용접부 비파괴검사(NDT)를 공부하다 보면 TOFD(Time of Flight Diffraction)라는 용어를 자주 접하게 됩니다. TOFD는 기존 초음파탐상검사(UT)와 같은 초음파를 이용하지만, 결함에서 발생하는 회절(Diffraction) 신호의 도달시간(Time of Flight)을 분석해 결함의 위치와 크기, 특히 결함의 높이(깊이 방향 크기)를 평가하는 것이 핵심입니다.

특히 두꺼운 용접부의 검사나 결함의 깊이 방향 크기를 정량적으로 평가해야 하는 현장에서 TOFD가 중요한 기술로 활용되고 있습니다. 현재 ISO에는 ISO 16828:2025가 TOFD를 불연속의 검출 및 크기 측정에 적용하기 위한 일반 원칙으로 발행되어 있으며, 용접부 적용에 대해서는 ISO 10863과 연계해 다루고 있습니다.

이번 글에서는 TOFD의 원리, 일반 UT와의 차이, 프로브 배치, 회절신호, 결함 높이 측정 원리, 장점과 한계, 실제 검사 절차까지 비파괴검사 입문자와 실무자가 이해하기 쉽도록 정리해보겠습니다.

1. TOFD란 무엇인가?

TOFD는 Time of Flight Diffraction의 약자로, 우리말로 시간차전파법 또는 회절시간차법이라고 부릅니다.

기존 UT에서는 결함에서 반사되어 돌아오는 에코의 크기와 위치를 중심으로 결함을 탐지하는 경우가 많습니다. 반면 TOFD는 결함 끝단에서 발생하는 회절파의 도달시간 차이를 분석하는 방식입니다.

쉽게 설명하면 다음과 같습니다.

초음파 송신 → 용접부 내부 전파 → 결함 끝단에서 회절 → 수신 프로브 도달 → 시간 차이 분석 → 결함 위치와 높이 계산

즉, TOFD에서 중요한 것은 단순히 신호가 “있다” 또는 “없다”가 아니라 그 신호가 언제 도착했는가입니다.

ISO 16828:2025는 TOFD를 저합금 탄소강 부품에서 불연속의 검출과 크기 측정에 적용하기 위한 일반 원칙으로 규정하고 있으며, 다른 재료에서도 형상과 음향 특성, 검사 감도를 고려해 적용할 수 있도록 설명하고 있습니다.

2. TOFD 검사에서는 프로브를 어떻게 배치할까?

TOFD의 대표적인 특징은 송신 프로브와 수신 프로브를 용접부 양쪽에 마주 보도록 배치한다는 것입니다.

일반적인 개념은 다음과 같습니다.

        송신 프로브                 수신 프로브
             \                       /
              \                     /
               \       균열        /
                \       ↓         /
                 \      |        /
                  \     |       /
                   \___________/

                 용접부

송신 프로브에서 발생한 초음파는 시험체 내부로 진행하고, 수신 프로브는 여러 경로를 따라 전달되는 초음파를 기록합니다.

TOFD 데이터에서는 특히 다음과 같은 신호가 중요합니다.

① Lateral Wave

시험체 표면을 따라 직접 전달되는 신호입니다.

TOFD 화면에서 상부 기준 신호 역할을 하며 시험체 표면과 가까운 영역의 위치를 판단하는 데 도움을 줍니다.

② Backwall Echo

초음파가 시험체의 반대쪽 면까지 전달된 뒤 반사되어 돌아오는 신호입니다.

시험체의 바닥 또는 후면 위치를 확인하는 기준으로 활용할 수 있습니다.

③ Diffraction Signal

가장 중요한 신호입니다.

결함의 끝단에서 초음파가 회절하면서 발생하는 신호로, 이 회절신호의 도달시간을 분석하여 결함의 깊이와 높이를 계산하는 것이 TOFD의 핵심입니다.

ISO 10863은 TOFD 데이터에서 전달파, 반사파 및 회절파 신호를 이용해 용접부의 불연속을 검출하고 위치를 평가하며 크기 및 특성을 분석하는 방법을 설명합니다.

3. TOFD의 핵심은 ‘회절’이다

TOFD를 제대로 이해하기 위해서는 회절(Diffraction)이라는 개념을 알아야 합니다.

초음파가 시험체 내부의 작은 결함을 통과할 때 단순히 완전히 차단되는 것이 아니라 결함의 끝단에서 초음파가 퍼져 나가는 현상이 발생할 수 있습니다.

이 회절된 신호를 송신 프로브와 반대편에 위치한 수신 프로브에서 기록합니다.

특히 균열과 같은 결함은 상단과 하단 끝부분에서 서로 다른 회절 신호가 발생할 수 있기 때문에 이 신호들의 위치 관계를 분석하면 결함이 어느 깊이에 있고 얼마나 높이 형성되어 있는지를 평가하는 데 도움이 됩니다.

바로 이 점이 TOFD가 단순한 결함 검출을 넘어 결함 높이 측정에 강점을 갖는 이유입니다.

4. TOFD에서 결함 높이는 어떻게 측정할까?

TOFD의 대표적인 장점은 결함의 깊이 방향 크기, 즉 결함 높이(height)를 평가할 수 있다는 것입니다.

기본적으로는 초음파의 진행시간과 시험체의 음속, 프로브 간 거리 등 검사 기하학적 정보를 이용하여 결함 끝단의 위치를 계산합니다.

개념적으로는 다음과 같습니다.

초음파 이동시간 + 음속 + 프로브 위치 관계 → 결함 끝단 위치 계산

결함의 위쪽 끝에서 발생하는 회절신호와 아래쪽 끝에서 발생하는 회절신호를 각각 계산하면 두 위치의 차이를 통해 결함 높이를 추정할 수 있습니다.

예를 들어 TOFD 분석 결과에서 결함의 상단 끝이 시험체 표면으로부터 약 20 mm 깊이에 있고 하단 끝이 약 28 mm 깊이에 있다면, 단순한 개념상 결함 높이는 약 8 mm로 평가할 수 있습니다.

다만 실제 현장에서는 이렇게 단순한 두 숫자의 차이만 계산하는 것이 아니라 검사 장비의 설정, 프로브 간 거리, 빔 각도, 재료의 음속, 검사 위치, 신호 형태 및 적용 절차 등을 함께 고려해야 합니다.

ISO 16828:2025 역시 TOFD 적용 시 시험체의 형상과 재료의 음향 특성, 시험 감도 등을 고려해야 한다고 명시하고 있습니다.

5. TOFD와 기존 UT의 차이

TOFD와 기존 초음파탐상검사(UT)는 모두 초음파를 이용하지만 검사와 데이터 해석 방식에 차이가 있습니다.

구분	일반 UT	TOFD
기본 원리	반사 에코 분석	회절 신호의 도달시간 분석
대표 데이터	A-Scan	TOFD B-Scan 이미지
결함 위치	에코 시간으로 평가	회절신호 시간으로 평가
결함 높이 평가	방법과 절차에 따라 제한적	정량적 평가에 유리
검사 방식	수동/자동 가능	반자동·자동 검사에 적합
용접부 활용	매우 넓음	특히 용접부 정량평가에 유용
장점	다양한 검사 대상	깊이·높이 측정에 강점

ISO 10863:2020은 TOFD를 금속 융합용접부의 반자동 또는 완전자동 초음파검사에 적용하는 방법으로 설명하고 있으며, 제조검사뿐 아니라 사용 중 검사에도 활용할 수 있다고 규정합니다.

6. TOFD 검사의 장점

① 결함 높이 측정에 유리하다

TOFD의 가장 큰 특징입니다.

결함의 상·하단에서 발생하는 회절신호를 이용하기 때문에 결함의 깊이 방향 크기를 정량적으로 평가하는 데 유리합니다.

② 검사 데이터를 영상으로 확인할 수 있다

TOFD는 검사 데이터를 이미지 형태로 기록하기 때문에 검사 구간의 신호 변화를 연속적으로 확인할 수 있습니다.

따라서 특정 지점의 단순 A-Scan만 확인하는 방식보다 검사 결과를 전체적으로 검토하기 쉽다는 장점이 있습니다.

③ 자동화에 적합하다

TOFD는 일정한 조건으로 프로브를 이동하면서 데이터를 연속적으로 취득하는 반자동 또는 자동검사에 적합합니다.

ISO 10863 역시 TOFD를 semi-automated 또는 fully automated ultrasonic testing에 적용하는 기술로 설명합니다.

④ 깊이 방향 결함 평가에 유용하다

특히 용접부 내부에 존재하는 균열이나 융합불량처럼 깊이와 높이 정보를 확인해야 하는 경우 TOFD가 유용할 수 있습니다.

7. TOFD 검사의 한계와 주의사항

TOFD가 매우 뛰어난 검사방법이라고 해서 모든 상황에서 기존 UT를 완전히 대체할 수 있는 것은 아닙니다.

가장 대표적인 부분이 Near Surface Dead Zone 또는 표면 근처 영역입니다.

시험체 표면에 가까운 영역은 Lateral Wave 등의 영향 때문에 결함 회절신호를 명확하게 구분하기 어려울 수 있습니다.

또한 시험체의 형상이나 재료 특성에 따라서도 검사 성능이 달라질 수 있습니다.

따라서 실제 현장에서는 TOFD 단독으로 모든 결함을 확인하기보다 PAUT 또는 일반 UT, 필요에 따라 다른 NDT 방법과 조합하는 방식을 고려하기도 합니다.

ISO 10863 역시 TOFD를 단독 검사방법으로 사용할 수도 있고 다른 NDT 방법 또는 기법과 결합해 사용할 수도 있다고 설명합니다.

8. TOFD 용접부 검사 절차

실제 프로젝트마다 세부 절차는 달라질 수 있지만 일반적인 TOFD 검사 흐름은 다음과 같이 이해할 수 있습니다.

STEP 1. 검사 대상 확인

도면과 용접번호, 재질, 두께, 검사범위 및 요구되는 검사등급을 확인합니다.

STEP 2. 장비와 프로브 준비

TOFD 장비, 송신·수신 프로브, 웨지, 케이블 및 접촉매질 등을 준비합니다.

STEP 3. 검사 위치 설정

용접 중심선을 기준으로 프로브의 위치와 간격을 설정합니다.

STEP 4. 음속 및 장비 설정

시험체 재질에 맞는 음속과 필요한 검사 파라미터를 설정합니다.

STEP 5. 기준시험편 및 설정 확인

적절한 기준과 절차에 따라 시스템의 검출 성능과 위치 측정 상태를 확인합니다.

STEP 6. 스캔

용접부를 따라 프로브를 일정하게 이동시키면서 초음파 데이터를 수집합니다.

STEP 7. TOFD 데이터 분석

Lateral Wave, Backwall Echo, Diffraction Signal 등의 위치를 분석합니다.

STEP 8. 결함 위치 및 높이 평가

회절신호를 기반으로 결함의 위치와 깊이 방향 크기를 평가합니다.

STEP 9. 판정 및 보고서 작성

적용된 검사절차와 관련 기준에 따라 결과를 평가하고 검사보고서를 작성합니다.

9. TOFD 합격 기준은 검사 원리와 구분해야 한다

TOFD를 공부할 때 많은 수험생이 자주 혼동하는 부분이 있습니다.

TOFD 검사방법과 합격기준은 같은 개념이 아닙니다.

ISO 10863:2020은 TOFD의 적용 방법을 다루지만 자체적으로 결함의 합격기준을 규정하지 않습니다. 반면 ISO 15626:2018은 특정 용접부의 TOFD Acceptance Levels를 다루는 별도의 표준입니다.

또한 2026년 현재 ISO에서는 ISO/CD 15626 제3판이 개발 중이며, 기존 ISO 15626:2018을 대체하는 방향으로 진행되고 있습니다. 해당 초안은 페라이트계 강재의 완전용입 용접부에서 TOFD 표시의 합격수준을 다루도록 개발되고 있습니다.

따라서 실제 현장에서는 무조건 특정 숫자를 외우기보다 프로젝트에서 지정한 코드, 규격, 품질등급 및 검사절차를 먼저 확인하는 습관이 중요합니다.

10. TOFD와 PAUT를 함께 사용하면 좋은 이유

최근 고급 NDT 분야에서는 TOFD와 PAUT를 서로 경쟁 관계로만 보지 않는 경우가 많습니다.

PAUT는 전자적으로 여러 각도의 초음파 빔을 조향하고 집속하여 결함의 위치와 형상을 영상화하는 데 강점이 있습니다.

반면 TOFD는 결함 끝단에서 발생하는 회절신호를 이용해 결함 깊이와 높이를 정량적으로 평가하는 데 강점이 있습니다.

따라서 두 기술의 특성을 적절하게 조합하면 결함의 검출과 형상화, 깊이 및 높이 평가를 보완할 수 있습니다.

ASTM의 최신 NDT 표준 목록에서도 PAUT 관련 E2700-26과 결함 크기 측정 관련 E3517/E3517M-26(TFM) 등이 별도로 확인되는 만큼, 초음파검사 기술이 단순 에코 확인에서 정밀한 데이터 분석과 영상화 방향으로 발전하고 있음을 확인할 수 있습니다.

11. 비파괴검사 공부를 한다면 TOFD는 어떻게 외우면 좋을까?

TOFD는 다음의 흐름으로 기억하면 이해하기 쉽습니다.

T — Time of Flight
초음파가 도달하는 시간을 측정

D — Diffraction
결함 끝단에서 회절된 신호를 이용

결과
결함의 위치 및 깊이 방향 크기 평가

시험이나 실무에서 핵심 키워드만 정리하면 다음과 같습니다.

송신 프로브 + 수신 프로브 + 회절파 + 도달시간 + 깊이 측정 + 결함 높이 평가

특히 “TOFD는 결함 끝단에서 발생하는 회절신호의 시간차를 이용해 결함 높이를 측정한다”는 문장을 이해하고 있으면 기본 원리를 설명하기 수월합니다.

마무리｜TOFD는 결함의 ‘크기’를 정량적으로 평가하는 고급 UT 기술

TOFD(시간차전파법)는 단순히 용접부에 결함이 있는지를 찾는 기술을 넘어, 결함에서 발생하는 회절신호의 도달시간을 이용해 결함의 위치와 크기를 평가하는 고급 초음파 비파괴검사 기술입니다.

특히 TOFD의 핵심적인 장점은 결함의 깊이와 높이를 정량적으로 평가하는 데 유리하다는 것입니다.

기존 UT가 에코의 진폭과 위치를 중심으로 결함을 분석한다면, TOFD는 Time of Flight와 Diffraction이라는 개념을 중심으로 데이터를 해석합니다.

2026년 현재 ISO 16828:2025는 TOFD의 일반적인 검출 및 크기 측정 원칙을 제공하고 있으며, 용접부 적용에는 ISO 10863이 사용되고 있습니다. 또한 TOFD 합격수준과 관련해서는 ISO 15626의 개정 작업이 진행 중이므로 실제 현장에서는 최신 적용 규격을 반드시 확인해야 합니다.

비파괴검사 분야에서 UT를 어느 정도 익혔다면 다음 단계로 PAUT와 TOFD를 함께 공부하는 것도 좋은 방법입니다. 두 기술의 차이를 이해하면 최신 용접부 초음파검사 기술을 이해하는 데 큰 도움이 됩니다.

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