بازرسی فراصوتی (تست التراسونیک UT)

اصول تست التراسونیک UT

آزمایش فراصوتی یا تست التراسونیک UT یکی از روش های بسیار دقیق بازرسی غیر مخرب (NDT) است. در تست التراسونیک UT امواج صوتی با فرکانس بالا (در محدوده مگاهرتز) به داخل نمونه ی مورد بازرسی وارد می شوند تا عیوب داخلی شناسایی شده و خواص مواد بررسی گردد. امواج صوتی با کاهش مقداری از انرژی خود به دلیل پدیده ی تضعیف صوت در داخل مواد حرکت می کنند و در فصل مشترک ها و مرزها منعکس می شوند.

تست جوش UT شامل بررسی این باریکه های منعکس شده برای شناسایی عیوب و تعیین موقعیت آنها و همچنین ارزیابی های کمی، ردیابی و تحلیل می شود. امروزه تست التراسونیک UT 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 فرآیندهای تولید از قبیل کشش، نورد، فورجینگ، اکستروژن و جوشکاری کاربرد وسیعی دارد.

تست التراسونیک UT چیست؟

در تست التراسونیک UT، امواج فراصوتی با دامنه بین ۵ تا ۲۵ مگاهرتز، توسط یک مولد صوتی به قطعه مورد آزمایش اعمال می شوند. هنگامی که این امواج به ناپیوستگی ها و عیوب سطحی و زیر سطحی قطعه برخورد می کنند، منعکس می شوند. این بازتاب ها توسط مولد صوتی دریافت گردیده و به پالس های الکتریکی تبدیل شده و در صفحه نمایش به صورت یک سیگنال ظاهر می گردد. اپراتور با بررسی این سیگنال ها می تواند به اطلاعات مختلفی از قبیل مکان، عمق، ابعاد و نوع عیب پی ببرد.

پیشنهاد می‌کنیم:

دوره آشنایی با تست های غیر مخرب (NDT) شروع یادگیری

تست التراسونیک به چه صورتی انجام می شود؟

امواج صوتی به طور کامل از فصل مشترک فلز – گاز منعکس می شوند. در حالی که در فصل مشترک های فلز – مایع یا فلز – جامد، تنها قسمتی از امواج صوتی منعکس می شود. همین موضوع اساس کار تست جوش UT است. عیوبی مانند ترک ها، حفره های انقباضی، ذوب ناقص، منافذ و عدم اتصال شبیه به فصل مشترک فلز – گاز عمل می کنند و به راحتی قابل شناسایی هستند. همچنین آخال ها و سایر ناهمگنی های موجود در فلز می توانند به وسیله بازتاب جزئی یا با تفرق امواج فراصوتی شناخته شوند.

نتیجه بازرسی UT به این صورت است که در آشکارساز یک پالس اولیه مشاهده می شود که نشانه سطح قطعه است. یک پالس هم در انتها تشکیل می شود که نشان دهنده ی سطح انتهایی قطعه است. حال این میان اگر پالسی تشکیل شود، معرف ناپیوستگی یا عیب است. واضح است که عمق ناپیوستگی ها نیز روی محور افقی قابل تشخیص است.

اجزای آزمون فراصوتی

فرستنده امواج

فرستنده های امواج صوتی در تست التراسونیک UT شامل یک کریستال پیزوالکتریک است که امواج فراصوتی را هنگام اعمال ولتاژ متناوب از خود منتشر می کند. سه نوع از پرکاربرد ترین مواد پیزوالکتریک که در پروب های فراصوتی استفاده می شوند عبارتند از:

• کوارتز
• سولفات لیتیم
• سرامیک های پلاریزه شده

این فرستنده ها که به نام «پروب» نیز شناخته می شوند، سیگنال های الکتریکی با فرکانس های بالا را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می کنند. این ارتعاشات جبهه ای از امواج صوتی را تشکیل می دهند که در یک محیط مناسب وارد قطعه می شوند.

برحسب جهت و موقعیت ناپیوستگی های موجود در قطعه، چند نوع موج می تواند در بازرسی UT مورد استفاده قرار گیرد. برای شناسایی عیوبی که موازی سطح، زاویه دار نسبت به سطح و نزدیک به سطح هستند، به ترتیب از امواج طولی، عرضی و سطحی به صورت جداگانه و با روش های مختلف استفاده می گردد.

این بازرسی ها به وسیله فرستنده های موج طولی به صورت روش پالس اکو، روش انتقالی، روش پروب زاویه دار یا روش دلتا صورت می گیرد. اکثر بازرسی های صنعتی به روش پالس-اکو و از طریق امواج طولی مستقیم و امواج عرضی زاویه دار با یک فرستنده صورت می گیرد.

در تست التراسونیک UT فرکانس های پایین تر دارای قدرت نفوذ بیشتر اما حساسیت کمتری (توانایی دیدن نشانه کوچک) هستند. در حالی که فرکانس های بالاتر به عمق نفوذ می کنند اما می توانند نشانه های کوچک تری را تشخیص دهند. همچنین حساسیت، قدرت تفکیک، منطقه مرده و اثر میدان نزدیک از مهمترین مشخصه های یک پروب فراصوتی است.

آشکارساز فراصوتی عیوب

تجهیزات آشکارساز شامل یک گیرنده، تقویت کننده سیگنال و سیستم صفحه نمایش است. «تیوب پرتو کاتدی» یا CRT یک تیوب شیشه ای تحت خلأ است که یک جزء مهم آشکارساز محسوب می شود و اطلاعات نمونه مورد آزمایش را به سیستم صفحه نمایش منتقل می کند.

هنگامی که فیلمان کاتدی E به صورت الکتریکی گرم می شود، الکترون ها از آن ساطع می شوند. این الکترون ها به وسیله سیم پیچ متمرکز کننده F به صورت یک باریکه نازک در می آیند. در این شرایط ولتاژی که بصورت خطی با زمان تغییر می کند به صفحات تیوب اعمال می شود که به «ولتاژ جاروب کننده» معروف است.

اگر همزمان با ولتاژ جاروب کننده، ولتاژی کوتاه مدت اعمال شود، خط ردگیری عیب به صورت حرکت بالا و پایین بر روی CRT دیده می شود. این انحراف تحت عناوینی چون «پالس انعکاسی» یا «بازتاب» یا « اکو» شناخته می شود.

یک پالس اولیه داریم که نشانه ی سطح قطعه است. یک پالس هم در انتها تشکیل می شود که نشان دهنده ی سطح انتهایی قطعه است. حال این میان اگر پالسی تشکیل شود، معرف ناپیوستگی یا عیب است. واضح است که عمق ناپیوستگی ها نیز روی محور افقی قابل تشخیص است.

در این قسمت، فیلمی از معرفی این روش تهیه شده که توجه شما را به تماشای آن جلب می کنیم.

کاربردهای تست UT

از این تست در هنگام سرویس برای جلوگیری از شکست های احتمالی در محور های گردنده ی چرخ قطار، غلتک های نورد، تجهیزات حمل و نقل زمینی، تجهیزات معدنی، خطوط لوله جوش در نیروگاه های هسته ای و شیمیایی، دیگ های بخار، مخازن تحت فشار، جوش نازل ها و غیره استفاده می شود.

6

دقیــقه مطالعه

کتابچه راهنمای تست التراسونیک ریل ها و جوش ها

کتابچه راهنمای تست التراسونیک ریل ها و جوش ها کتابچه راهنمای تست التراسونیک ریل ...

همچنین این تست مورد استفاده برای مکان یابی نواقص سطحی و زیرسطحی در بسیاری از مواد از جمله پلاستیک و چوب ها نیز هست. این آزمون می تواند عیوب را تا عمق ۵ متر در فولاد ها نشان دهد و درصد نفوذ و حساسیت آن در آشکارسازی عیوب صفحه ای و بحرانی نسبت به آزمون های غیرمخرب دیگر بسیار بالاتر است.

مزایای تست UT

از مزایای اصلی تست التراسونیک UT در مقایسه با سایر روش های NDT می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• قدرت نفوذ بالا (امکان بازرسی قطعات تا ضخامت ۵ متر)
• دقت بسیار بالا در تعیین موقعیت عیوب داخلی و تعیین ماهیت، اندازه و شکل عیوب
• قابلیت بالای اتوماسیون، روبش سریع، پایش قطعات به صورت آنلاین، کنترل فرایند و ثبت دائمی نتایج
• قابلیت روبش حجمی اجسام و قطعات جوشکاری پیچیده جوشکاری شده
• قابلیت حمل و نقل آسان
• بی خطر بودن برای پرسنل

معایب تست UT

از مهم ترین معایب این روش نیز می توان موارد زیر را نام برد:

• لزوم دسترسی سطح به پروب
• گران تر بودن کسب مهارت و آموزش مورد نیازِ این روش
• تداخل و ایجاد مشکل از طرفِ روکش سطح و زبری آن
• مشکل در بازرسی قطعات نازک

جمع بندی

امروزه تست التراسونیک UT در بازرسی انواع قطعات به خصوص برای تست جوش قطعات جوش کاری شده کاربرد زیادی دارد. این تست در تمام صنایع بزرگ و برای بازرسی قطعات ریخته گری، اتصالات جوش و موارد گوناگون استفاده می شود. از تست التراسونیک UT برای تشخیص عیوب داخلی مواد، قطعات و سازه ها استفاده می شود و به وسیله آن می توان عیوبی شامل ترک ها، عیوب انقباضی، حفره ها، پوسته شدگی ها، خلل و فرج ها و ترکیدگی ها را به طور دقیق شناسایی نمود.

در انتهای این مطلب چند کتاب و جزوه جهت مطالعه بیشتر در دسترس شما قرار گرفته است.

منبع

کتاب آزمایش غیرمخرب جوش ها: دکتر مرتضی شمعانیان و دکتر محمد یوسفیه