ISO 16828:2012

Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Time-of-flight diffraction technique as a method for detection and sizing of discontinuities

ISO 16828:2012 defines the general principles for the application of the time-of-flight diffraction (TOFD) technique for both detection and sizing of discontinuities in low alloyed carbon steel components. It can also be used for other types of materials, provided the application of the TOFD technique is performed with necessary consideration of geometry, acoustical properties of the materials, and the sensitivity of the examination. Although it is applicable, in general terms, to discontinuities in materials and applications covered by ISO 16810, it contains references to the application on welds. This approach has been chosen for reasons of clarity as to the ultrasonic probe positions and directions of scanning. Unless otherwise specified in the referencing documents, the minimum requirements of ISO 16828:2012 are applicable. Unless explicitly stated otherwise, ISO 16828:2012 is applicable to the following product classes as defined in ISO 16811: a) class 1, without restrictions; b) classes 2 and 3, restrictions apply as stated in Clause 9. The inspection of products of classes 4 and 5 requires special procedures. These are also addressed in Clause 9. Techniques for the use of TOFD for weld inspection are described in ISO 10863. The related acceptance criteria are given in ISO 15626.

Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Technique de diffraction du temps de vol utilisée comme méthode de détection et de dimensionnement des discontinuités

L'ISO 16828:2012 définit les principes généraux pour l'application de la technique de diffraction du temps de vol (TOFD) pour la détection et le dimensionnement des discontinuités dans les composants en acier au carbone faiblement allié. Elle peut également être employée pour d'autres types de matériaux, à condition que l'application de la technique TOFD tienne compte de la géométrie, des propriétés acoustiques des matériaux et de la sensibilité de l'examen. Bien qu'elle soit applicable, en termes génériques, aux discontinuités des matériaux et applications couvertes par l'ISO 16810, elle contient des références aux applications sur les soudures. Cette approche a été choisie pour des raisons de clarté en termes de position des traducteurs ultrasonores et de direction de balayage. Sauf indications contraires dans les documents de référence, les exigences minimales de l'ISO 16828:2012 sont applicables. Sauf dispositions contraires explicites, l'ISO 16828:2012 s'applique aux classes de produits suivantes, telles que définies dans l'ISO 16811: classe 1: sans restriction; classes 2 et 3: les restrictions spécifiées s'appliquent comme établi dans l'Article 9. L'examen des produits de classes 4 et 5 requiert des modes opératoires particuliers, qui sont également traités dans l'Article 9. Les techniques d'utilisation de la méthode TOFD pour l'examen des soudures sont décrites dans l'ISO 10863. Les critères d'acceptation associés sont donnés dans l'ISO 15626.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 22-Mar-2012
• ICS: 19.100 - Non-destructive testing
• Technical Committee: ISO/TC 135/SC 3 - Ultrasonic testing
• Drafting Committee: ISO/TC 135/SC 3 - Ultrasonic testing
• Current Stage: 9092 - International Standard to be revised
• Completion Date: 13-Jan-2023

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16828
First edition
2012-04-01

Non-destructive testing — Ultrasonic
testing — Time-of-flight diffraction
technique as a method for detection and
sizing of discontinuities
Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Technique de
diffraction du temps de vol utilisée comme méthode de détection et de
dimensionnement des discontinuités




Reference number
ISO 16828:2012(E)
©
ISO 2012

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 16828:2012(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT


©  ISO 2012
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56  CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Published in Switzerland

ii © ISO 2012 – All rights reserved

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms, definitions, symbols and abbreviations.2
3.1 Terms and definitions .2
3.2 Abbreviations.2
3.3 Symbols.2
4 General.3
4.1 Principle of the technique.3
4.2 Requirements for surface condition and couplant .5
4.3 Materials and process type .5
5 Qualification of personnel .5
6 Equipment requirements.5
6.1 Ultrasonic equipment and display.5
6.2 Ultrasonic probes.6
6.3 Scanning mechanisms.7
7 Equipment set-up procedures .7
7.1 General.7
7.2 Probe choice and probe separation .8
7.2.1 Probe selection.8
7.2.2 Probe separation.9
7.3 Time window setting.9
7.4 Sensitivity setting.9
7.5 Scan resolution setting.10
7.6 Setting of scanning speed.10
7.7 Checking system performance.10
8 Interpretation and analysis of data.10
8.1 Basic analysis of discontinuities.10
8.1.1 General.10
8.1.2 Characterisation of discontinuities .10
8.1.3 Estimation of discontinuity position .11
8.1.4 Estimation of discontinuity length .11
8.1.5 Estimation of discontinuity depth and height .12
8.2 Detailed analysis of discontinuities .12
8.2.1 General.12
8.2.2 Additional scans.13
8.2.3 Additional algorithms.14
9 Detection and sizing in complex geometries .14
10 Limitations of the technique.14
10.1 General.14
10.2 Accuracy and resolution.15
10.2.1 General.15
10.2.2 Errors in the lateral position .15
10.2.3 Timing errors.15
10.2.4 Errors in sound velocity .15
10.2.5 Errors in probe centre separation .15
10.2.6 Spatial resolution.16
10.3 Dead zones.16
© ISO 2012 – All rights reserved iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 16828:2012(E)

11 TOFD examination without data recording .16
12 Test procedure.17
13 Test report.17
Annex A (normative) Reference blocks .18
Bibliography .19

iv © ISO 2012 – All rights reserved

---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 16828 was prepared by Technical Committee ISO/TC 135, Non-destructive testing, Subcommittee SC 3,
Ultrasonic testing.
© ISO 2012 – All rights reserved v

---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
Introduction
This International Standard is based on EN 583-6:2008, Non-destructive testing — Ultrasonic examination —
Part 6: Time-of-flight diffraction technique as a method for detection and sizing of discontinuities.
The following International Standards are linked.
ISO 16810, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General principles
ISO 16811, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Sensitivity and range setting
ISO 16823, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Transmission technique
ISO 16826, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Examination for discontinuities perpendicular to
the surface
ISO 16827, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Characterization and sizing of discontinuities
ISO 16828, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Time-of-flight diffraction technique as a method for
detection and sizing of discontinuities


vi © ISO 2012 – All rights reserved

---------------------- Page: 6 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16828:2012(E)

Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Time-of-flight
diffraction technique as a method for detection and sizing of
discontinuities
1 Scope
This International Standard defines the general principles for the application of the time-of-flight diffraction
(TOFD) technique for both detection and sizing of discontinuities in low alloyed carbon steel components. It
can also be used for other types of materials, provided the application of the TOFD technique is performed
with necessary consideration of geometry, acoustical properties of the materials, and the sensitivity of the
examination.
Although it is applicable, in general terms, to discontinuities in materials and applications covered by
ISO 16810, it contains references to the application on welds. This approach has been chosen for reasons of
clarity as to the ultrasonic probe positions and directions of scanning.
Unless otherwise specified in the referencing documents, the minimum requirements of this International
Standard are applicable.
Unless explicitly stated otherwise, this International Standard is applicable to the following product classes as
defined in ISO 16811:
 class 1, without restrictions;
 classes 2 and 3, specified restrictions apply.
NOTE 1 See Clause 9.
The inspection of products of classes 4 and 5 requires special procedures, which are also addressed.
NOTE 2 See Clause 9.
NOTE 3 Techniques for the use of TOFD for weld inspection are described in ISO 10863.
NOTE 4 The related acceptance criteria are given in ISO 15626.

2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 9712, Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel — General principles
ISO 16810, Non-destructive testing — Ultrasonic WHVWLQJ — General principles
ISO 16811, Non-destructive testing — Ultrasonic WHVWLQJ — Sensitivity and range setting
EN 12668-1, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic examination
equipment — Part 1: Instruments
EN 12668-2, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic examination
equipment — Part 2: Probes
© ISO 2012 – All rights reserved 1

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
EN 12668-3, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic examination
equipment — Part 3: Combined equipment
3 Terms, definitions, symbols and abbreviations
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1.1
scanning surface dead zone
zone where indications may be obscured due to the interface echo (lateral wave)
3.1.2
back wall dead zone
dead zone where signals may be obscured by the presence of the back wall echo
3.1.3
A-scan
display of the ultrasonic signal amplitude as a function of time
3.1.4
B-scan
display of the time-of-flight of the ultrasonic signal as a function of probe displacement
3.1.5
non-parallel scan
scan perpendicular to the ultrasonic beam direction (see Figure 4)
3.1.6
parallel scan
scan parallel to the ultrasonic beam direction (see Figure 5)
3.2 Abbreviations
⎯ TOFD: time-of-flight diffraction
3.3 Symbols

Figure 1 — Coordinate definition
2 © ISO 2012 – All rights reserved

---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
x coordinate parallel to the scanning surface and parallel to a predetermined reference line. In
case of weld inspection this reference line should coincide with the weld. The origin of the
axes may be defined as best suits the specimen under examination (see Figure 1);
Δx discontinuity length;
y coordinate parallel to the scanning surface, perpendicular to the predetermined reference
line (see Figure 1);
error in lateral position;
δy
z coordinate perpendicular to the scanning surface (see Figure 1);
Δz discontinuity height;
d depth of a discontinuity tip below the scanning surface;
δd error in depth;
D scanning-surface dead zone;
ds
D back wall dead zone;
dw
c sound velocity;
error in sound velocity;
δc
R
spatial resolution;
t time-of-flight from the transmitter to the receiver;
Δt time-of-flight difference between the lateral wave and a second ultrasonic signal;
error in time-of-flight;
δt
t time-of-flight at depth d;
d
t duration of the ultrasonic pulse measured at 10 % of the peak amplitude;
p
t time-of-flight of the back wall echo;
w
s half the distance between the index points of two ultrasonic probes;
error in half the probe separation;
δs
W wall thickness.
4 General
4.1 Principle of the technique
The TOFD technique relies on the interaction of ultrasonic waves with the tips of discontinuities. This
interaction results in the emission of diffracted waves over a large angular range. Detection of the diffracted
waves makes it possible to establish the presence of the discontinuity. The time-of-flight of the recorded
signals is a measure for the height of the discontinuity, thus enabling sizing of the defect. The dimension of
© ISO 2012 – All rights reserved 3

---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
the discontinuity is always determined from the time-of-flight of the diffracted signals. The signal amplitude is
not used in size estimation.

Key
1 transmitter d discontinuity
2 receiver e lower tip
a lateral wave f back wall echo
b upper tip
Figure 2 — Basic TOFD configuration
The basic configuration for the TOFD technique consists of a separate ultrasonic transmitter and receiver (see
Figure 2). Wide-angle beam compression wave probes are normally used since the diffraction of ultrasonic
waves is only weakly dependent on the orientation of the discontinuity tip. This enables the inspection of a
certain volume in one scan. However, restrictions apply to the size of the volume that can be inspected during
a single scan (see 7.2).
The first signal to arrive at the receiver after emission of an ultrasonic pulse is usually the lateral wave which
travels just beneath the upper surface of the test specimen.
In the absence of discontinuities, the second signal to arrive at the receiver is the back wall echo.
These two signals are normally used for reference purposes. If mode conversion is neglected, any signals
generated by discontinuities in the material should arrive between the lateral wave and the back wall echo,
since the latter two correspond, respectively, to the shortest and longest paths between transmitter and
receiver. For similar reasons the diffracted signal generated at the upper tip of a discontinuity will arrive before
the signal generated at the lower tip of the discontinuity. A typical pattern of indications (A-scan) is shown in
Figure 3. The height of the discontinuity can be deduced from the difference in time-of-flight of the two
diffracted signals (see 8.1.5). Note the phase reversal between the lateral wave and the back wall echo, and
between echoes of the upper and lower tip of the discontinuity.
Where access to both surfaces of the specimen is possible and discontinuities are distributed throughout the
specimen thickness, scanning from both surfaces will improve the overall precision, particularly in regard to
discontinuities near the surfaces.
4 © ISO 2012 – All rights reserved

---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 16828:2012(E)

Key
X amplitude b upper tip
Y time c lower tip
a lateral wave d back wall echo
Figure 3 — Schematic A-scan of an embedded discontinuity
4.2 Requirements for surface condition and couplant
Care shall be taken that the surface condition meets at least the requirements stated in ISO 16810. Since the
diffracted signals may be weak, the degradation of signal quality due to poor surface condition will have a
severe impact on inspection reliability.
Different coupling media can be used, but their type shall be compatible with the materials to be examined.
Examples are: water (possibly containing an agent e.g. wetting, anti-freeze, corrosion inhibitor), contact paste,
oil, grease, cellulose paste containing water, etc.
The characteristics of the coupling medium shall remain constant throughout the examination. It shall be
suitable for the temperature range in which it will be used.
4.3 Materials and process type
Due to the relatively low signal amplitudes that are used in the TOFD technique, the method can be applied
routinely on materials with relatively low levels of attenuation and scatter for ultrasonic waves. In general,
application on unalloyed and low alloyed carbon steel components and welds is possible, but also on fine
grained austenitic steels and aluminium.
Coarse-grained materials and materials with significant anisotropy however, such as cast iron, austenitic weld
materials and high-nickel alloys, will require additional validation and additional data-processing.
By mutual agreement, a representative test specimen with artificial and/or natural discontinuities can be used
to confirm inspectability. Remember that diffraction characteristics of artificial defects can differ significantly
from those of real defects.
5 Qualification of personnel
Personnel performing examinations with the TOFD technique shall, as a minimum, be qualified in accordance
with ISO 9712, and shall have received additional training and examination on the use of the TOFD technique
on the product classes to be tested, as specified in a written practice.
6 Equipment requirements
6.1 Ultrasonic equipment and display
Ultrasonic equipment used for the TOFD technique shall, as a minimum, comply with the requirements of
EN 12668-1, EN 12668-2 and EN 12668-3.
© ISO 2012 – All rights reserved 5

---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
In addition, the following requirements shall apply:
⎯ receiver bandwidth shall, as a minimum, range between 0,5 and 2 times the nominal probe frequency at -
6 dB, unless specific materials and product classes require a larger bandwidth. Appropriate band filters
can be used;
⎯ transmitting pulse can either be unipolar or bipolar. The rise time shall not exceed 0,25 times the period
corresponding to the nominal probe frequency;
⎯ unrectified signals shall be digitized with a sampling rate of at least six times the nominal probe
frequency;
⎯ for general applications, combinations of ultrasonic equipment and scanning mechanisms (see 6.3) shall
be capable of acquiring and digitizing signals with a rate of at least one A-scan per 1 millimetre scan
length. Data acquisition and scanning mechanism movement shall be synchronized for this purpose;
⎯ to select an appropriate portion of the time base within which A-scans are digitized, a window with
programmable position and length shall be present. Window start shall be programmable between 0 µs
and 200 µs from the transmitting pulse, window length shall be programmable between 5 µs and 100 µs.
In this way, the appropriate signals (lateral or creeping wave, back wall signal, one or more mode
converted signals as described in 4.1) can be selected to be digitized and displayed;
⎯ digitized A-scans should be displayed in amplitude related grey or single-colour levels, plotted adjacently
to form a B-scan. See Figures 4 and 5 for typical B-scans of non-parallel and parallel scans respectively.
The number of grey or single-colour scales should at least be 64;
⎯ for archiving purposes, the equipment shall be capable of storing all A-scans or B-scans (as appropriate)
on a magnetic or optical storage medium such as hard disk, tape or optical disk. For reporting purposes, it
shall be capable of making hard copies of A-scans or B-scans (as appropriate);
⎯ equipment should be capable of performing signal averaging.
In order to achieve the relatively high gain settings required for typical TOFD-signals, a pre-amplifier may be
used, which should have a flat response over the frequency range of interest. This pre-amplifier shall be
positioned as close as possible to the receiving probe.
Additional requirements regarding features for basic and advanced analysis of discontinuities are described in
Clause 8.
6.2 Ultrasonic probes
Ultrasonic probes used for the TOFD technique shall comply with at least the following requirements:
⎯ number of probes: 2 (transmitter and receiver);
⎯ type: any suitable probe (see 7.2);
⎯ wave mode: usually compression wave; the use of shear wave probes is more complex but may be
agreed upon in special cases;
⎯ both probes shall have the same centre frequency within a tolerance of ± 20 %; for details on probe
frequency selection, see 7.2;
⎯ pulse length of both the lateral wave and the back wall echo shall not exceed two cycles, measured at
10 % of the peak amplitude;
⎯ pulse repetition rate shall be set such that no interference occurs between signals caused by successive
transmission pulses.
6 © ISO 2012 – All rights reserved

---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 16828:2012(E)

Key
1 reference line 6 lateral wave
2 direction of probe displacement (x-direction) 7 discontinuity upper tip
3 transmitter 8 discontinuity lower tip
4 receiver 9 back wall reflection
5 transit time (through wall extent)
Figure 4 — Non-parallel scan, with the typical direction of probe displacement shown on the left and
the corresponding B-scan shown on the right
6.3 Scanning mechanisms
Scanning mechanisms shall be used to maintain a constant distance and alignment between the index points
of the two probes.
An additional function of scanning mechanisms is to provide the ultrasonic equipment with probe position
information in order to enable the generation of position-related B-scans. Information on probe position can be
provided by means of e.g. incremental magnetic or optical encoders, or potentiometers.
Scanning mechanisms in TOFD can either be motor or manually driven. They shall be guided by means of a
suitable guiding mechanism (steel band, belt, automatic track following systems, guiding wheels, etc.).
Guiding accuracy with respect to the centre of a reference line (e.g. the centre line of a weld) should be kept
within a tolerance of ± 10 % of the probe index point separation (probe centre separation PCS).
7 Equipment set-up procedures
7.1 General
Probe selection and probe configuration are important equipment set-up parameters. They largely determine
the overall accuracy, the signal-to-noise ratio and the coverage of the region of interest of the TOFD
technique.
© ISO 2012 – All rights reserved 7

---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 16828:2012(E)

Key
1 reference line 6 lateral wave
2 direction of probe displacement (y-direction) 7 discontinuity upper tip
3 transmitter 8 discontinuity lower tip
4 receiver 9 back wall reflection
5 transit time (through wall extent)
Figure 5 — Parallel scan, with the typical direction of probe displacement shown on the left and the
corresponding B-scan shown on the right
The set-up procedure described in this subclause intends to ensure:
⎯ sufficient system gain and signal-to-noise ratio to detect the diffracted signals of interest;
⎯ acceptable resolution and adequate coverage of the region of interest;
⎯ efficient use of the dynamic range of the system.
7.2 Probe choice and probe separation
7.2.1 Probe selection
In this clause typical probe arrangements are given for TOFD in order to achieve good detection capabilities
on both thin and thick specimens. Note that these arrangements are not mandatory and that the exact
requirements to achieve a specification should be checked.
For steel thicknesses up to 70 mm, a single pair of probes can be used. The recommended probe selection
parameters to achieve sufficient resolution and adequate coverage are shown in Table 1 for three different
ranges of wall thicknesses.
8 © ISO 2012 – All rights reserved

---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 16828:2012(E)
Table 1 — Recommended probe selection parameters for steel thicknesses up to 70 mm
Wall thickness Centre frequency Transducer size Nominal probe
angle


mm MHz mm
°
< 10 10 up to 15 2 up to 6 50 up to 70
10 up to < 30 5 up to 10 2 up to 6 50 up to 60
30 up to < 70 2 up to 5 6 up to 12 45 up to 60
For thicknesses greater than 70 mm, the wall thickness shall be divided into more than one inspection zone,
each zone covering a different depth region. Table 2 shows the recommended centre frequencies, transducer
sizes and nominal probe angles to achieve sufficient resolution and adequate coverage for thick materials
from 70 mm up to 300 mm. These zones can be inspected simultaneously or separately.
Table 2 — Recommended probe selection parameters for steel thicknesses from 70 mm up to 300 mm
Depth region Centre frequency Transducer size Nominal probe
angle


mm MHz mm
°
0 up to < 30 5 up to 10 2 up to 6 50 up to 70
30 up to < 100 2 up to 5 6 up to 12 45 up to 60
1 up to 3 10 up to 25 45 up to 60
100 up to ≤ 300
7.2.2 Probe separation
The maximum diffraction efficiency occurs when the included angle is about 120°. The probes should be
arranged such that the (imagined) beam centre lines intersect at about this angle in the depth region where
discontinuities are anticipated/sought.
Deviations of more than – 35° or + 45° from this value may cause the diffracted echoes to be weak and should
not be used unless detection capabilities can be demonstrated.
7.3 Time window setting
Ideally, the time window recorded should start at least 1 µs prior to the time of arr
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 16828
Première édition
2012-04-01


Essais non destructifs — Contrôle par
ultrasons — Technique de diffraction du
temps de vol (TOFD) utilisée comme
méthode de détection et de
dimensionnement des discontinuités
Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Time-of-flight diffraction
technique as a method for detection and sizing of discontinuities




Numéro de référence
ISO 16828:2012(F)
©
ISO 2012

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 16828:2012(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT


©  ISO 2012
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur l’internet ou sur un
Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité
membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56  CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Version française parue en 2013
Publié en Suisse

ii © ISO 2012 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos . v
Introduction . vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions, symboles et abréviations . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Abréviations . 2
3.3 Symboles . 3
4 Généralités . 4
4.1 Principe de la technique . 4
4.2 Exigences relatives à l’état de surface et au couplant . 5
4.3 Types de matériaux et de procédés . 5
5 Qualification du personnel . 5
6 Exigences relatives à l'équipement . 5
6.1 Équipement ultrasonore et représentation . 5
6.2 Traducteurs ultrasonores . 6
6.3 Mécanismes de balayage. 7
7 Mode opératoire de réglage de l’équipement . 8
7.1 Généralités . 8
7.2 Choix et écartement des traducteurs . 9
7.2.1 Choix des traducteurs . 9
7.2.2 Écartement des traducteurs . 9
7.3 Réglage de la fenêtre temporelle . 9
7.4 Réglage de la sensibilité . 10
7.5 Réglage de la résolution de balayage . 10
7.6 Réglage de la vitesse de balayage . 10
7.7 Vérification des performances du système . 10
8 Interprétation et analyse des données . 10
8.1 Analyse de base des discontinuités . 10
8.1.1 Généralités . 10
8.1.2 Caractérisation des discontinuités . 11
8.1.3 Estimation de la position d’une discontinuité . 11
8.1.4 Estimation de la longueur d’une discontinuité . 12
8.1.5 Estimation de la profondeur et de la hauteur d’une discontinuité . 12
8.2 Analyse détaillée des discontinuités . 13
8.2.1 Généralités . 13
8.2.2 Balayages supplémentaires . 13
8.2.3 Algorithmes supplémentaires . 14
9 Détection et dimensionnement pour les pièces à géométrie complexe . 15
10 Limites de la technique . 15
10.1 Généralités . 15
10.2 Précision et résolution . 15
10.2.1 Généralités . 15
10.2.2 Erreurs de position latérale . 15
10.2.3 Erreurs de mesurage du temps . 16
10.2.4 Erreurs sur la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore . 16
10.2.5 Erreurs de distance entre les centres des traducteurs . 16
10.2.6 Résolution spatiale . 16
10.3 Zones mortes . 17
© ISO 2012 – Tous droits réservés
iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
11 Examen TOFD sans enregistrement de données .17
12 Mode opératoire d'essai .17
13 Rapport d'essai .17
Annexe A (normative) Blocs de référence .18
Bibliographie .19

© ISO 2012 – Tous droits réservés
iv

---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 16828 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 135, Essais non destructifs, sous-comité SC 3,
Essais aux ultrasons.
© ISO 2012 – Tous droits réservés
v

---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
Introduction
La présente Norme internationale est fondée sur l'EN 583-6:2008, Essais non destructifs — Contrôle
ultrasonore — Partie 6: Technique de diffraction du temps de vol utilisée comme méthode de détection et de
dimensionnement des discontinuités.
Les Normes internationales suivantes sont liées.
ISO 16810, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Principes généraux
ISO 16811, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Réglage de la sensibilité et de la base de temps
ISO 16823, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Technique par transmission
ISO 16826, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Contrôle des discontinuités perpendiculaires à
la surface
ISO 16827, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Caractérisation et dimensionnement des
discontinuités
ISO 16828, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Technique de diffraction du temps de vol
(TOFD) utilisée comme méthode de détection et de dimensionnement des discontinuités
© ISO 2012 – Tous droits réservés
vi

---------------------- Page: 6 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 16828:2012(F)

Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Technique
de diffraction du temps de vol (TOFD) utilisée comme méthode
de détection et de dimensionnement des discontinuités
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit les principes généraux pour l'application de la technique de
diffraction du temps de vol (TOFD) pour la détection et le dimensionnement des discontinuités dans les
composants en acier au carbone faiblement allié. Elle peut également être employée pour d'autres types de
matériaux, à condition que l'application de la technique TOFD tienne compte de la géométrie, des propriétés
acoustiques des matériaux et de la sensibilité de l'examen.
Bien qu'elle soit applicable, en termes génériques, aux discontinuités des matériaux et applications couvertes
par l'ISO 16810, elle contient des références aux applications sur les soudures. Cette approche a été choisie
pour des raisons de clarté en termes de position des traducteurs ultrasonores et de direction de balayage.
Sauf indications contraires dans les documents de référence, les exigences minimales de la présente Norme
internationale sont applicables.
Sauf dispositions contraires explicites, la présente Norme internationale s'applique aux classes de produits
suivantes, telles que définies dans l'ISO 16811:
 classe 1: sans restriction;
 classes 2 et 3: les restrictions spécifiées s'appliquent.
NOTE 1 Voir l'Article 9.
L'examen des produits de classes 4 et 5 requiert des modes opératoires particuliers, qui sont également traités.
NOTE 2 Voir l'Article 9.
NOTE 3 Les techniques d'utilisation de la méthode TOFD pour l'examen des soudures sont décrites dans l'ISO 10863.
NOTE 4 Les critères d'acceptation associés sont donnés dans l'ISO 15626.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables à l’application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 9712, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END — Principes généraux
ISO 16810, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Principes généraux
ISO 16811, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Réglage de la sensibilité et de la base de temps
EN 12668-1, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l'appareillage de contrôle par
ultrasons — Partie 1: Appareils
EN 12668-2, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l'appareillage de contrôle par
ultrasons — Partie 2: Traducteurs
EN 12668-3, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l'appareillage de contrôle par
ultrasons — Partie 3: Équipement complet
© ISO 2012 – Tous droits réservés
1

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
3 Termes, définitions, symboles et abréviations
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1.1
zone morte sous la surface de balayage
zone dans laquelle les signaux peuvent ne pas être mis en évidence en raison de l'écho d'interface (onde
latérale)
3.1.2
zone morte induite par l’écho de fond
zone morte dans laquelle les signaux peuvent ne pas être mis en évidence en raison de l'écho de fond
3.1.3
représentation de type A
visualisation de l'amplitude du signal ultrasonore en fonction du temps
3.1.4
représentation de type B
visualisation du temps de vol du signal ultrasonore en fonction du déplacement du traducteur
3.1.5
balayage non parallèle
balayage perpendiculaire à la direction du faisceau ultrasonore (voir Figure 4)
3.1.6
balayage parallèle
balayage parallèle à la direction du faisceau ultrasonore (voir Figure 5)
3.2 Abréviations
 TOFD (Time of Flight Diffraction): Diffraction du temps de vol
© ISO 2012 – Tous droits réservés
2

---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
3.3 Symboles

Figure 1 — Définition des coordonnées
x coordonnée parallèle à la surface de balayage et à une ligne de référence prédéterminée. En cas
de contrôle de soudures, il convient que cette ligne de référence coïncide avec la soudure.
L'origine des axes peut être définie selon la méthode la plus adaptée à la pièce à examiner
(voir Figure 1);
longueur de la discontinuité;
x
y coordonnée parallèle à la surface de balayage et perpendiculaire à la ligne de référence
prédéterminée (voir Figure 1);
δy erreur de mesurage de la position latérale;
z coordonnée perpendiculaire à la surface de balayage (voir Figure 1);
z hauteur de la discontinuité;
d profondeur du bord de la discontinuité sous la surface de balayage;
δd erreur de mesurage de la profondeur;
D zone morte sous la surface de balayage;
ds
D zone morte induite par l'écho de fond;
dw
c vitesse de propagation de l'onde ultrasonore;
δc erreur sur la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore;
R résolution spatiale;
t temps de vol de l'émetteur au récepteur;
différence de temps de vol entre l'onde latérale et un second signal ultrasonore;
t
δt erreur de mesurage du temps de vol;
t temps de vol à une profondeur d;
d
t durée de l'impulsion ultrasonore mesurée à 10 % de l'amplitude crête;
p
t temps de vol de l'écho de fond;
w
s moitié de la distance entre les points d'émergence des deux traducteurs ultrasonores;
δs erreur de mesurage de la moitié de l'écartement entre les traducteurs;
W épaisseur de paroi.
© ISO 2012 – Tous droits réservés
3

---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
4 Généralités
4.1 Principe de la technique
La technique TOFD repose sur l'interaction d'ondes ultrasonores avec les bords des discontinuités. Cette
interaction provoque l'émission d'ondes diffractées omnidirectionnelles. La détection des ondes diffractées
permet d'établir la présence d'une discontinuité. Le temps de vol des signaux enregistrés est une mesure de
la hauteur de la discontinuité, ce qui permet de la dimensionner. Les dimensions de la discontinuité sont
toujours déterminées par le temps de vol des signaux diffractés. L'amplitude du signal n'est pas utilisée pour
le dimensionnement.

Légende
1 Émetteur d Discontinuité
2 Récepteur e Bord inférieur
a Onde latérale f Écho de fond
b Bord supérieur
Figure 2 — Configuration TOFD type
La configuration type pour la technique TOFD se compose d'un émetteur et d'un récepteur ultrasonores
séparés (voir Figure 2). En règle générale, des traducteurs à ondes de compression et à faisceau de grande
ouverture sont utilisés car la diffraction des ondes ultrasonores dépend très faiblement de l'orientation du bord
de la discontinuité. Ceci permet d'examiner un certain volume en un seul balayage. Toutefois, des restrictions
s'appliquent à la dimension du volume pouvant être examiné au cours d'un seul balayage (voir 7.2).
Le premier signal reçu par le récepteur après émission d'une impulsion ultrasonore est généralement l'onde
latérale qui se propage juste sous la surface de la pièce à examiner.
En l'absence de discontinuité, le second signal reçu par le récepteur est l'écho de fond.
Ces deux signaux servent généralement de référence. Si la conversion de mode n'est pas prise en compte,
tout signal généré par des discontinuités du matériau devrait apparaître entre l'onde latérale et l'écho de fond
car ces deux éléments correspondent respectivement aux trajets le plus court et le plus long entre l'émetteur
et le récepteur. Pour les mêmes raisons, le signal diffracté généré par le bord supérieur d'une discontinuité
est situé en amont du signal généré par le bord inférieur de la discontinuité. La Figure 3 présente un schéma
type de ces indications (représentation de type A). La différence entre les temps de vol des deux signaux
diffractés permet de déduire la hauteur de la discontinuité (voir 8.1.5). Il faut noter l'inversion de phase entre
l'onde latérale et l'écho de fond, ainsi qu'entre les échos des bords supérieur et inférieur de la discontinuité.
Lorsque les deux surfaces de la pièce à examiner sont accessibles et que la pièce présente des
discontinuités sur toute son épaisseur, le fait de balayer les deux surfaces améliore la précision générale, en
particulier pour les discontinuités situées près des surfaces.
© ISO 2012 – Tous droits réservés
4

---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 16828:2012(F)

Légende
X Amplitude b Bord supérieur
Y Temps c Bord inférieur
a Onde latérale d Écho de fond
Figure 3 — Schéma d’une représentation de type A d’une discontinuité interne
4.2 Exigences relatives à l’état de surface et au couplant
Il faut s'assurer que l'état de surface répond au moins aux exigences de l'ISO 16810. Dans la mesure où les
signaux diffractés peuvent être de faible amplitude, la dégradation de la qualité du signal due à un mauvais
état de surface risque d'influencer fortement la fiabilité de l'examen.
Différents milieux de couplage peuvent être utilisés mais leur type doit être compatible avec les matériaux à
contrôler, par exemple de l'eau pouvant contenir un additif (agent mouillant, antigel, anticorrosion), une pâte
de contact, de l'huile, de la graisse, une pâte de cellulose à base d'eau, etc.
Les caractéristiques du milieu de couplage doivent rester constantes pendant toute la durée de l'examen.
Le milieu de couplage doit être adapté à la plage de température d'utilisation.
4.3 Types de matériaux et de procédés
En raison de la faiblesse relative de l'amplitude des signaux utilisés avec la technique TOFD, cette méthode
peut être employée couramment pour les matériaux dont les niveaux d'atténuation et de dispersion sont
relativement faibles pour les ondes ultrasonores. En règle générale, il est possible d'utiliser cette technique
sur des composants en acier au carbone non allié ou faiblement allié, et leurs soudures, mais également sur
des aciers austénitiques et des alliages d'aluminium à grains fins.
Toutefois, les matériaux à gros grains et les matériaux à anisotropie significative, tels que la fonte, les
matériaux austénitiques soudés et les alliages à haute teneur en nickel, nécessitent une validation et un
traitement supplémentaires des données.
Par accord mutuel, une pièce représentative contenant des discontinuités artificielles et/ou naturelles peut
être utilisée pour confirmer l'aptitude à l'examen. Il ne faut pas oublier que les caractéristiques de diffraction
des défauts artificiels peuvent être nettement différentes de celles des défauts réels.
5 Qualification du personnel
Le personnel réalisant les examens à l'aide de la technique TOFD doit être, au minimum, qualifié selon
l'ISO 9712, avoir reçu une formation supplémentaire et passé un examen portant sur l'utilisation de la
technique TOFD sur les classes de produits à soumettre à l'examen, conformément à des dispositions écrites.
6 Exigences relatives à l'équipement
6.1 Équipement ultrasonore et représentation
L'équipement ultrasonore utilisé pour la technique TOFD doit au moins répondre aux exigences de
l'EN 12668-1, l’EN 12668-2 et l’EN 12668-3.
© ISO 2012 – Tous droits réservés
5

---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
Les exigences suivantes doivent également s'appliquer:
 la bande passante à -6 dB du récepteur doit couvrir, au minimum, la plage de 0,5 à 2 fois la fréquence
nominale du traducteur, sauf si le matériau spécifique et les classes de produits requièrent une bande
passante plus importante. Des filtres de bandes passantes appropriées peuvent être utilisés;
 l'impulsion de transmission peut être uni- ou bipolaire. Le temps de montée ne doit pas excéder 0,25 fois
la période correspondant à la fréquence nominale du traducteur;
 les signaux non redressés doivent être numérisés à un taux d'échantillonnage au moins égal à six fois la
fréquence nominale du traducteur;
 pour les applications générales, les combinaisons d'équipement ultrasonore et de mécanismes de
balayage (voir 6.3) doivent être capables d'acquérir et de numériser les signaux à un taux minimal d'une
représentation de type A par millimètre de longueur de balayage. À cet effet, l'acquisition de données et
le mouvement du mécanisme de balayage doivent être synchronisés;
 pour sélectionner une partie appropriée de la base de temps pour numériser les représentations de type
A, une fenêtre de position et longueur programmables doit être disponible. Le début de la fenêtre doit
pouvoir être programmé entre 0 µs et 200 µs à partir de l'impulsion d’émission et la longueur de la fenêtre
doit pouvoir être programmée entre 5 µs et 100 µs. Ainsi, les signaux appropriés (onde latérale ou
rampante, écho de fond, un ou plusieurs signaux de conversion de mode tels que décrits au 4.1) peuvent
être sélectionnés pour être numérisés et représentés;
 il convient que les représentations de type A numérisées soient affichées en niveaux de gris ou d'une
couleur unique en fonction de leur amplitude, et présentées les unes à côté des autres afin de former une
représentation de type B. Les Figures 4 et 5 illustrent respectivement des représentations de type B de
balayages non parallèle et parallèle. Il convient que le nombre de niveaux de gris ou de couleur unique
soit au minimum de 64;
 à des fins d'archivage, l'équipement doit être capable de stocker toutes les données nécessaires aux
représentations de type A ou B (selon le cas) sur un support optique ou magnétique tel qu'un disque dur,
une bande ou un disque optique. À des fins de rapport, ce support doit permettre de réaliser des copies
des représentations de type A ou B (selon le cas);
 il convient que l'équipement soit capable de moyenner les signaux.
Pour les réglages de gain relativement élevés requis pour les signaux TOFD types, un préamplificateur peut
être utilisé. Il convient qu'il présente une réponse plate sur la plage de fréquences considérée. Ce
préamplificateur doit être placé aussi près que possible du récepteur.
L'Article 8 décrit des exigences supplémentaires relatives aux caractéristiques nécessaires à des analyses de
base et avancée des discontinuités.
6.2 Traducteurs ultrasonores
Les traducteurs ultrasonores utilisés pour la technique TOFD doivent être conformes, au minimum, aux
exigences suivantes:
 nombre de traducteurs: 2 (émetteur et récepteur);
 type: tout traducteur approprié (voir 7.2);
 mode de propagation: en général, ondes de compression; l'utilisation de traducteurs à ondes de
cisaillement est plus complexe, mais ils peuvent être utilisés dans certains cas particuliers;
 les deux traducteurs doivent avoir la même fréquence centrale avec une tolérance de ±20 %; pour plus
de détails sur le choix d'une fréquence pour les traducteurs, voir 7.2;
© ISO 2012 – Tous droits réservés
6

---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
 la durée de l'impulsion de l'onde latérale et de l'écho de fond ne doit pas excéder deux périodes,
lorsqu'elle est mesurée à 10 % de l'amplitude crête;
 la fréquence de récurrence doit être réglée de sorte qu'aucune interférence ne se produise entre les
signaux créés par des impulsions d'émission successives.

Légende
1 Ligne de référence 6 Onde latérale
2 Sens de déplacement du traducteur (axe x)
7 Bord supérieur de la discontinuité
3 Émetteur 8 Bord inférieur de la discontinuité
4 Récepteur 9 Réflexion sur le fond
5 Temps de propagation (dans toute l'épaisseur de la paroi)
Figure 4 — Balayage non parallèle, avec le sens de déplacement du traducteur indiqué à gauche et la
représentation de type B à droite
6.3 Mécanismes de balayage
Des mécanismes de balayage doivent être utilisés afin de maintenir une distance et un alignement constants
entre les points d'émergence des deux traducteurs.
Les mécanismes de balayage doivent en outre fournir à l'équipement ultrasonore toutes les informations sur
la position du traducteur afin de permettre la génération de représentations de type B liées à la position du
traducteur. Les informations sur la position du traducteur peuvent être fournies par des codeurs incrémentaux
magnétiques ou optiques, ou par des potentiomètres.
Les mécanismes de balayage pour la technique TOFD peuvent être motorisés ou manuels. Ils doivent être
guidés par des mécanismes appropriés (bande en acier, courroie, systèmes de suivi automatique de piste,
roues de guidage, etc.).
Il convient que la précision du guidage par rapport à une ligne de référence (par exemple l'axe d'une soudure)
soit maintenue dans une tolérance de ± 10 % de la distance entre les points d'émergence des traducteurs
(distance entre les centres des traducteurs).
© ISO 2012 – Tous droits réservés
7

---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 16828:2012(F)
7 Mode opératoire de réglage de l’équipement
7.1 Généralités
Le choix et la configuration des traducteurs constituent des paramètres importants du réglage de
l'équipement. Ils déterminent dans une large mesure la précision générale, le rapport signal sur bruit et la
couverture de la zone d'intérêt de la technique TOFD.

Légende
1 Ligne de référence 6 Onde latérale
2 Sens de déplacement des traducteurs (axe y) 7 Bord supérieur de la discontinuité
3 Émetteur 8 Bord inférieur de la discontinuité
4 Récepteur 9 Réflexion sur le fond
5 Temps de propagation (dans toute l'épaisseur de la paroi)
Figure 5 — Balayage parallèle, avec le sens de déplacement du traducteur indiqué à gauche et la
représentat
...