تستهای غیر مخرب ﴿NDT﴾
تست آلتراسونیک ﴿UT﴾
تست غیرمخرب: تست مواد گوناگون از نظر وجود هر نوع گسستگی، بدون هر گونه اثر تخریبی بر آن.
مهمترین روشهای تست غیر مخرب شامل:
۱. آلتراسونیک ﴿UT﴾
۲. رادیوگرافی ﴿RT﴾
۳. ذرات مغناطیس ﴿MT﴾
۴. مواد رنگی نافذ ﴿PT﴾
۵. بازرسی چشمی ﴿VT﴾
۶. جریان گردابی ﴿ET﴾
در تمام روشهای فوق تفسیر نتایج بدست آمده اهمیت حیاتی دارد که بیشتر به مهارت و تجربه اپراتور بستگی دارد. اگر چه استفاده از فرمولهای متناسب با نوع تست، تکنیک و دستورالعملهای لازم صحت کار را افزایش خواهد داد.
تاریخچه تست التراسونیک
در قرون وسطی کارگران ماهری که برای کلیساها ناقوس میساختند بصورت تجربی بعد از ضربه زدن به ناقوس از روی صدای آن به سلامت یا وجود عیب در آن پی میبردند. از این قانون کارگران راه آهن نیز استفاده میکردند بدین ترتیب که با چکش ضرباتی به چرخهای واگنها میزدند و از روی نتهای صدا وجود عیب یا شل بودن چرخها را تشخیص میدادند.
در سال ۱۸۸۰ برادران کوری کشف کردند که اگر کریستالهای کوارتز به شیوه خاصی بریده شده و در معرض فشار یا ضربه قرار بگیرند پتانسیل الکتریکی تولید میکنند، در سال ۱۸۸۱ لیبمن فرضیهای ارایه کرد و گفت این اثر کریستالها بصورت معکوس هم قابل انجام است یعنی اگر کوارتز در معرض جریان الکترسیته متناوب قرار گیرد شروع به ارتعاش میکند. در ۱۹۱۲ بعد از غرق شدن کشتی تایتانیک نیروی دریایی سعی کرد از طریق ارسال امواج صوتی و دریافت اکوهای برگشتی راهی برای تشخیص محل دقیق کوههای یخی بیابد، آنها از این طریق به شناسایی زیر دریاییها در طول جنگ جهانی اول پرداختند. در جنگ جهانی دوم نیز با استفاده از همین روش کمیته تحقیق و تشخیص ضد زیردریایی تشکیل شد که در جنگ آتلانتیک علیه قایقهای U کمک گستردهای به ارتش امریکا نمود. در ۱۹۲۹ فیزیکدان روسی بنام سوکولف به دانش ارسال ارتعاشات تولیدی به درون فلزات پی برد این کار بعدها توسط آلمانها دنبال شد.
اولین عیب یاب التراسونیک توسط اسبرول در۱۹۴۲ ساخته شد، اینکار همزمان توسط فایراستون امریکایی و یک فیزیکدان آلمانی انجام شد.
در ابتدا تست التراسونیک فقط در هواپیمایی کاربرد داشت ولی در ۱۹۵۰ در نیروگاههای برق بریتانیا برای تست قطعات فولادی با ضخامتهای بالا مورد استفاده قرار گرفت. بعد از جنگ جهانی دوم در ساخت نیروگاههای هستهای، صنعت نفت و هواپیمایی تست UT استفاده گستردهتری یافت. امروزه دستگاههای UT از نظر اندازه، کارایی و تنوع در کاربرد پیشرفتهای چشمگیری نمودهاند.
مزایای استفاده از روش UT نسبت به RT
۱) UT خطری برای سلامتی ندارد و تکنسین میتواند بدون تعطیل کردن کار دیگر کارگران در کنار آنها به تست قطعات بپردازد.
۲) یکی از بهترین راههای تشخیص LOF دیواره لوله بویلرها و ترکهای جدار آنها که از عوامل مهم انفجار در بویلرها محسوب می شود.
۳) بهترین راه تشخیص عیوب سطحی مانند Lamination است که گاه در رادیوگرافی دیده نمی شود.
۴) زمان صرف شده در تست UT یک قطعه با ضخامت زیاد نسبت به قطعهای با ضخامت کم خیلی متفاوت نیست، درحالیکه در رادیوگرافی قطعات با ضخامت بالا مدت زمان بیشتری باید در معرض اشعه قرار بگیرند.
بدلایل زیر از روشهای مختلف NDT استفاده می کنیم:
۱. جنس قطعه
۲. نحوه ساخت
۳. شکل هندسی
۴. خواص فیزیکی
۵. هزینه
۶. عدم دسترسی به همه جای قطعه
یادآوری: تستهای مخرب شامل تست کشش، خمش، ضربه و … میباشد
متخصص NDT باید دو شرط زیر را دارا باشد
۱) Certification
۲) Qualification
Level І: تست قطعات، مشخص کردن نوع ومقدار عیب، تهیه وتنظیم Report
Level П ׃ تست قطعات ، مشخص کردن نوع و مقدار عیب ، تهیه و تنظیم Report و درنهایت Accept یا Reject قطعه
استانداردها
مهمترین استانداردها عبارتند از ׃
۱) ASME
۲) AWS مانند AWSD1.1که مربوط به سازه های فولادی است.
۳) API مثل API 650 مربوط به تست مخازن یا API 1104 برای تست خطوط لوله
۴) DIN آلمان
۵) BS انگلیس
امواج التراسونیک
امواج التراسونیک از نوع امواج مکانیکیاند در نتیجه جهت انتشار به محیط مادی نیاز دارند.
جهت آشنایی با مبحث التراسونیک یادآوری تعاریف زیر ضروری بنظر میرسد.
صوت
هر گاه مادهای به ارتعاش درآید صوت تولید می شود.
شما میتوانید با کشیدن یک خطکش روی میز یا با کشیدن تکهای نخ کشسان این امر را مشاهده نمایید. هنگامیکه سطوح کشسان مرتعش میشوند این ارتعاشات یا همان امواج صوتی بر مولکولهای هوا فشار وارد کرده و آنها نیز این فشار را به مولکولهای مجاور انتقال میدهند در نتیجه منطقهای با فشار بالا شکل میگیرد ﴿Compression﴾. هنگامیکه سطح مرتعش شده به عقب برمیگردد حرکت مولکولهای هوا بصورت مجزا انجام میشود در نتیجه منطقهای با فشار کم شکل میگیرد ﴿Rarefaction). در واقع با ارتعاش یک سطح بطور متناوب تراکم و ترقیق هوا تکرار میشود و بصورت امواج صوتی از سطح خارج میشود.
امواج صوتی در هر محیط مادی که دارای مولکولهای متحرک است منتشر میشود اما در محیطهای چگالتر (کشسانتر) با سرعت بیشتری انتشار مییابد، بهمین دلیل سرعت امواج صوتی در جامدات از مایعات بیشتر و در مایعات از هوا بیشتر است.
فرکانس ﴿f﴾׃ تعداد نوسانات در واحد زمان. واحد آن هرتز﴿HZ﴾ که برابر یک نوسان در مدت یک ثانیه میباشد.
دوره ﴿T﴾׃ مدت زمان یک نوسان کامل و واحد آن ثانیه است.
طول موج ﴿ג﴾׃ دریک نوسان کامل انرژی از حداکثر مقدار خود به حداقل رسیده و دوباره به حداکثر میرسد، به فاصله بین این دو حداکثر، طول موج گویند. به عبارت دیگر طول موج مسافتی است که یک موج طی میکند تا به حالت اولیۀ خود برسد.
برای محاسبه طول موج کافیست سرعت صوت در قطعه را بر فرکانس کریستال تقسیم کنیم:
v/f = ג
مثال:
مطلوبست محاسبه طول موج پراب نرمال ۲MHZ در قطعهای از جنس استیل؟
جواب׃ ۲.۹۶mm
نکته:
هر چه فرکانس بالاتر باشد طول موج کوتاهتر، عمق نفوذ موج در قطعه کمتر ولی حساسیت تست بیشتر است و بالعکس.
امواج تا ۲۰ هرتز را Infrasonic گویند که قابل شنیدن توسط انسان نیست.
امواج بین ۲۰HZ تا ۲۰KHZ را امواج اکوستیک گویند که توسط انسان قابل شنیدن است.
امواج بالای ۲۰KHZ را امواج التراسونیک گویند که غیرقابل شنیدن میباشد.
نحوه انتشار صوت (مدهای صوت)
مد طولی Longitudinal) یا Compression﴾
راستای ارتعاش ذرات ماده با انتشار امواج در یک جهت است، فقط امواج طولی در آب و هوا منتشر میشود.
مد عرضی Transverse) یا Shear﴾
راستای ارتعاش ذرات ماده عمود بر راستای انتشار امواج میباشد. سرعت صوت در این مد نصف مد طولی است.
مد سطحی ﴿Surface یا Reighly﴾
امواج صوتی حداکثر به اندازه یک طول موج ﴿ג﴾ در قطعه نفوذ میکنند، سرعت صوت برابر ۹/۰ مد عرضی میباشد و حرکت ذرات بصورت بیضی است.
مد صفحه ای ﴿Lamb یا Plate﴾
امواج صفحهای در موادی که بصورت صفحات نازک درآمدهاند منتشر میشوند بشرطی که ضخامت صفحات به اندازه یک طول موج باشد. حرکت ذرات مانند مد سطحی به صورت بیضی است.
جدول سرعتهای طولی و عرضی بعضی از مواد
| V Shear m/s | V Com m/s | Material |
| NA | ۳۳۲ | AIR |
| NA | ۱۴۸۰ | WATER |
| ۳۲۵۰ | ۵۹۲۰ | STEEL |
| ۳۱۳۰ | ۶۳۲۰ | ALUMINIUM |
| ۱۴۳۰ | ۲۷۳۰ | PERSPEX |
| ۲۲۶۰ | ۴۷۰۰ | COPPER |
| ۲۱۲۰ | ۴۴۳۰ | BRASS |
نکته׃ ۹۰% انرژی صوتی از Interface بازتاب مییابد و در حقیقت فقط حدود ۱۰% انرژی صوتی تولید شده توسط کریستال پراب بعد از عبور از Couplant وارد قطعه میشود، جالبتر اینکه فقط ۱% از این انرژی وارد شده بعد از برخورد به Back Wall یا عیب توسط پراب دریافت میشود.
Diffraction )تفرق(
هنگامیکه پرتوهای صوتی از یک روزنه کوچک یا از یک لبه تیز عبور میکنند در جهتهای مختلف انکسار مییابند، به این پدیده تفرق گویند که یکی از دلایل عدم دریافت قسمت عمده پرتوهای صوتی ارسالی است.
روشهای تولید امواج التراسونیک
۱) Electro static ׃ از بارهای ثابت استفاده میشود.
۲) Electro Magnetic ׃ از میدان مغناطیس استفاده میشود یعنی مرتباً جای قطبهای N و S عوض میشود.
۳) Magneto Stractive ׃ خاصیتی است در بعضی مواد در طبیعت که اگر در میدان مغناطیسی قرار گیرند مرتعش میشوند.
۴) Pizo Electric ׃ اولین بار جاس و بیرکوری کوارتز را در آزمایشهای خود استفاده کردند، امروزه از سرامیکهای پلاریزه بجای کریستالهای کوارتز استفاده میشود. با تغییر در ضخامت و در معرض جریان الکتریسیته قرار دادن کریستالها میتوان ارتعاشاتی با فرکانسهای متفاوت بدست آورد، فرکانس بستگی به ضخامت کریستال و سرعت صوت در آن دارد. با فرمول زیر ضخامت کریستال قابل محاسبه میباشد:
f × ۲ / V= T
T ׃ ضخامت کریستال
V ׃ سرعت صوت در کریستال
Pizo Electric طبیعی ׃ کوارتز
Pizo مصنوعی ׃
۱) لیتیم سولفات ﴿LIS﴾ گیرندگی بسیار بالایی دارند اما در آب حل میشوند.
۲) تیتانات باریم
۳) سرب زیرکونیوم تیتانات
۴) سرامیکهای پلاریزه شده
امپدانس اکوستیکی ﴿Z﴾
مقاومت ماده در مقابل عبور امواج صوتی Z= ρν
هر چه مقدار عدد Z بزرگتر باشد مقاومت ماده در مقابل عبور امواج صوتی کمتر است. مثلا Z Steel = 15.20 و Z Air = .0003 می باشد در نتیجه مقاومت فولاد در مقابل امواج صوتی کمتر بوده و امواج با سرعت بیشتری عبور می کنند. بدلیل مقاومت بسیار بالای هوا در برابر عبور صوت ، امواج در هوا منتشر نمیشوند و بهمین دلیل بین ترانسدیوسر و قطعه از کوپلنت استفاده میکنیم
| Density g/cm | Velocity Cm/sec | Impedance g/cm-sec | Material |
| 0.001 | 0.33 × ۱۰ | 0.000033 × ۱۰ | AIR |
| 1.00 | 1.49 × ۱۰ | 0.149 × ۱۰ | WATER |
| 2.71 | 6.35 × ۱۰ | 1.72 × ۱۰ | ALUMINIUM |
| 7.8 | 5.85 × ۱۰ | 4.56 × ۱۰ | STEEL |
محاسبه درصد امواج عبوری و برگشتی در دو محیط با Z متفاوت
درصد امواج برگشتی ﴿Z2 – Z1/ Z2 + Z1﴾ R =
درصد امواج عبوری z1 + z2) ﴾/ 4z1.z2 T =
مثال
اگر امواج صوتی از آلومینیوم به فولاد وارد شوند مقدار T و R را محاسبه کنید؟
Z Al= 1.72 و Z Steel = 4.56
پراب نرمال پراب زاویهای
(Compression) (Shear)
قانون اسنل
در یک پراب عرضی هنگامیکه امواج صوتی از Perspex خارج شده و وارد محیط دوم میشوند بدلیل اختلاف چگالی، در سطح مشترک دو قطعه (Interface) سه اتفاق میافتد:
۱) Refelection ׃ بخشی از امواج بازتاب مییابند.
۲) Refraction ׃ بخش دیگر امواج بعد از ورود به محیط دوم شکست مییابند و با زاویهای متفاوت از زاویه ورودی در محیط دوم به حرکت خود ادامه میدهند.
طبق قانون اسنل
/ V 2 Sin R Sin I = V 1.
Sin I ׃ زاویه تابش
Sin R ׃ زاویه شکست
V 1׃ سرعت صوت در محیط اول
V 2׃ سرعت صوت در محیط دوم
مثال
پرابی لازم داریم که در فولاد زاویه ۴۵ درجه بدهد، زاویه تابش را محاسبه نمایید؟
سرعت صوت در Perspex =m/s 2730
سرعت صوت در Steel =3250 m/s
مطابق شکل هنگامیکه امواج با زاویه ۹۰ درجه وارد قطعه میشوند در Interface بهدلیل پدیده شکست، در قطعه همزمان امواج طولی و عرضی تولید میشود حال اگر فقط امواج عرضی مد نظر ما باشد بررسی این امواج بسیار مشکل خواهد بود.
تا وقتیکه زاویه پراب 27 درجه )زاویه تابش( باشد در قطعه همزمان امواج طولی و عرضی داریم اگر این زاویه تابش را به ۲۷.۴ درجه برسانیم در قطعه فقط امواج عرضی خواهیم داشت “ به این زاویه، زاویه بحرانی اولFirst Critical Angle میگویند که با این زاویه تابش امواج عرضی با زاویه ۳۳ درجه در قطعه خواهیم داشت.
حال اگر زاویه تابش را تا ۵۷.۱۴ درجه افزایش دهیم در قطعه امواج عرضی جای خود را به امواج سطحی ﴿Surface﴾ میدهند به این زاویه، زاویه بحرانی دوم ﴿Second Critical Angle﴾ گویند.
در نتیجه اگر ما خواهان تولید امواج عرضی در قطعات فلزی هستیم زاویه تابش می بایست بین ۲۷.۴ و ۵۷.۱۴ باشد البته حداقل زاویه پرابهای تولیدی ۳۵ درجه و حداکثر ۸۰ درجه می باشد.
محاسبه زاویه بحرانی اول و دوم برای محیطهای غیر فلزی
در روش تست Immersion که بعداً راجع به آن بحث خواهد شد، محیط اول آب میباشد در نتیجه محاسبه زاویه بحرانی اول و دوم نیز متفاوت است.
زاویه بحرانی اول در واقع زاویه تابشی است که امواج طولی در قطعه مورد تست با زاویه ۹۰ درجه تولید کردهاند.
به کمک قانون اسنل میتوان نوشت ׃
Sin I = Sin 90 . Compression Speed Of Sound In Perspex Or Water
Compression Speed Of Sound In Material
زاویه بحرانی دوم در واقع زاویه تابشی است که امواج عرضی در قطعه مورد تست با زاویه ۹۰ درجه تولید کردهاند.
Sin I = Sin 90 . Compression Speed Of Sound In Perspex Or Water
Shear Speed Of Sound In Material
نکته ׃ زاویه بحرانی همیشه زاویه تابش است.
مثال ׃ مطلوبست زاویه بحرانی اول و دوم در صورتیکه محیط اول آب و محیط دوم آلومینیم باشد؟
سرعت صوت در آب = ۱۴۸۰m/s
سرعت صوت ﴿امواج طولی﴾ در آلومینیوم = ۶۳۲۰m/s
انواع پراب
انواع مختلفی از پرابها (که ترانسدیوسر یا Search Unit نیز نامیده میشوند) طراحی و ساخته میشود ولی متداولترین آنها که در جوش، صنعت هواپیمایی و تستهای معمول التراسونیک مورد استفاده قرار میگیرد شامل׃
۱) پراب نرمال ﴿Compression Wave Probe﴾
پراب نرمال در قطعه تولید امواج طولی میکند و تشکیل شده از یک کریستال در یک محفظه فلزی یا پلاستیکی و سیمی که جریان الکتریکی را از دستگاه التراسونیک به پراب میرساند تا باعث لرزش کریستال و تولید امواج نماید.همچنین در پشت کریستال مادهای قرار گرفته که باعث کاهش لرزشهای کریستال شده و به اصطلاح Damping میکند. در جلوی آن هم قطعهای سرامیکی جهت جلوگیری از فرسایش کریستال قرار گرفته است.
۲) پراب زاویهای ﴿Angle Probe﴾
پراب زاویه ای در واقع همان پراب نرمال است با این تفاوت که با زاویه دلخواه درون Perspex قرار گرفتهاست. پراب زاویهای معمولاً در قطعه تولید امواج عرضی و گاهی اوقات امواج سطحی مینماید و بطور گستردهای در تست جوش، ریختهگری و صنایع هواپیمایی کاربرد دارد. پراب زاویهای برای تشخیص عیوبی مورد استفاده قرار میگیرد که از نظر طرز قرار گرفتن قابل تشخیص بوسیله پراب نرمال نیست.
دلایل استفاده از Perspex بعنوان پوشش بعد از کریستال:
الف- سرعت طولی صوت در Perspex ﴿ ۲۷۳۰ m/s ﴾ کمتر از سرعت عرضی صوت در استیل میباشد در نتیجه زاویه شکست بزرگتر از زاویه تابش است.
ب- Perspex در برابر سیگنالهای ناخواسته حاصل از برخورد امواج طولی بازتاب یافته از Interface بسیار جاذب است.
۳) پراب دو کریستاله ﴿Twin Or Double Crystal Probe﴾
پرابهای تک کریستاله امواج التراسونیک را با یک کریستال ارسال و دریافت میکنند یعنی امواج را داخل قطعه ارسال کرده و هنگامیکه اکو برگشتی را از Back Wall یا از یک عیب دریافت میکنند کریستال شروع به لرزش کرده، انرژی مکانیکی تبدیل به الکتریکی شده بوسیله سیم رابط به دستگاه منتقل میشود. هنگامیکه پراب تک کریستاله استفاده میکنیم بدلیل اینکه ارتعاشات ارسالی از کریستال بعد از برخورد به Perspex پراب بلافاصله توسط کریستال دریافت میشود همیشه در ابتدای CRT یک اکو برگشتی داریم که Initial Pulse نامیده میشود. این امر سبب میشود که عیوب احتمالی در بالای قطعه مورد تست آشکار نشود. به منطقهای در CRT که عیوب بدلیل وجود Initial Pulse ممکن است تشخیص داده نشود Dead Zone گویند. پرابهای دو کریستال برای به حداقل رساندن این مشکل طراحی شدهاند زیرا دو کریستال به گونهای با زاویه خاص درون Perspex قرار داده شدهاند که امواج ارسالی توسط یک کریستال بعد از ورود به قطعه توسط کریستال دوم دریافت میشود.
مزایا
۱. پرابهای دو کریستال را میتوان از۳-۲۵ mm تنظیم کرد.
۲. برای اندازهگیری قطعات نازک مناسب است.
۳. عیوب نزدیک به سطح را میتوان تشخیص داد.
۴. تفکیک پذیری بالایی در عیوب نزدیک به سطح دارند.
معایب
۱. در سطوح ناصاف و دارای خمیدگی به آسانی نمیتوان از آنها استفاده نمود.
۲. عدم تشخیص صحیح عیوب کوچک بدلیل پهنای بیشتر پراب دو کریستاله نسبت به پراب معمولی.
بنابراین از پراب دو کریستال بیشتر بعنوان یک پراب متمم استفاده میشود.
Near Zone ﴿Near Field﴾
پیزو الکتریک کریستال از میلیونها ملکول تشکیل شده است، هنگامیکه جریان الکتریکی به آنها میرسد شروع به لرزش کرده و امواج ضربهای منتشر میکنند. مدت زمانی طول میکشد که این امواج ضربهای یا همان پالسها در نقطهای همتراز شوند. به منطقه بین کریستال و نقطهای که امواج ضربهای همتراز شده و بصورت یک دسته موج یکسان تبدیل میشوند ﴿Near Zone﴾ گویند. داخل این منطقه بدلیل اینکه امواج در همه جهتها در حرکتند اکوهای برگشتی از عیوب نامشخص بوده ودر نتیجه تشخیص عیوب ریز بسیار مشکل می باشد. اندازه منطقه Near Zone بسته به جنس ماده مورد تست متفاوت است ولی به کمک فرمول زیر میتوان آنرا محاسبه نمود
Or Near Zone = D.f ג /۴ Near Zone = D
4v
D׃قطر کریستال
ג׃ طول موج
f ׃ فرکانس
v ׃ سرعت صوت در قطعه
مثال
مطلوبست محاسبه Near Zone پراب نرمال ۵ MHZ با قطر ۱۰mm در قطعه ای از جنس فولاد
سرعت صوت = ۵۹۰۰m/s
نکته׃ الف- هر چه قطر پراب بیشتر Near Zone بزرگتر
ب- هر چه فرکانس بالاتر Near Zone بزرگتر
Far Zone﴿Far Field﴾
در این منطقه که بعد از N.F قرار دارد امواج صوتی بصورت واگرا از هم دور میشوند، هر چه فرکانس بالاتر باشد واگرایی کمتر است. زاویه واگرایی با فرمول زیر محاسبه میشود׃
/ D Or K.v / D.f ג Sin 1/2 = K
K׃ میزان کاهش انرژی صوتی
D׃ قطر کریستال
در صورتیکه نقطهای را بخواهیم که در آن انرژی صوتی به ۱۰% مقدار خود برسد میزان K برابر 08/1 خواهد بود اما اگر نقطهای را بخواهیم که مقدار انرژی صوتی به حداقل رسیده باشد مقدار K برابر ۲۲/۱ خواهد بود.
مثال׃ مطلوبست زاویه واگرایی پراب ۵MHZ با قطر ۱۰mmدر قطعهای از جنس فولاد
K = 1.22
ج׃ ۱۶.۶
نکته׃
۱. فرکانس بالاتر واگرایی کمتر
۲. قطر کریستال بالاتر واگرایی کمتر
۳. به دو دلیل بالا است که پرابهای با فرکانس کم معمولا دارای قطر بزرگتری هستند.
روشهای تست التراسونیک
الف- Pulse Echo ׃ در این روش از یک پراب استفاده میشود که همزمان کار ارسال و دریافت امواج صوتی را انجام میدهد. پرابهای امروزی معمولاً به این روش کار میکنند، به این روش روش تماسی گویند.
ب- Through Transmission ׃ این روش در گذشته مورد استفاده قرار میگرفته ولی در حال حاضر کمتر بکار میرود. روش کار بدین صورت میباشد که یک پراب در یک سمت قطعه کار ارسال امواج صوتی را انجام میدهد و در طرف دیگر قطعه پراب دوم امواج را دریافت میکند، نرسیدن امواج صوتی به پراب دوم به معنی وجود عیب در قطعه میباشد یعنی در واقع در صورت وجود عیب بزرگ اکو برگشتی نخواهیم داشت ولی اگر عیب کوچک باشد اکو برگشتی ضعیفتر خواهد بود.
مزایا
۱. کاهش شدت صوت کمتری خواهیم داشت.
۲. در CRT ناحیه مرده ﴿Dead Zone﴾ نداریم.
۳. در این روش جهت عیب به اندازه Puls Echo مهم نیست.
معایب
۱. محل دقیق عیب را نمیتوان مشخص کرد.
۲. نوع عیب قابل تشخیص نیست.
۳. قطعه بایستی موازی باشد.
۴. بایستی به دو طرف قطعه دسترسی داشت.
پ – Immersion
روشی است جهت تست قطعات غوطهور در مایعات، از پراب با فرکانس بالا استفاده میکنیم.
از پراب نرمال میتوان با چرخاندن دست بعنوان پراب زاویهای استفاده نمود.
Water Path = 1/4 . Thich + 6 mm
/v Material . Th + 6 mm Or W P = vw
Th ׃ ضخامت قطعه
v ׃ سرعت صوت
Attenuation : کاهش شدت انرژی صوتی را گویند. به دو دلیل اتفاق میافتد:
۱) پرتوهای صوتی بصورت مخروط واگرا از هم دور میشوند ﴿Beam Spread﴾
۲) در قطعات مورد تست نیز بخشی از پرتوها جذب و قسمتی پخش میشوند ﴿Absorb And Scatter﴾
Absorption ׃ هنگامیکه پرتوهای صوتی به مولکولهای قطعه مورد تست برخورد میکنند باعث ارتعاش آنها شده این ارتعاش باعث بوجود آمدن گرما میشود در واقع انرژی پرتوها جذب مولکولها شده و تبدیل به انرژی مکانیکی وگرمایی میشود. میزان جذب در مواد گوناگون و حتی از یک نوع فولاد تا نوع دیگر متفاوت است. میزان جذب در Perspex ، نایلون و سرب بسیار بالا و در آلومینیوم پایین است.
Scatter ׃ همه مواد دارای دانه بندیهای متفاوت هستند و Scatter زمانی اتفاق میافتد که پرتوهای صوتی بعد از برخورد به این دانه بندیها بازتاب مییابند .هر چه دانه بندیها بزرگتر باشد پرتوهای صوتی بیشتر بازتاب پیدا میکنند، این بازتابها در پایین صفحه CRT به شکل Grass (چمن) ظاهر میشود.
نکته ׃ دلیل اینکه در فرکانس پایین پرتوهای صوتی نفوذ بیشتری در قطعه دارند اینست که “ فرکانس پایین باعث ایجاد طول موج بلند میشود زیرا اگر طول موج کوچکتر از دانه بندی ماده باشد پرتوها به سرعت Scatter مییابند و به قسمتهای پایین قطعه نمیرسند و در واقع گم میشوند.
راههای دیگر از دست رفتن انرژی صوتی انرژی:
۱. بازتاب از داخل پراب
۲. Scatter از سطوح ناصاف
۳. وجود ناخالصیهای غیر فلزی یا Lamination در قطعه
۴. بازتاب از سطح قطعه مورد تست
۵. تغییر مد
Damping ﴿ میرا کردن ارتعاشات ناخواسته ﴾
هنگامیکه ضربهای به ناقوس وارد کنیم شروع به لرزش میکند و بعد از مدت زمانی این لرزشها ضعیف و ضعیفتر شده و در نهایت از بین میرود، چنانچه بعد از ضربه زدن به ناقوس دست خود را روی آن قرار دهیم لرزشها به سرعت خاتمه مییابد در واقع با این کار لرزشها را میرا ﴿Damp﴾ کردهایم.
وقتیکه بوسیله جریان الکتریسیته به پیزو الکتریک کریستال شوک وارد میکنیم بطور مداوم شروع به ارتعاش میکند، اگر ارتعاشات ناخواسته تولیدی را کنترل نکنیم سیگنالهای دریافتی با تفکیک پذیری ﴿Resolution﴾ پایین خواهیم داشت. در بیشتر پرابها برای جلوگیری از این ارتعاشات مقداری تنگستن پشت پراب قرار داده میشود.
انتخاب پراب
در انتخاب پراب باید به عوامل زیر توجه نمود:
۱. تناسب ضخامت قطعه با قطر پراب
۲. شکل هندسی قطعه
۳. وضعیت سطح قطعه
۴. ساختار متالوژیکی قطعه ، نوع دانه بندی ، موقعیت و جهت عیوب مورد انتظار
انتخاب فرکانس پراب
۱. فرکانس بالاتر قدرت تفکیک پذیری بالاتر
۲. فرکانس بالاتر حساسیت بالاتر
۳. فرکانس بالاتر Beam Spread کمتر در نتیجه Sizing بهتر عیب
۴. فرکانس پایینتر نفوذ بیشتر و کاهش شدت صوت کمتر
۵. فرکانس پایینتر مناسبتر برای سطوح ناصاف
۶. فرکانس پایینتر گستره بیشتر بخش پرتو در نتیجه پرتوهای بازتابی بیشتر از عیب و مناسب جهت تشخیص عیوب با شکل وجهتهای نامساعد
انتخاب اندازه قطر پراب
۱. قطر بزرگتر کریستال انرژی صوتی بیشتر و دامنه وسیعتر تست قطعه
۲. قطر بزرگتر کریستال عدم تماس کامل با سطوح ناصاف و دارای انحنا
۳. قطر کوچک کریستال Near Zone کوچکتر
پرابهای تک کریستال برای قطعات با ضخامت بالای ۱۵mm تا ۳۰mm مناسبند.
پرابهای دو کریستال برای قطعات با ضخامت کم مناسبند بخصوص وقتیکه دنبال عیوب نزدیک به سطح میگردیم، البته این پرابها را میتوان طوری شکل داد که برای سطوح دارای انحنا نیز مناسب باشند.
Decibel : واحد شدت صوت دسیبل میباشد که ۱/۱۰ واحد بزرگتر یعنی بل است، برای مقایسه دو سیگنال در صفحه CRT میتوان از فرمول زیر استفاده نمود:
(ارتفاع سیگنال دوم /ارتفاع سیگنال اول) ۲۰ Log 10 = اختلاف دو سیگنال در CRT
مثال
دو سیگنال را در CRT مقایسه کنید در صورتیکه اولی ۴۰mm و دومی ۲۰mm باشد؟
جواب ׃ ۶ dB
با استفاده از فرمول بالا نتایج زیر حاصل میشود:
۱) روش افت ۶ dB ׃ هر گاه ۶dB از شدت صوت کم شود سیگنال درCRT از حداکثر ارتفاع خود به ۵۰% ارتفاع میرسد. یعنی پرتوهای مرکزی از لبه انتهایی عیب برگشت میخورد، از این روش جهت Sizing عیوب بزرگ استفاده میشود.
۲) روش افت ۱۲dB׃ هرگاه 12dBاز شدت صوت کم کنیم سیگنال از حداکثر ارتفاع به ۱/۴ ارتفاع کاهش مییابد.
۳) روش افت ۱۰ dB׃ هرگاه ۱۰dBاز شدت صوت بکاهیم سیگنال از حداکثر ارتفاع به ۱/۳ ارتفاع کاهش مییابد.
۴) روش افت ۲۰ dB ׃ هر گاه ۲۰ dB ازشدت صوت کاسته شود سیگنال از حداکثر ارتفاع به ۱/۱۰ ارتفاع کاهش مییابد و میتوان نتیجه گرفت که پرتوهای صوتی دقیقا به انتهای عیب برخورد کردهاست.
انواع دستگاههای التراسونیک بر اساس نوع صفحه نمایشگر
۱) A Scan ׃ بیشتر نمایشگرهای امروزی از این دستهاند، تصویر بصورت تک بعدی نمایش داده میشود.
۲) B Scan ׃ برش عرضی ازعیب در قطعه مورد تست ارائه میدهد و معمولا در بیمارستانها، صنعت هواپیمایی و اسکن قطعات غوطهور در آب استفاده میشود.
۳) C Scan ׃ تصویر دو وجهی ﴿Planar﴾ از عیب ارائه می دهد، برای تست Lamination مناسب است زیرا حدود آن را در صفحه مشخص می کند. در این روش عمق عیب قابل تشخیص نیست (مثل تصویر رادیو گرافی).
۴) D Scan ׃ نمای جانبی از عیب نمایش میدهد و معمولا طول، عمق و ضخامت صحیح عیب را مشخص میکند.
۵) P Scan ׃ در واقع از B ،C و D اسکن تشکیل شده و اطلاعات بدست آمده بعد از پردازش در رایانه دستگاه در صفحه نمایشگر ظاهر میشود. البته بدلیل هزینه بالا و آسیب پذیزی قابل استفاده در سایت نمیباشد و فقط در آزمایشگاهها استفاده میشود.
۶) T Scan ׃ این دستگاه به تازگی جهت تشخیص کروژن و Pitting بخصوص در بدنه کشتیها مورد استفاده قرار گرفته است بدین صورت که تصاویری از سطوح دارای خوردگی و Pitting ارایه میدهد.
بلوکهای مرجع
۱. بلوک v1 و v2
۲. Distance Amplitude Curve ﴿ DAC ﴾
۳. Area Amplitude Curve
عیوب مرجع
۱) Back Wall ׃ شرایط عیب مرجع
۱. سطح BW باید موازی سطح ورودی دسته پرتوها باشد.
۲. طول BW باید از گستردگی دسته پرتوها در عمق مورد نظر بزرگتر باشد.
۳. عمق BW از ۷/۰ Near Field بزرگتر باشد تا در ناحیه مرده ﴿Dead Zone﴾ قرار نگیرد.
۲) Side Drill Hole ﴿SDH﴾
۱. محور SDH باید موازی سطح ورودی دسته پرتوها بوده و انحراف در صفحه نداشته باشد.
۲. قطر SDH در عمق مورد نظر از پهنای دسته پرتو کوچکتر باشد.
۳. عمق SDH از ۰.۷ Near Field بیشتر باشد.
۳) Flat Bottom Hole
۱. محور FBH عمود بر سطح ورودی دسته پرتو بوده و در صفحه انحراف نداشته باشد.
۲. قطر FBH از پهنای دسته پرتو در عمق مورد نظر کوچکتر باشد.
۳. عمق FBH از ۰.۷ Near Field بزرگتر باشد.
Couplant ׃ موادی مانند آب ،روغن ، گریس و گلیسیرین که جهت از بین بردن هوا بین قطعه و پراب قرار میگیرند.
مشخصات روی پراب
۱- فرکانس
۲- ابعاد پراب
۳- زاویه پراب در پرابهای زاویهای ﴿ ۴۵،۶۰ و ۷۰ ﴾
کالیبراسیون
بلوک I.I.W ﴿۱v﴾
پراب نرمال و بلوک v1׃
الف- تعیین تقریبی Dead Zone ׃ دستگاه را روی ۱۰۰ Range کالیبره میکنیم ، جاییکه Perspex در بلوک تعبیه شده از یک طرف تا لبه بلوک ۵mm فاصله و از طرف دیگر ۱۰mm فاصله است، ابتدا پراب نرمال را روی سطحی از بلوک که ۵mm تا Perspex فاصله دارد قرار میدهیم اگر در CRT در نقطه ۵mm خط Time Base مجزا از اکو Initial Pulse اکو دیگری داشتیم این امر نشان میدهد که Dead Zone پراب کمتر از ۵mm است، در غیر اینصورت مرحله بعد را انجام میدهیم. حال پراب نرمال را روی سطحی از بلوک که ۱۰mm تا Perspex فاصله دارد قرار میدهیم اگر در CRT در نقطه ۱۰mm خط Time Base مجزا از اکو Initial Pulse اکو دیگری داشتیم مشخص میشود که Dead Zone پراب کمتر از ۱۰mm است ، در غیر اینصورت پراب قابل استفاده نیست.
ب- تعیین قدرت تفکیک پراب نرمال ﴿ Resolution ﴾: ابتدا دستگاه را روی ۱۰۰ Range کالیبره میکنیم سپس پراب را روی Notch بلوک قرار میدهیم با توجه به ضخامتهای متفاوتی که در سمت دیگر بلوک ایجاد شده میبایست در CRT روی نقاط ۸۵ ، ۹۱ و ۱۰۰ در خط Time Base اکوهای مجزا داشته باشیم.
پراب زاویه ای و بلوک ۱v :
الف- تعیین Exit Point پراب
ابتدا رنج را بیشتر از ۱۰۰ مثلا ۲۰۰ تنظیم میکنیم، پراب را روی Notch و به سمت قوس بلوک قرار میدهیم در CRT بعد از IP یک اکو خواهیم داشت ، پراب را به سمت عقب و جلو حرکت داده تا اکو به حداکثر مقدار خود برسد ﴿Maximize کردن اکو﴾ نقطه روی پراب که دقیقا بالای Notch است Exit Point پراب میباشد بدین معنی که پرتو مرکزی ﴿Central Beam﴾ از این نقطه پراب خارج میشود پس در آن نقطه روی پراب علامت میگذاریم.
ب- تعیین Index پراب
فاصله Notch تا لبه قوس بلوک ۱۰۰mm است، بعد از تعیین Exit Point بوسیله خط کش فاصله جلوی پراب تا لبه بلوک را اندازه گرفته از ۱۰۰mm کم میکنیم مقدار باقیمانده Index پراب خواهد بود.
پ- تعیین زاویه صحیح پراب ﴿Angle Correction﴾
در دو سمت بلوک درجه بندیها با اعداد مختلفی مانند ۴۵ ، ۶۰ ، ۷۰ نوشته شده که با کمک این اعداد صحت زاویه نوشته شده روی پراب را بررسی میکنیم، اگر زاویه پراب معلوم باشد ﴿مثلا ۴۵﴾ پراب را روی عدد ۴۵ که بر بلوک حک شده به سمت Perspex قرار داده و اکو مشاهده شده در CRT را با عقب جلو کردن براب Maximize مینماییم، پراب روی هر زاویهای بود آن زاویه صحیح پراب میباشد. اگر زاویه پراب مشخص نبود از کمترین زاویه نوشته شده روی بلوک (مثلا ۳۵) به سمت Perspex پراب را جلو میبریم هرجا که در CRT اکو Maximize شد، آنجا زاویه صحیح پراب میباشد.تا ۲ + درجه حداکثر تلورانس قابل قبول است.
ت- کالیبراسیون برای رنجهای متفاوت
پراب را روی Notch به سمت قوس بلوک قرار داده از آنجاییکه فاصله Notch تا انتهای قوس ۱۰۰mm است اگر Range روی ۱۰۰ قرار دهیم بجز IP فقط یک اکو روی عدد ۱۰ در CRT بایستی داشته باشیم، اگر Range روی ۲۰۰ باشد دو اکو روی ۵ و ۱۰ خواهیم داشت و به همین ترتیب در رنجهای دیگر ۰
پراب زاویه ای و بلوک v2
الف- تعیین Exit Point پراب ׃ پراب را به سمت یکی از قوسهای بلوک قرار داده اکو بدست آمده در صفحه را Maximize می نماییم آن نقطه از براب که دقیقا بالای Notch قرار گرفته Exit Point میباشد.
ب- تعیین Index پراب ׃ وقتی Exit Point مشخص شد اگر پراب به سمت قوس کوچکتر باشد فاصله جلوی پراب تا لبه بلوک را اندازه گرفته از عدد ۲۵ کم میکنیم و اگر پراب به سمت قوس بزرگتر باشد این فاصله را از ۵۰ کم میکنیم تا Index مشخص شود.
پ- تعیین زاویه صحیح پراب ׃ مانند بلوک v1 عمل میکنیم منتها پراب باید به سمت Side Drill Hole باشد.
ت- تعیین قدرت تفکیک پراب زاویهای با بلوک DAC ﴿Resolution﴾
بایستی از بلوک زیر سه اکو مجزا در عمقهای مشخص شده دریافت نمود.
ث- کالیبراسیون پراب رنجهای متفاوت ׃ وقتی از بلوک v2 استفاده میکنیم فاصله اکوهای دریافتی در صفحه ۷۵ میباشد مثلا اگر پراب به سمت قوس کوچکتر و Range برابر با ۱۰۰ باشد اولین اکو بایستی روی ۵/۲ و اکو بعد روی ۱۰ باشد زیرا فاصله Notch تا قوس کوچکتر ۲۵ و تا قوس بزرگتر ۵۰ میباشد.
جهت کالیبره دستگاه با بلوک ۲v ابتدا پراب را به سمت قوس کوچکتر قرار داده و اکو بدست آمده را Maximize مینماییم اگر دستگاه کالیبره باشد اولین اکو بایستی دقیقا روی عدد ۵/۲ و دومین اکو باید روی عدد ۱۰ در صفحه CRT ظاهر شود (البته Range بایستی روی ۱۰۰ باشد)، اگر چنین نبود باید با استفاده از Velocity و Delay دستگاه کالیبره شود که در بخش عملی توضیح داده میشود. در مرحله بعد Range را روی ۱۲۵ قرار داده پراب را به سمت قوس بزرگتر قرار میدهیم اکو بدست آمده را Maximize مینماییم بایستی دو اکو درنقاط 2 و ۸ صفحه داشته باشیم.
موقعیتیابی با بلوک ۲v ׃ بعد از کالیبره دستگاه در صورتیکه بخواهیم موقعیت یک اکو ناشناس را مشخص کنیم بایستی به ترتیب زیر عمل کنیم ׃
الف- تعیین ضخامت قطعه
ب- تعیین Leg 1 و Leg 2 طبق فرمول زیر در CRT
Leg 2 = 2 T / Cos α Leg 1 = T / Cos α
α ׃ زاویه پراب
T ׃ ضخامت قطعه
پ- تعیین Range مورد نیاز با استفاده از فرمول Leg 2 + 20%
ت- تعیین عمق Back Wall یا عیبی که از آن اکو دریافت شده است، اگر اکو در Leg 1 بود با فرمول
D = S Cos α
D ׃ عمق عیب
S ׃ Sound Pass (مسافت طی شده توسط پرتو مرکزی پراب تا عیب یا فاصله پای چپ اکو تا IP)
اگر اکو در Leg 2 بود به اندازه دو برابر ضخامت قطعه از عمق بدست آمده کم می کنیم.
ث- تعیین فاصله عیب از جلوی پراب (تعیین PR)
در Leg 1 و Leg 2 یکی است PR = S Sin α – Index
تست تورق ﴿ Lamination ﴾
چنانچه در مرحله ریخته گری ورقهای فلزی حباب وارد شود در موقع نوردکاری ﴿Rolling﴾ تبدیل به لایههایی از فضای خالی میشود که باعث جدایش صفحهای بین بالا و پایین ورق میگردد. بهترین راه تشخیص این عیب روش التراسونیک با پراب نرمال است.
مراحل انجام تست Lamination
۱- استفاده از پراب نرمال
۲- کالیبراسیون دستگاه معمولا بوسیله خود ورق انجام میگیرد.
۳- روی CRT به دو اکو برگشتی در موقعیتهای ۴ و ۸ نیاز داریم که با تنظیم Range انجام میدهیم.
۴- جهت اطمینان از اینکه در محل قرار گرفتن پراب در ورق عیبی وجود ندارد پراب را ۶ اینچ روی ورق حرکت میدهیم ، موقعیت اکوها نباید تغییر کند.
۵- ارتفاع اکو دوم را به ۵۰% صفحه میرسانیم.
۶- مش بندی ورق ׃ از هر طرف ورق به اندازه ۲ اینچ خطی به موازات طرف دیگر رسم میکنیم، فاصله ستونهای بعدی ۳ ، ۶ یا ۹ اینچ از یکدیگر خواهد بود.
۷- در هر نقطه عیبی مشاهده شد خانههای مجاور باید تست شود
۸- اگر عیب گسترده باشد ارتفاع اکوهای ۴ و ۸ کم شده یا از بین میرود و اکو عیب ظاهر میشود
۹- اگر عیب کوچک باشد ارتفاع اکوهای ۴ و ۸ کم شده و ممکن است اکو عیب مشاهده نشود
۱۰- رد یا قبول عیوب وتعداد آنها بسته به نظر کارفرما دارد ولی طبق استاندارد ASTM A 435 ، Lamination به قطر ۳ اینچ ﴿۷۵mm﴾ یا ۳/۱ ضخامت قابل قبول است.
۱۱- Sizing ׃ اگر عیبی مشاهده شد پراب را حرکت داده تا به حداکثر مقدار خود برسد که آنجا مرکز عیب میباشد، به حرکت پراب ادامه داده تا جاییکه ارتفاع اکو عیب و اکوهای ۴ و ۸ با یکدیگر برابر شود، آنجا مرز عیب خواهد بود. معمولا از آب بعنوان Couplant استفاده میشود که البته باعث فرسایش پراب میشود ۰
Sensitivity Setting
تنظیم سطح قابل قبول حساسیت برای بدست آوردن نتایج تکرارپذیر(جهت تست قطعهای یکسان) ضروری است، بویژه اینکه اپراتور، دستگاه عیبیاب و مکان انجام تست متفاوت میباشد. اینکار باعث میشود که یک عیب مشخص توسط هر اپراتوری شناسایی شود دارای ارتفاع اکو یکسان، در نتیجه اطلاعات یکسان باشد.
دستیابی به Gain کافی برای تشخیص عیب مهمترین هدف تنظیم حساسیت دستگاه میباشد که به موارد زیر بستگی دارد:
الف- فرکانس پراب
ب- نوع دستگاه عیبیاب
ج- جنس ماده مورد تست
د- نسبت Noise به اکو BW یا اکو عیب
تست بلوکهای زیادی جهت تنظیم حساسیت موجود میباشد مانند DAC ،FBH ،IOW ﴿Institute Of Welding ﴾
Sensitivity Setting با بلوک DAC
۱- با توجه به اینکه سوراخهای بلوک در T/4 ، T/2 و ۳T/4 قرار گرفته ابتدا باید محل ظاهرشدن اکو در CRT را با فرمولهای زیر مشخص کنیم:
در Leg 1
T/4 = اکو اول ﴿ S1 ﴾ ، T/2 = S2 ، S3 = 3T/4
Cos α Cos α Cos α
الف-از نزدیکترین سوراخ به سطح بلوک یک سیگنال دریافت کرده، Maximize نموده با کم و زیاد کردن Gain آنرا به ۸۰% FSH میرسانیم و در آن نقطه با ماژیک علامت میگذاریم ﴿S1﴾
ب- بدون تغییرGain از سوراخ پایینتر اکو دوم را دریافت کرده Maximize میکنیم و در آن نقطه علامت میگذاریم ﴿S2﴾
ج- اینکار را برای سوراخ سوم نیز تکرار میکنیم ﴿S3﴾
درLeg 2
۲T – ۳T/4 S1 = ، S2 = 2T – T/2 ، S3 = 2T – T/4
Cos α Cos α Cos α
بدون تغییر Gain با توجه به فرمولهای بالا سه نقطه دیگر نیز در صفحه مشخص کرده و با وصل کردن این نقاط به یکدیگر منحنی DAC را رسم میکنیم. هرگاه پراب یا دستگاه تغییر کند باید تمام مراحل بالا تکرار شود. مراحل ذکر شده در بالا طبق استاندارد Section v ASME میباشد. اگر هنگام تست قطعه سیگنالی از این منحنی بالاتر بود نشاندهنده این است که اندازه عیب از سوراخ DAC بزرگتر است، Accept یا Reject قطعه نیز بر اساس Section vш همین استاندارد میباشد.
Using Noise For Sensitivity
حداکثر Range مورد نیاز تست قطعهای مشخص را محاسبه کرده، پراب را روی قطعه مورد تست قرار میدهیم Gain را آنقدر بالا برده تا ۲mm Grass در پایین صفحه مشاهده شود حال اگر هر عیبی بزرگتر از دانهبندی ﴿ Grain Size ﴾ قطعه باشد اکو آن عیب در CRT مشخص خواهد شد.
مزایا
الف- سریع و آسان
ب- عدم نیاز به تست بلوک
ج- هر عیبی که از Grain Size قطعه بزرگتر باشد در صفحه ظاهر خواهد شد.
معایب
الف- عدم دقت کافی در Sizing عیوب
ب- عیوب نزدیک به سطح ممکن است در Grass مخفی شود.
Transfer Correction
بلوکهای مرجع معمولا دارای سطوح صاف و ماشینکاری شده هستند و اغلب نسبت به قطعه مورد تست کاهش شدت صوت کمتری دارند در نتیجه اکوهای برگشتی از عیوب مصنوعی این بلوکها نسبت به اکوهای همان عیوب مشابه در قطعه ارتفاع بیشتری دارند، روشهایی که این اختلاف اندازه را تصحیح میکنند Transfer Correction یا Transfer Loss نامیده میشود.
Transfer Correction در بلوک نرمال
پراب را روی بلوک مرجع گذاشته اکو BW را به FSH رسانده Gain را یادداشت میکنیم سپس پراب را روی قطعه گذاشته اکو BW را به FSH رسانده Gain را یادداشت مینماییم، اختلاف بین این دو Transfer Correction میباشد.
Transfer Correction و پراب زاویهای
در این روش از دو پراب که یکی فرستنده و دیگری گیرنده است استفاده میکنیم، ابتدا پرابها را روبروی هم روی بلوک مرجع قرار داده اکو دریافتی را Maximize میکنیم سپس با کمک Gain آنرا به FSH میرسانیم. در مرحله بعد روی قطعه نیز اینکار را تکرار میکنیم، اختلاف این دو Transfer Correction میباشد.
چک کردن دستگاه UT از نظر صحت کارکرد
یکی از وظایف اپراتور کنترل دستگاه از نظر کارکرد میباشد که جزییات این موضوع در استاندارد BS4331 Part 1 تشریح شده است، این استاندارد فقط برای روش Pulse – Echo کاربرد دارد.
الف- Time Base Linearity
پراب نرمال را روی یک سمت بلوک v1 قرار داده و با Range و Delay طوری تنظیم میکنیم که ۱۰ اکو برگشتی (با تلورانس حداکثر ۲%) دقیقا روی درجه بندی Time Base داشته باشیم سپس اکوها را به ۸۰% FSH رسانده باز هم پایه چپ اکوها بایستی حداکثر با ۲% تلورانس روی درجهبندی Time Base قرارگیرد. این چک بایستی بصورت هفتگی روی دستگاه انجام گیرد.
ب- Linearity Of Equipment Gain
یک اکو از سوراخ ۱.۵mm بلوک v1 یا v2 گرفته به ۸۰% FSH میرسانیم ، ۲dB اضافه کرده بایستی ارتفاع سیگنال به ۱۰۰% FSH برسد حال ۲dB کم میکنیم ارتفاع اکو باید به ۸۰% FSH برسد ،۶dB دیگر کم میکنیم ارتفاع اکو باید به ۴۰% FSH برسد اکنون ۱۲dB کم میکنیم ارتفاع باید به ۱۰% برسد ، در نهایت ۶dB کم کرده ارتفاع اکو باید به ۵% FSH برسد. این چک باید بصورت هفتگی انجام گیرد.
پ- Sensitivity And Signal Noise Ratio
از سوراخ ۱.۵mm بلوک v1 یا ۲v یک اکو گرفته وآنرا به ۲۰% FSH میرسانیم و dB را یادداشت میکنیم حال Gain را افزایش داده تا در پایین CRT 20% Grass مشاهده شود، اختلاف بین دو dB را یادداشت میکنیم. dB اول حساسیت پراب و دستگاه را مشخص میکند و اختلاف بین دو dB، Signal Noise Ratio را نشان میدهد. این چک بایستی روزانه انجام شود.
ت- Time Base Calibration Check ׃ در صورت تعویض پراب
ث- تعیین Index ׃ حداقل روزانه
ج- تعیین زاویه صحیح پراب ׃ حداقل روزانه
Sizing اندازهگذاری:
الف- بدست آوردن ضخامت (ارتفاع) عیب با روش افت ۲۰ dB
ابتدا اکو دریافتی را Maximize کرده Gain را طوری تنظیم میکنیم که اکو به FSH برسد، پراب را بطرف جلو حرکت داده تا اکو به ۱۰% مقدار خود برسد (افت ۲۰dB) آن نقطه را نشانهگذاری میکنیم (اگر براب ۷۰ باشد اکو 10dBافت کند). حال پراب را به سمت عقب برده تا سیگنال ابتدا به حداکثر ارتفاع و بعد به ۱۰% مقدار خود برسد آن نقطه را نیز نشانهگذاری میکنیم. فاصله این دو نقطه ضخامت (ارتفاع) عیب میباشد.
ب- تعیین طول عیب با روش افت ۶dB
اکو دریافتی از عیب را Maximize کرده به کمک Gain به FSH میرسانیم پراب را بطرف راست حرکت داده تا اکو به ۵۰% مقدار خود برسد (۶dB کم شود) وسط پراب را نشانهگذاری میکنیم، پراب را به سمت چپ برگردانده تا ابتدا اکو Max شده و دوباره به ۵۰% مقدار خود برسد، وسط پراب را نشانهگذاری میکنیم فاصله بین این دو نقطه طول عیب خواهد بود.
مراحل تست جوش بر اساس استاندارد ASME Sec v , vш
۱- چک دستگاه
۲- انتخاب پراب مناسب ׃ قطعات با ضخامت بیش از ۲۰mm پراب ۴۵ یا ۶۰ و کمتر از ۲۵mm پراب ۷۰ استفاده شود، روش دیگر استفاده از فرمول H.S و قرار دادن زاویه پراب بجای α است.
۳- انتخاب Range مناسب ׃ بر اساس Leg 2 + 20%
۴- رسم منحنی DAC و بدست آوردن dB مرجع
نکته ׃ انتخاب بلوک DAC بر اساس ضخامت قطعه انجام میشود.
۵- تعیین Leg2 و Leg1
۶- تعیین H.S و F.S روی قطعه
Index – ﴿ T tag α + ۱/۲ Gap ﴾ = H.S
Index – ﴿ T tag α + ۱/۲ Cap 2 ﴾ = F.S
نکته ׃ وقتی جلوی پراب دقیقا روی خط H.S است، ریشه جوش در حال اسکن شدن است.
۷- تست کامل منطقه F.S تا لبه جوش از نظر Lamination
۸- افزودن ۱۴ dB به RF Db و شروع اسکن
۹- ابتدا اسکن با زاویه ۱۰ درجه و بعد با ۱۵ درجه سپس Travers
۱۰- نشانهگذاری کردن عیوب، Sizing ، تنظیم Report
نکته ׃ اگر طول عیب از سه برابر عرض آن بزرگتر بود ، آن عیب را خطی گویند.LOP ،Crack ، LOF عیب خطی هستند و در استاندارد ASME ، بدون توجه به اندازه Reject میباشند.
نکته: اگر طول عیبی کوچکتر یا مساوی عرض آن باشد ، آن عیب را گرد گویند.Porosity و Slag عیب گرد میباشند و Reject یا Accept آنها بسته به طولشان است.
تشخیص عیوب جوش نفوذی ﴿Groove﴾
همیشه تشخیص دقیق نوع عیب آسان نیست ولی با دانستن محل عیب در جوش، حرکت پراب در اطراف عیب و مشاهده نحوه تغییرات اکو از نظر شکل و دامنه در CRT میتوان به نتیجه گیری قابل قبولی دست یافت. از فاکتورهای مهم دیگر شناخت مراحل جوشکاری، آمادهسازی قطعه، ابعاد جوش، اندازه gap میباشد. بطور مثال Slag در جوش TIG و وجود Side Wall LOF در وسط جوش غیرمحتمل است، عدم ذوب کافی در جوشکاری اتوماتیک دیده میشود و ترکها معمولا در ورقهای ضخیم بیشتر دیده میشوند.
عیوبی مثل SW LOF معمولا قسمت اعظم پرتوهای صوتی را برگشت میدهند و مانند آینه عمل میکنند ولی Porosity ممکن است از تعداد زیادی حبابهای ریز تشکیل شده باشد که باعث شود انرژی صوتی به هر جایی انعکاس یابد درست مثل یک Disco Ball که از سقف آویزان باشد، بنابراین Porosity یک عیب پخشکننده ﴿Diffuser﴾ است.
عیوب ریشه
۱- Excess Penetration ׃
الف- دامنه اکو بین ۱۰ تا ۹۰ درصد بسته به عمق و زاویه پراب
ب- افت سریع اکو با عقب و جلو کردن پراب
ج- اندازه گیری عمق عیب مشکل است ولی طول معمولا با افت ۶ dB
۲- Root Concavity (تقعر ریشه)
الف- اکو Sharp و بزرگ است
ب- افت سریع اکو با حرکت به عقب پراب (سریعتر از LOP)
ج- اندازه گیری عمق با روش افت ۲۰ dB
۳- Root Crack ׃
الف- پایه اکو پهن وشکل آن شبیه درخت صنوبر
ب- با حرکت چرخشی پراب اکو به سرعت افت میکند
ج-اندازه گیری طول افت ۶ Db ، عمق با افت ۲۰ dB
۴- Lack Of Penetration ﴿عدم نفوذ﴾
الف- اکو Sharp و دقیقا روی Leg1 ، قابل مشاهده از دو سمت خط جوش و پراب دقیقا روی خط H.S
ب- افت سریع اکو با حرکت چرخشی پراب
ج- اندازه گیری طول با افت 6dBو عمق با افت ۲۰dB ﴿۱۰ dB برای پراب ۷۰﴾
علت ׃ بسته بودن Gap ، انتخاب نامناسب الکترود از نظر قطر، طول و جنس، عدم تبحر جوشکار
۵- Miss Match ﴿Hi – Lo﴾
الف- اکو Sharp و بلند ، قابل مشاهده از یک سمت خط جوش
ب- افت سریع اکو با حرکت پراب به سمت عقب
ج- اندازه گیری طول با افت ۶dB
عیوب داخلی و سطحی جوش
۱- Lack Of Fusion (عدم ذوب)
الف- در SW LOF اکو بلند و باریک ، از سمت دیگر خط جوش اکو بسیار ضعیف قابل مشاهده است (با پراب ۶۰)
ب- پراب بین H.S و F.S
ج- اکو در Leg2
د- افت سریع با حرکت چرخشی پراب
و- اندازه گیری طول با افت ۶ dBو عمق با افت ۲۰ dB
انواع LOF
الف- Side Wall LOF
ب- Root LOF
ج- Inter Pass LOF
علت ׃ آمپر پایین ، کثیفی سطح، عدم تبحر جوشکار
۲- Crack ترک
الف- پایه اکو پهن و شکل آن شبیه درخت صنوبر
ب- هر جایی از جوش میتواند باشد
ج- از هر سمت خط جوش قبل مشاهده است
د- اندازه گیری طول با افت ۶ dB و عمق با افت ۲۰dB
انواع ترک
۱- ترک طولی
۲- ترک عرضی
۳- ترک ستاره ای ׃ معمولا در ابتدا یا انتهای جوش دیده میشود ﴿ در Pin Hole ﴾
۴- ترک هیدروژنی ׃ ۸ – ۱۰ ساعت بعد جوشکاری ظاهر میشود بهمین دلیل حداقل ۲۴ ساعت بعد از جوشکاری تست انجام شود.
۵- ترک ناشی از خستگی ﴿ Fatigue Crack ﴾
۶- ترک ناشی از خزش ﴿ Creep ﴾
۷- ترک ناشی از سنگزنی
۸- ترک ناشی از ماشینکاری
۹- ترک ناشی از خوردگی
علت ׃ انتخاب نامناسب الکترود، ناهمگونی فلز از نظر جنس، عدم تبحر جوشکار
۳- Porosity تخلخل
الف- از دو طرف خط جوش اکو داریم، اگر عیب در مرکز باشد اکو هر دو سمت خط جوش در یک نقطه CRT ظاهر میشود ولی اگر در سمت راست یا چپ خط جوش باشد جای اکوها فرق میکند.
ب- با چرخش پراب اکو به کندی افت می کند.
پ-Sizing به روش قطر معادل
∆dB = 40 Log D/ D0
∆dB׃ مقدار Db که از اکو Maximize کاسته شده تا به منحنی DAC برسد
D0 ׃ قطر سوراخ DAC
D׃ قطر عیب
ت- طول ندارد
انواع Porosity
الف- Single Porosity
ب- Linear Porosity (خطی)
ج- Cluster Porosity (خوشهای)
د- Worm Hole Porosity (کرمی شکل)
علت ׃ جوشکاری هنگام برف و باران، مرطوب بودن الکترود یا سطح، کثیفی سطح، ناخالصی گاز، وزش باد
۴- Slag (گله جوش)
الف- بدلیل نامنظم بودن، شکل اکو نامنظم و پهن
ب- اکو هر جای صفحه میتواند باشد
پ- از هر طرف خط جوش قابل مشاهده است
ت- با چرخش پراب اکو به کندی افت میکند
ث- طول ندارد
ج- اندازه گیری به روش Porosity
۵- Burn Through (سوختگی پاس ریشه) ׃ اگر زیاد سنگزنی اتفاق بیافتد هنگام جوشکاری پاس بعد در آن قسمت سوختگی پاس واقع میشود.
۶- Spatter ׃ ریزههای جوش که اطراف خط جوش بوجود میآید و قبل از تست بایستی تمیزکاری شود تا باعث از بین رفتن کفشک پراب نشود.
۷- Under Cut ׃ آمپر زیاد باعث ذوب Base Metal میشود.
انواع Inclusion (ناخالصی)
الف- Slag Inclusion ׃ در روش الکترود دستی و روش زیرپودری مشاهده میشود.
ب- Tungsten Inclusion ׃ در روش جوشکاری TIG اتفاق میافتد.
پ- Metal Inclusion ׃ جاماندن الکترود یا فلز دیگر در جوش.
T Butt Weld
در این نوع جوش دسترسی به بیش از یک سمت ضروری میباشد، ضمن اینکه ممکن است جوش با نفوذ کامل، نفوذ جزیی یا عدم نفوذ داشته باشیم.
اگر جوش با نفوذ جزیی باشد باید اطمینان یافت که منطقه بدون جوش بزرگتر از مقدار تعیین شده در نقشه نبوده و هیچگونه ترکی وجود نداشته باشد.
نحوه تست اینگونه جوشها در شکل تشریح شده است.
Pipe
در لولههای با قطر بالا با فرمول زیر پراب مناسب را انتخاب میکنیم:
قطرخارجی لوله / قطرداخلی لوله =Sin حداکثر زاویه لازم
مثال
زاویه پراب چه میزان باشد اگر بخواهیم لولهای ۱۲ اینچی با دیواره به قطر ۱ اینچ را تست کنیم؟
10/12 = 0.833 که برابر ۵۶.۲۶ درجه میباشد ، بنابراین زاویه ۶۰ مناسب نیست و از پراب ۴۵ استفاده میکنیم
مراحل تست قطعه با استاندارد AWSD1.1
۱- از Side Drill Hole بلوک ۱v سیگنال گرفته آنرا به ۵۰% FSH میرسانیم
۲- dBرابعنوان dB مرجع یا عدد b یادداشت میکنیم
۴- Sound Pass قطعه را براساس فرمول S = T/Cos α محاسبه کرده با مراجعه به جدول Scanning Level عدد مقابل S را به dBمرجع اضافه میکنیم، بعد شروع به اسکن میکنیم
| Scanning Level |
| Sound Pass in mm |
| Through 64 mm 14 |
| 64 – ۱۲۷ mm 19 |
| ۱۲۷ – ۲۵۴ mm 29 |
| ۲۵۴ – ۳۸۱ mm 39 |
۴- اگر اکو بالاتر از ۵۰% FSH مشاهده شد با کمک Gain dB را کم کرده تا به خط ۵۰% برسد حال dB قرائت شده را بعنوان dB عیب یا عدد a یادداشت میکنیم
۵- عدد C را اینگونه بدست میآوریم × ۲ ﴿- ۱ S به اینچ﴾ = C ﴿Attenuation Factor﴾
۶- عدد d را محاسبه میکنیم d = a – b – c
۷- طبق جدول موجود در جزوه استاندارد کلاس عیب مربوطه را مشخص مینماییم
<=””>
نکته ׃ در این استاندارد فقط ترک Reject میباشد