شما اینجا هستید: صفحه اصلیآزمایش غیرمخربتست التراسنیک - UTبازرسی جوش به روش التراسونیکUT

بازرسی جوش به روش التراسونیکUT

بازرسی جوش به روش التراسونیکUT

تست التراسونیک (Ultrasonic Test) یا به اختصار UT یکی از تست های غیر مخرب است که بر مبنای ارسال امواج فراصوت (ماوراء صوتی) به داخل قطعه ی مورد بازرسی و بررسی چگونگی انتشار آن در داخل قطعه استوار است. موج فراصوت تا وقتی که محیط یکنواختی را در داخل قطعه طی می کند، مسیر اولیه خود را ادامه می دهد و به محض برخورد با عیب (ناپیوستگی یا ناهمگنی ساختاری) تماما یا بخشی از آن در فصل مشترک محیط اول (محیط داخل قطعه) و محیط دوم (ناپیوستگی) انعکاس می یابد.

یکی از قدیمی ترین روش های بررسی غیر مخرب مقایسه طنین صدای حاصل از ضربه چکش کوچکی به قطعه مورد تست با طنین صدای ضربه ای با همان شدت به قطعه سالم مشابه آن بود. به این ترتیب سالم بودن یا نبودن قطعه مشخص می شد. البته این روش بررسی روش حساسی نبود که شناسایی عیوب ریز را ممکن سازد. از طرفی دیگر عیب قابل شناسایی به حساسیت گوش شخص تست کننده بستگی داشت. با دستیابی به امواج فراصوت با فرکانس های بالا شناسایی عیوب ریز داخلی قطعات امکان پذیر شد و کاربرد این روش به طور گسترده ای توسعه یافت.

امروزه تست التراسونیک یا فراصوت به دلیل قدرت نفوذ بالای امواج فراصوتی، حساسیت بالای تجهیزات مربوط به آن، هزینه های نسبتا پایین و سرعت عمل مناسب در کنترل کیفیت محصولات فرآیند های تولید (از قبیل کشش، نورد) و هم چنین درز جوش ها کاربرد وسیعی دارد.

تست التراسونیک در قطعات ریخته گری  شده بیشتر برای شناسایی عیوبی از قبیل حفره ها، شکاف ها ترک ها ترک های انقباضی و ناخالصی های غیر فلزی کاربرد دارد. از تست التراسونیک برای اندازه گیری و کنترل ابعاد نیز استفاده می شود.

محدودیت های تست التراسونیک عبارتند از قطعات با شکل های پیچیده، با برش ها یا ناپیوستگی های بسیار ریز و پراکنده، ساختار نامطلوب داخلی از لحاظ اندازه دانه های کریستالی، حفره های بسیار ریز، رسوب های ریز و پراکنده و ناخالصی های غیر فلزی همگی موجب بروز خطا در تفسیر نتیجه تست التراسونیک می سوند.

روش های تست التراسونیک:

قسمتی از موج التراسونیک پس از عبور از محیط اول و برخورد به مرز مشترک دو محیط می تواند داخل محیط دوم شود و بخشی هم در همان محیط اول انعکاس یابد. به این ترتیب هر نوع عیب و ناهمگنی موجود در قطعه به علت داشتن مقاومت ظاهری متفاوت با محیط قطعه (محیط اول)، محیط دوم محسوب می شود که می تواند موجب عبور بخشی از موج و بازتاب بخشی دیگر از آن شود.

به طور کلی در تست التراسونیک بر حسب این که موج صوتی عبور کرده از محیط قطعه و یا بخش بازتاب یافته از آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد، دو روش وجود دارد:

- روش عبوری

در روش عبوری از دو دستگاه فرستنده و گیرنده موج التراسونیک، یکی به عنوان فرستنده موج صوتی در یک طرف قطعه و دیگری به عنوان گیرنده موج در طرف مقابل آن استفاده می شود.

در این روش فرستنده موج التراسونیک توسط دستگاه فرستنده به طور ضربه ای (پالسی) و یا پیوسته به داخل قطعه مورد تست فرستاده می شود. کمیتی که در این  روش اندازه گیری می شود، دامنه شدت و یا فشار موج صوتی عبور کرده از قطعه است. وجود هر گونه عیب یا ناهمگنی در قطعه بین دستگاه فرستنده و گیرنده سبب می شود که شدت موج التراسونیک در نتیجه بازتاب جزئی یا کلی موج کاهش یابد و یا به صفر برسد. البته با این روش موقعیت عیب را با یک مرحله تست نمی توان شناسایی کرد.

قابل توجه است که قبل از تست سطح قطعه باید کاملا تمیز گردد، مخصوصا از پوسته های اکسیدی، دقت این تست به حساسیت یا دقت دستگاه شدت یا فشار سنج بستگی دارد.

مسئله دیگری که در این روش وجود دارد، وجود دو مرز انتقال بین سطح قطعه و دستگاه های فرستنده و گیرنده موج و جفت شدگی کامل آن ها است که باید مورد توجه قرار گیرد.

این روش عمدتا برای بررسی قطعات با ضخامت کم مانند انواع ورق ها و تسمه ها، برای بررسی ساختار میکروسکپی و هم چنین برای بررسی گرافیت در چدن خاکستری و نحوه پراکندگی آن ها در قطعه به کار می رود.

معایب روش عبوری عبارتند از:

- در این روش دو کاوشگر (یکی به عنوان فرستنده و دیگری گیرنده) مورد نیاز است. به این ترتیب هر دو طرف قطعه باید  قابل دسترسی باشد.

- دو سطح قطعه باید موازی باشند، در غیر این صورت تست می تواند دچار مشکل شود.

- موقعیت عیب قابل تشخیص نیست (البته چنانچه بررسی فقط از دو سطح مقابل قطعه انجام گیرد).

۲- روش موج صوتی ضربه ای یا روش انعکاسی

در این روش از موج صوتی بازتاب برای بررسی قطعه و شناسایی عیب استفاده می شود. در این روش موج  فراصوتی به صورت ضربه ای (پالسی) کوتاه مدت (از ۱ تا ۱۰میکروثانیه) از طریق دستگاه فرستنده که به عنوان دستگاه گیرنده هم عمل می کند، به داخل قطعه مورد تست ارسال می شود. این پالس ها موج فراصوتی از داخل قطعه عبور کرده و پس از برخورد به مرز دو محیط (اعم از سطح مرزی عیب یا سطح مقابل قطعه) طبق قوانین فیزیکی، انعکاس کلی یا جزئی می یابد. اگر سطح مرزی عیب عمود بر جهت انتشار موج صوتی باشد، موج بازتاب در همان امتداد به مبدا خود بازگشته و توسط همان دستگاه فرستنده که اکنون به عنوان گیرنده عمل می کند، گرفته شده و به پالس الکتریکی تبدیل می شود. در اینجا دستگاه مبدل موج صوتی در دوره تناوب های سریع و معینی به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کند. ضمنا برای انتقال پالس های امواج صوتی به داخل قطعه از لایه بسیار نازک روغنی (مانند گلیسیرین) استفاده می شود. به کمک یک دستگاه اسیلوسکوپ می توان شدت یا فشار پالس های ورودی و برگشتی امواج فراصوتی را نمایان ساخت.

مدت زمان رفت و برگشت موج صوتی به سرعت انتشار صوت در محیط قطعه مورد تست بستگی دارد. با توجه به این که سرعت انتشار موج صوت در یک محیط معین مقدار ثابتی است و موج مسافت های  x و a (که x برابر با فاصله سطح قطعه تا عیب و ش ضخامت قطعه است) را به صورت رفت و برگشت پیموده است، روابط زیر را می توان برای آن ها نوشت:

۲x=t1c

2a=t2c

اکنون با نسبت دادن دو رابطه فوق به یکدیگر محل دقیق عیب از رابطه زیر به دست می آید:

فواصل زمانی ارسال موج به داخل قطعه مورد تست باید به گونه ای باشد که موج در حال ورود به داخل قطعه با موج بازتاب برخورد نکند. از طرفی تمامی انرژی موج صوتی منعکس شده به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود، بلکه بخشی از آن به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و بخش دیگر در مرز مشترک بین قطعه و ماده واسط، مانند روغن، مجددا منکعس می گردد، به این ترتیب چندین پالس به دنبال هم می تواند دریافت شود.حساسیت روش انعکاسی به فواصل زمانی پالس های صوتی بستگی دارد. اگر ضخامت قطعه مورد تست بسیار کم باشد، لازم است فاصله بین پالس اول و دوم بسیار کوتاه مدت باشد، در غیر این صورت تشخیص پالس ناشی از عیب یا ناهمگنی ممکن نیست.

مزایای این روش:

- محل عیب دقیقا شناسایی خواهد شد.

- در دسترس بودن یک سمت قطعه کافی خواهد بود.

۳- روش غوطه وری:

در روش غوطه وری قطعه مورد بررسی و کاوشگر به طور کامل در مخزنی از مایع (معمولا آب) غوطه ور می شود. معمولا مناسب تر است که موج صوتی از فاصله ای بیش از ضخامت قطعه به داخل آن ارسال شود تا از تداخل امواج بازتاب در محدوده تست جلوگیری شود. این فاصله باید به گونه ای انتخاب شود که زمان عبور موج صوتی در مایع بیش از زمان عبور موج در قطعه باشد. در این صورت فاصله ای که موج صوتی در مایع طی می کند بزرگتر و یا حداقل برابر با مسافتی است که در قطعه طی می کند.محدودیت این روش کاربرد آن برای قطعات کوچک است.

۴- روش فواره ای:

روش فواره ای به این شکل است که در آن آب توسط افشانکی به قطعه پاشیده می شود و کاوشگر در داخل آب قرار می گیرد. به کمک این روش قطعات با طول زیاد را هم، که به راحتی نمی توان در مخزن حاوی مایع غوطه ور ساخت، می توان بررسی کرد. این روش هم چنین برای بررسی قطعات دارای سطوح ناصاف و زبر نیز به کار می رود.

۵- روش استفاده از چرخ لاستیکی

در این روش کاوشگر مطابق شکل در مرکز چرخ لاستیکی پر از آب، که می تواند حول محورش بچرخد، قرار می گیرد. حرکت چرخ لاستیکی به گونه ای است که همواره در تماس کامل با سطح قطعه مورد تست می باشد. نقص این روش این است که مقداری از انرژی صوتی در سطوح مرزی بین محیط های گوناگون (مایع، قطعه، کاوشگر و مایع) از بین می رود. در این روش می توان از چندین کاوشگر به طور همزمان در جهات مختلف استفاده کرد.

انتخاب مناسب ترین فرکانس تست التراسونیک:

انتخاب فرکانس و یا طول موج در تست التراسونیک هم از لحاظ حساسیت و قدرت تشخیص عیب و هم از نظر عمق نفوذ اهمیت ویژه ای دارد. یکی از عوامل مهم در شناسایی عیب از طریق تست التراسونیک اندازه عیب در مقایسه با طول موج است و طول موج خود تابعی است از فرکانس () اگر عیبی را که تقریبا کروی شکل است در نظر بگیریم، هر گاه قطر آن بزرگتر از طول موج باشد، با اطمینان کامل قابل شناسایی است. بنابراین هر چقدر فرکانس موج صوتی بالاتر و یا به عبارت دیگر هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود قدرت تشخیص برای عیوب ریز افزایش می یابد. در مقابل هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود عمق نفوذ موج صوتی افزایش می یابد، اما در صورت وجود عیب و موانع ریز و ازدیاد مرز دانه ها با برخورد موج صوتی با آن ها پراکندگی و جذب بیشتر شده و مقدار بیشتری از انرژی موج صوتی کاسته می شود و نتجتا عمق نفوذ کاهش می یابد. علاوه بر آن دستگاه مولد موج صوتی با فرکانس بالا دارای پالس های باریکتر و در نتیجه قدرت تفکیک مناسب تری است. ولی از طرفی چنانچه فرکانس موج صوتی بسیار بالا (یا طول موج بسیار کوتاه) باشد در مواد کریستالی هر دانه کریستالی خود مرکز پخش و پراکندگی امواج خواهد شد، به طوری که قدرت تفکیک کاهش می یابد و پالس بازتاب دیگر به خوبی قابل شناسایی نخواهد بود.

در قطعات فلزی هر چقدر مرز دانه ها و ناخالصی های موجود در آن ها بیشتر باشد پراکندگی شدیدتر  است.  هم چنین موقعی که مدول الاستیک ناهمگنی بیشتر باشد این پدیده قویتر صورت می گیرد.

در بررسی مواد کریستالی با در نظر گرفتن مطالب عنوان شده، که از یک طرف نباید فرکانس بالا باشد که موجب افزایش پراکندگی شود و در نتیجه موج صوتی بتواند به خوبی در محیط مورد بررسی انتشار یابد، برای انتخاب امواج التراسونیک محدوده های زیر توصیه شده است:

برای موادسرامیکی،فولادی وآلومنیومی پرسکاری و فورج شده از فرکانس های بین ۲ تا ۶ مگاهرتز و برای قطعات ریخته گری شده؛ مانند چدن خاکستری، که معمولا دارای دانه های درشت تری است، از فرکانس های بین ۰٫۵ تا ۳ مگا هرتز استفاده می شود. چدن خاکستری لایه ای به خوبی گرافیت کروی قابل تست نیست.

برای مواد غیر کریستالی، مثل مواد پلیمری (مانند پلیمر شیشه ای، پلی اتیلن، پلی پروپیلن)، با توجه به بالا بودن تضعیف موج صوتی از طریق جذب و شدت یافتن آن با افزایش فرکانس باید در انتخاب فرکانس های بالا دقت به عمل آید. بنابراین در حالی که بررسی قطعات پلیمری با ضخامت های کم به خوبی با فرکانس های بالا امکان پذیر است، برای قطعات ضخیم تر باید از کاوشگرهای با فرکانس پایین تر استفاده کرد. از این جهت در این گونه موارد از فرکانس های بین ۰٫۵ تا ۲ مگا هرتز استفاده می شود. اما در مواردی می توان کاوشگر های با حساسیت بالا را نیز به کار برد.

برای بتن و موادی از این قبیل اغلب از فرکانس های بین ۲۰ تا ۲۰۰ کیلوهرتز استفاده می شود.

به طور کلی برای این که مرز دانه ها سبب پراکندگی زیاد و ایجاد اختلال نشود، باید از فرکانس هایی استفاده کرد که طول موج حاصل از آن بسیار بزرگتر از اندازه دانه های کریستالی قطعه مورد تست باشد. از طرف دیگر باید طول موج کوچکتر از اندازه عیب یا ناهمگنی باشد تا با بازتاب موج صوتی از عیب، عیب قابل تشخیص باشد.

 

logo-samandehi