đừng đọc thẳng độ sâu và chiều cao; nguồn ghi sai số xuất hiện trong tình huống này | [2] |
| Vết phẳng nghiêng, không vuông góc với mặt đo | TOFD là một lựa chọn; TWI ghi kỹ thuật này phát hiện được cả loại vết đó | [1] |
| Cần định vị theo mặt cắt và đổi góc nhanh để tìm quanh mối hàn | Bố trí mảng pha, lái chùm bằng điện | [3] |
| Mối hàn chu vi ống, quy trình phải vừa tìm vừa đo | Bố trí cả hai, như bố trí điển hình mà nguồn mô tả | [2] |
| Chưa có mẫu chuẩn và chưa chốt tiêu chí nghiệm thu | Chưa quét; chọn kỹ thuật theo tiêu chí, không theo tên | [4] |
Nguồn và giới hạn
Tra ngày 12/09/2026. Các câu dẫn đã được đối chiếu trên văn bản tải trực tiếp từ những địa chỉ dưới đây.
- [1] TWI, Time of Flight Diffraction (ToFD): https://www.twi-global.com/what-we-do/services-and-support/asset-management/non-destructive-testing/ndt-techniques/time-of-flight-diffraction — bố trí cặp đầu dò phát một bên thu một bên; sóng biên và phản xạ đáy ở chỗ lành; nhiễu xạ từ hai đầu vết; tính độ sâu bằng lượng giác; chùm rộng phân kỳ phủ vùng lớn; ưu điểm đo chiều cao và tách chỉ thị hình học; phát hiện vết phẳng không vuông góc với mặt đo. Đây là trang dịch vụ của chính viện, các câu đánh giá so sánh trên trang không được bài dùng.
- [2] Sensors (MDPI, bản toàn văn mở trên PMC), Towards an Alternative to Time of Flight Diffraction Using Instantaneous Phase Coherence Imaging for Characterization of Crack-Like Defects: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7865572/ — bố trí kiểm điển hình của mối hàn chu vi; giới hạn của TOFD; hai vùng chết và trị số kèm điều kiện; độ phân giải giảm theo độ sâu; giả định khuyết tật nằm giữa hai đầu dò và sai số kèm theo; định kích thước không dựa vào biên độ; lệch pha 180 độ giữa hai đầu vết; công dụng của sóng biên.
- [3] ASNT (American Society for Nondestructive Testing), NDT Overview: An Introduction to Phased Array Ultrasonic Testing: https://www.asnt.org/standards-publications/blog/ndt-overview-an-introduction-to-phased-array-ultrasonic-testing — chùm mảng pha lái, quét, quét quạt, hội tụ bằng điện; chọn góc vuông góc với khuyết tật; hội tụ cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu; phần mềm lưu và hiển thị kết quả.
- [4] TWI, Evaluation of the Phased Array Transmit-Receive Longitudinal and Time of Flight Diffraction Techniques: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/evaluation-of-the-phased-array-transmit-receive-longitudinal-and-time-of-flight-diffraction-techniques — TOFD đầu dò một biến tử dùng để định chiều cao vết nứt; tín hiệu nhiễu xạ rất yếu, đầu phát dùng biến tử nhỏ phát chùm phân kỳ mạnh; kết quả hai chiều của thử nghiệm trên một cụm mối hàn khác kim loại.
- [5] Sensors (MDPI, bản toàn văn mở trên PMC), Enhancing Time-of-Flight Diffraction (TOFD) Inspection through an Innovative Curved-Sole Probe Design: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11479281/ — dùng cho một ý duy nhất: nhóm tác giả ghi thử nghiệm của họ chạy theo tiêu chuẩn TOFD ISO 10863:2020. Bài không trích nội dung tiêu chuẩn đó.
- Tiêu chuẩn, chỉ dẫn tên và số hiệu (không trích nội dung, không trích mức chấp nhận): ISO 10863 Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Use of time-of-flight diffraction technique (TOFD); ISO 13588 Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Use of automated phased array technology; ISO 15626 Non-destructive testing of welds — Time-of-flight diffraction technique (TOFD) — Acceptance levels; ISO 19285 Non-destructive testing of welds — Phased array ultrasonic testing (PAUT) — Acceptance levels. Tên đối chiếu trên bản xem trước công khai của bản dự thảo cuối ISO/FDIS 17635 tại cdn.standards.iteh.ai, vì trang iso.org trả mã 403 cho truy cập tự động.
Bảng này không dùng cho:
- Mức chấp nhận khuyết tật và chiều cao cho phép: bài không nêu.
- Chọn khoảng cách tâm hai đầu dò, góc nêm và tần số cho một bề dày cụ thể: bài không nêu.
- Yêu cầu chứng chỉ và bậc thợ kiểm: bài không nêu.
- So sánh thiết bị hay đầu dò của các hãng: bài không nêu.
- Kỹ thuật hội tụ toàn phần và tạo ảnh theo pha tức thời: chỉ được nhắc tên, không đối chiếu.
Không xác định được từ bài này: chiều sâu vùng chết trên mối hàn đang kiểm — trị số đã dẫn gắn với dải tần số và bề dày riêng của bài báo, phải tính lại theo xung phát, khoảng cách tâm hai đầu dò và tốc độ truyền âm thực tế; và mức suy giảm tín hiệu nhiễu xạ trong vật liệu cụ thể, vì nguồn chỉ mô tả bằng chữ.
Cần chính xác hơn: đối chiếu cách chọn phương pháp theo dạng khuyết tật ở kiểm tra không phá huỷ NDT là gì, chọn phương pháp nào, và bảng việc cần làm khi nghiệm thu mối hàn ở checklist kiểm tra chất lượng mối hàn.
Câu hỏi thường gặp
TOFD là gì? Là kỹ thuật siêu âm dùng một cặp đầu dò đặt hai bên vùng cần kiểm theo kiểu phát một bên thu một bên; khi có vết nứt, sóng bị nhiễu xạ từ đầu trên và đầu dưới của vết, và độ sâu hai đầu vết được tính từ thời gian truyền bằng lượng giác [1].
Vùng chết của TOFD nằm ở đâu và sâu bao nhiêu? Bài trên tạp chí Sensors nêu hai vùng chết do thời gian dao động tắt dần: sát mặt và sát đáy [2]. Vùng chết sóng biên được ghi là thường sâu 4 đến 8 mm với tần số trong dải 5 MHz–15 MHz trên mẫu thép dày dưới 25 mm, vùng sát đáy thường dưới 1 mm [2]. Đây là trị số kèm điều kiện của bài báo đó.
Vì sao TOFD đo chiều cao vết nứt tốt? Vì phép đo dựa vào thời gian tới của tín hiệu nhiễu xạ chứ không dựa vào biên độ [2], và hai đầu vết cho lệch pha đặc trưng 180 độ nên dễ nhận ra trên đường tín hiệu [2]. TWI ghi ưu điểm chính của TOFD là độ chính xác khi đo chiều cao và việc dễ tách chỉ thị thật khỏi chỉ thị hình học [1].
Sóng biên dùng để làm gì? Bài trên tạp chí Sensors ghi sóng biên hay được dùng để đánh giá điều kiện tiếp âm và để hiệu chuẩn; nếu sóng biên không ghi được hoặc về với biên độ yếu thì đó là dấu hiệu tốt cho thấy có vết nứt hở mặt [2].
PAUT và TOFD có thay thế nhau được không? Bài trên tạp chí Sensors mô tả bố trí điển hình khi kiểm mối hàn chu vi gồm đầu dò mảng pha thường cộng thêm đầu dò TOFD chạy tần số cao hơn [2]. Nghĩa là trong thực hành chúng hay đứng cạnh nhau hơn là thay nhau.
Đọc kết quả TOFD cần dè chừng điều gì? Phép tính vị trí và chiều cao giả định khuyết tật nằm đúng giữa hai đầu dò, và nhiều vị trí khác nhau có thể cho cùng một bộ thời gian ghi được; lệch khỏi giữa thì độ sâu và chiều cao ước ra có sai số [2].