خانه / آزمون آلتراسونیکUT

آزمون آلتراسونیکUT

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 1880 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 1881 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 1912 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 1929 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 در1942 ساخته شد، اینکار همزمان توسط فایراستون امریکایی و یک فیزیکدان آلمانی انجام شد.

در ابتدا تست التراسونیک فقط در هواپیمایی کاربرد داشت ولی در 1950 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

1)     UT خطری برای سلامتی ندارد و تکنسین می­تواند بدون تعطیل کردن کار دیگر کارگران در کنار آنها به تست قطعات بپردازد.

2)     یکی از بهترین راههای تشخیص LOF دیواره لوله  بویلرها و ترکهای جدار آنها که از عوامل مهم انفجار در بویلرها محسوب می شود.

3)     بهترین راه تشخیص عیوب سطحی مانند Lamination است که گاه در رادیوگرافی دیده نمی شود.

4)     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:

  1. جنس قطعه

  2. نحوه ساخت

  3. شکل هندسی

  4. خواص فیزیکی

  5. هزینه

  6. 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

1)     Certification

2)     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 ׃

1)     ASME

2)     AWS مانند AWSD1.1که مربوط به سازه های فولادی است.

3)     API مثل API 650 مربوط به تست مخازن یا API 1104 برای تست خطوط لوله

4)     DIN آلمان

5)     BS انگلیس

امواج التراسونیک

امواج التراسونیک از نوع  امواج مکانیکی­ اند 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 منطقه­ ای 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 2MHZ در قطعه­ای از جنس استیل؟

جواب׃ 2.96mm

نکته:

هر چه فرکانس بالاتر باشد طول موج کوتاهتر، عمق نفوذ موج در قطعه کمتر ولی حساسیت تست بیشتر است و بالعکس.

امواج تا 20 هرتز را Infrasonic گویند که قابل شنیدن توسط انسان نیست.

امواج بین 20HZ تا 20KHZ را امواج اکوستیک گویند که توسط انسان قابل شنیدن است.

امواج بالای 20KHZ 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 9/0 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

332

AIR

NA

1480

WATER

3250

5920

STEEL

3130

6320

ALUMINIUM

1430

2730

PERSPEX

2260

4700

COPPER

2120

4430

BRASS

نکته׃ 90% انرژی صوتی از Interface بازتاب می­یابد و در حقیقت فقط حدود 10% انرژی صوتی تولید شده توسط کریستال پراب بعد از عبور از Couplant وارد قطعه می­شود، جالبتر اینکه فقط 1% از این انرژی وارد شده بعد از برخورد به Back Wall یا عیب توسط پراب دریافت می­شود.

تفرق

 Diffraction

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

1)     Electro static ׃ از بارهای ثابت استفاده می­شود.

2)     Electro Magnetic ׃ از میدان مغناطیس استفاده می­شود یعنی مرتباً جای قطبهای N و S عوض می­شود.

3)     Magneto Stractive ׃ خاصیتی است در بعضی مواد در طبیعت که اگر در میدان مغناطیسی قرار گیرند مرتعش می­شوند.

4)     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:

T ׃ ضخامت کریستال

V ׃ سرعت صوت در کریستال

Pizo Electric طبیعی ׃ کوارتز

Pizo مصنوعی ׃

1)     لیتیم سولفات ﴿LIS﴾ گیرندگی بسیار بالایی دارند اما در آب حل می­شوند.

2)     تیتانات باریم

3)     سرب زیرکونیوم تیتانات

4)     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.

محاسبه درصد امواج عبوری و برگشتی در دو محیط با Z متفاوت

http://isnt.irمثال

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

Density

g/cm

Velocity

Cm/sec

Impedance

g/cm-sec

Material

0.001

0.33 × 10

0.000033 × 10

AIR

1.00

1.49 × 10

0.149 × 10

WATER

2.71

6.35 × 10

1.72 × 10

ALUMINIUM

7.8

5.85 × 10

4.56 × 10

STEEL

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:

1)     Refelection ׃ بخشی از امواج بازتاب می­یابند.

2)     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

http://isnt.irSin 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 45 درجه بدهد، زاویه تابش را محاسبه نمایید؟

http://isnt.ir/

مطابق شکل هنگامیکه امواج با زاویه 90 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 27.4 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 33 درجه در قطعه خواهیم داشت.

حال اگر زاویه تابش را تا 57.14 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 27.4 و 57.14 باشد البته حداقل زاویه پرابهای تولیدی 35 درجه و حداکثر 80 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 90 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 90 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 = 1480m/s

         سرعت صوت ﴿امواج طولی﴾ در آلومینیوم = 6320m/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׃

1)     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.

2)     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 ﴿ 2730 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.

3)     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

  1. پرابهای دو کریستال را می­توان از3-25 mm تنظیم کرد.

  2. برای اندازه­گیری قطعات نازک مناسب است.

  3. عیوب نزدیک به سطح را می­توان تشخیص داد.

  4. تفکیک پذیری بالایی در عیوب نزدیک به سطح دارند.

معایب

  1. در سطوح ناصاف و دارای خمیدگی به آسانی نمی­توان از آنها استفاده نمود.

  2. 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 /4 Near Zone = D

      4v

D׃قطر کریستال

ג׃ طول موج

f ׃ فرکانس

v ׃ سرعت صوت در قطعه

مثال

مطلوبست محاسبه Near Zone پراب نرمال 5 MHZ با قطر 10mm در قطعه ای از جنس فولاد

سرعت صوت = 5900m/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 10% 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 22/1 خواهد بود.

مثال׃ مطلوبست زاویه واگرایی پراب 5MHZ با قطر 10mmدر قطعه­ای از جنس فولاد

 K = 1.22

ج׃ 16.6

نکته׃

  1. فرکانس بالاتر واگرایی کمتر

  2. قطر کریستال بالاتر واگرایی کمتر

  3. 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

  1. کاهش شدت صوت کمتری خواهیم داشت.

  2. در CRT ناحیه مرده ﴿Dead Zone﴾ نداریم.

  3. در این روش جهت عیب به اندازه Puls Echo مهم نیست.

معایب

  1. محل دقیق عیب را نمی­توان مشخص کرد.

  2. نوع عیب قابل تشخیص نیست.

  3. قطعه بایستی موازی باشد.

  4. 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.

http://isnt.ir/

Th ׃ ضخامت قطعه

v ׃ سرعت صوت

Attenuation : کاهش شدت انرژی صوتی را گویند. به دو دلیل اتفاق می­افتد:

1)     پرتوهای صوتی بصورت مخروط واگرا از هم دور می­شوند ﴿Beam Spread﴾

2)     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:

  1. بازتاب از داخل پراب

  2. Scatter از سطوح ناصاف

  3. وجود ناخالصیهای غیر فلزی یا Lamination در قطعه

  4. بازتاب از سطح قطعه مورد تست

  5. 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:

  1. تناسب ضخامت قطعه با قطر پراب

  2. شکل هندسی قطعه

  3. وضعیت سطح قطعه

  4. ساختار متالوژیکی قطعه ، نوع دانه بندی ، موقعیت و جهت عیوب مورد انتظار

انتخاب فرکانس پراب

  1. فرکانس بالاتر قدرت تفکیک پذیری بالاتر

  2. فرکانس بالاتر حساسیت بالاتر

  3. فرکانس بالاتر Beam Spread کمتر در نتیجه Sizing بهتر عیب

  4. فرکانس پایینتر نفوذ بیشتر و کاهش شدت صوت کمتر

  5. فرکانس پایینتر مناسبتر برای سطوح ناصاف

  6. 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

  1. قطر بزرگتر کریستال انرژی صوتی بیشتر و دامنه وسیعتر تست قطعه

  2. قطر بزرگتر کریستال عدم تماس کامل با سطوح ناصاف و دارای انحنا

  3. قطر کوچک کریستال Near Zone کوچکتر

پرابهای تک کریستال برای قطعات با ضخامت بالای 15mm تا 30mm  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 1/10 واحد بزرگتر یعنی بل است، برای مقایسه دو سیگنال در صفحه CRT میتوان از فرمول زیر استفاده نمود:

(ارتفاع سیگنال دوم /ارتفاع سیگنال اول) 20 Log 10  = اختلاف دو سیگنال در CRT

مثال

دو سیگنال را در CRT مقایسه کنید در صورتیکه  اولی 40mm و دومی 20mm باشد؟

جواب ׃ 6 dB

با استفاده از فرمول بالا نتایج زیر حاصل می­شود:

1)     روش افت 6 dB ׃ هر گاه 6dB از شدت صوت کم شود سیگنال درCRT از حداکثر ارتفاع خود به 50%  ارتفاع می­رسد. یعنی پرتوهای مرکزی از لبه انتهایی عیب برگشت می­خورد، از این روش جهت Sizing عیوب بزرگ استفاده می­شود.

2)     روش افت 12dB׃ هرگاه  12dBاز شدت صوت کم کنیم سیگنال از حداکثر ارتفاع به 1/4 ارتفاع کاهش می­یابد.

3)     روش افت 10 dB׃ هرگاه 10dBاز شدت صوت بکاهیم سیگنال از حداکثر ارتفاع به 1/3 ارتفاع کاهش می­یابد.

4)     روش افت 20 dB ׃ هر گاه 20 dB ازشدت صوت کاسته شود سیگنال از حداکثر ارتفاع به 1/10 ارتفاع کاهش می­یابد و می­توان نتیجه گرفت که پرتوهای صوتی دقیقا به انتهای عیب برخورد کرده­­است.

انواع دستگاههای التراسونیک بر اساس نوع صفحه نمایشگر

1)     A Scan ׃ بیشتر نمایشگرهای امروزی از این دسته­اند، تصویر بصورت تک بعدی نمایش داده می­شود.

2)     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.

3)     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).

4)     D Scan ׃ نمای جانبی از عیب نمایش می­دهد و معمولا طول، عمق و ضخامت صحیح عیب را مشخص می­کند.

5)     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.

6)     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

  1. بلوک v1 و v2

  2. Distance Amplitude Curve ﴿ DAC ﴾

  3. Area Amplitude Curve

عیوب مرجع

1)     Back Wall ׃ شرایط عیب مرجع

  1. سطح BW باید موازی سطح ورودی دسته پرتوها باشد.

  2. طول BW باید از گستردگی دسته پرتوها در عمق مورد نظر بزرگتر باشد.

  3. عمق BW از 7/0 Near Field بزرگتر باشد تا در ناحیه مرده ﴿Dead Zone﴾ قرار نگیرد.

2)     Side Drill Hole ﴿SDH﴾

  1. محور SDH باید موازی سطح ورودی دسته پرتوها بوده و انحراف در صفحه نداشته باشد.

  2. قطر SDH در عمق مورد نظر از پهنای دسته پرتو کوچکتر باشد.

  3. عمق SDH از 0.7 Near Field بیشتر باشد.

3)     Flat Bottom Hole

  1. محور FBH عمود بر سطح ورودی دسته پرتو بوده و در صفحه انحراف نداشته باشد.

  2. قطر FBH از پهنای دسته پرتو در عمق مورد نظر کوچکتر باشد.

  3. عمق FBH از 0.7 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

1-    فرکانس

2-    ابعاد پراب

3-    زاویه پراب در پرابهای زاویه­ای ﴿ 45،60  و 70 ﴾

کالیبراسیون

بلوک I.I.W ﴿1v﴾

پراب نرمال و بلوک v1׃

الف- تعیین تقریبی Dead Zone ׃ دستگاه را روی 100 Range کالیبره می­کنیم ، جاییکه Perspex در بلوک تعبیه شده از یک طرف تا لبه بلوک 5mm فاصله و از طرف دیگر 10mm فاصله است، ابتدا پراب نرمال را روی سطحی از بلوک که 5mm تا Perspex فاصله دارد قرار می­دهیم اگر در CRT در نقطه 5mm خط Time Base مجزا از اکو Initial Pulse اکو دیگری داشتیم این امر نشان می­دهد که Dead Zone پراب کمتر از 5mm است، در غیر اینصورت مرحله بعد را انجام می­دهیم. حال پراب نرمال را روی سطحی از بلوک که 10mm تا Perspex فاصله دارد قرار می­دهیم اگر در CRT در نقطه 10mm خط Time Base مجزا از اکو Initial Pulse اکو دیگری داشتیم مشخص می­شود که Dead Zone پراب کمتر از 10mm است ، در غیر اینصورت پراب قابل استفاده نیست.

ب- تعیین قدرت تفکیک پراب نرمال ﴿ Resolution ﴾: ابتدا دستگاه را روی 100 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 85 ، 91 و 100 در خط Time Base اکوهای مجزا داشته باشیم.

پراب زاویه ای و بلوک 1v :

الف- تعیین Exit Point پراب

ابتدا رنج را بیشتر از 100 مثلا 200 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 100mm است،  بعد از تعیین Exit Point بوسیله خط کش فاصله جلوی پراب تا لبه بلوک را اندازه گرفته از 100mm 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 45 ، 60 ، 70 نوشته شده که با کمک این اعداد صحت زاویه نوشته شده روی پراب را بررسی می­کنیم، اگر زاویه پراب معلوم باشد ﴿مثلا 45﴾ پراب را روی عدد 45 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 35) به سمت Perspex پراب را جلو می­بریم هرجا  که در CRT اکو Maximize شد، آنجا زاویه صحیح پراب می­باشد.تا 2 + 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 100mm است اگر Range روی 100 قرار دهیم بجز IP فقط یک اکو روی عدد 10 در CRT بایستی داشته باشیم، اگر Range روی 200 باشد دو اکو روی 5 و 10 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 25 کم می­کنیم و اگر پراب به سمت قوس بزرگتر باشد این فاصله را از 50 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 75 می­باشد مثلا اگر پراب به سمت قوس کوچکتر و Range برابر با 100 باشد  اولین اکو بایستی روی 5/2 و اکو بعد روی 10 باشد زیرا فاصله Notch تا قوس کوچکتر 25 و تا قوس بزرگتر 50 می­باشد.

جهت کالیبره دستگاه با بلوک 2v 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 5/2 و دومین اکو باید روی عدد 10 در صفحه CRT ظاهر شود (البته Range بایستی روی 100 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 125 قرار داده  پراب را به سمت قوس بزرگتر قرار می­دهیم  اکو بدست آمده را Maximize می­نماییم بایستی دو اکو درنقاط  2 و 8  صفحه داشته باشیم.

موقعیت­یابی با بلوک 2v ׃ 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

1- استفاده از پراب نرمال

2- کالیبراسیون دستگاه معمولا بوسیله خود ورق انجام می­گیرد.

3- روی CRT به دو اکو برگشتی در موقعیتهای 4 و 8 نیاز داریم که با تنظیم Range انجام می­دهیم.

4- جهت اطمینان از اینکه در محل قرار گرفتن پراب در ورق عیبی وجود ندارد پراب را 6 اینچ روی ورق حرکت می­دهیم ، موقعیت اکوها نباید تغییر کند.

5- ارتفاع اکو دوم را به 50% صفحه می­رسانیم.

6- مش بندی ورق ׃ از هر طرف ورق به اندازه 2 اینچ خطی به موازات طرف دیگر رسم می­کنیم، فاصله ستونهای بعدی 3 ، 6 یا 9 اینچ از یکدیگر خواهد بود.

7- در هر نقطه عیبی مشاهده شد خانه­های مجاور باید تست شود

8- اگر عیب گسترده باشد ارتفاع  اکوهای 4 و 8 کم شده یا از بین می­رود و اکو عیب ظاهر می­شود

9- اگر عیب کوچک باشد ارتفاع اکوهای 4 و 8 کم شده و ممکن است اکو عیب مشاهده نشود

10- رد یا قبول عیوب وتعداد آنها بسته به نظر کارفرما دارد ولی طبق استاندارد ASTM A 435 ، Lamination  به قطر 3 اینچ ﴿75mm﴾ یا 3/1 ضخامت قابل قبول است.

11- 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 4 و 8 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

1- با توجه به اینکه سوراخهای بلوک در T/4 ، T/2 و 3T/4 قرار گرفته ابتدا باید محل ظاهرشدن اکو در CRT را با فرمولهای زیر مشخص کنیم:

در Leg 1

  http://isnt.ir/

الف-از نزدیکترین سوراخ به سطح بلوک یک سیگنال دریافت کرده، Maximize نموده با کم و زیاد کردن Gain آن­را به 80%  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

http://isnt.ir

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 2mm 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 10 اکو برگشتی (با تلورانس حداکثر 2%) دقیقا روی درجه بندی Time Base داشته باشیم سپس اکوها را به 80% FSH رسانده باز هم پایه چپ اکوها بایستی حداکثر با 2% تلورانس روی درجه­بندی Time Base قرارگیرد. این چک بایستی بصورت هفتگی روی دستگاه انجام گیرد.

ب- Linearity Of Equipment Gain

یک اکو از سوراخ 1.5mm بلوک v1 یا v2 گرفته به 80% FSH می­رسانیم ، 2dB اضافه کرده بایستی ارتفاع سیگنال به 100% FSH برسد حال 2dB کم می­کنیم ارتفاع اکو باید به 80% FSH برسد ،6dB دیگر کم می­کنیم ارتفاع اکو باید به 40% FSH برسد اکنون 12dB کم می­کنیم ارتفاع باید به 10% برسد ، در نهایت 6dB کم کرده ارتفاع اکو باید به 5% FSH برسد. این چک باید بصورت هفتگی انجام گیرد.

پ- Sensitivity And Signal Noise Ratio

از سوراخ 1.5mm بلوک v1 یا 2v یک اکو گرفته وآن­را به 20%  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 اندازه­ گذاری:

الف- بدست آوردن ضخامت (ارتفاع) عیب با روش افت 20 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 10% مقدار خود برسد (افت 20dB) آن نقطه را نشانه­گذاری می­کنیم (اگر براب 70 باشد اکو  10dBافت کند). حال پراب را به سمت عقب برده تا سیگنال ابتدا به حداکثر ارتفاع و بعد به 10% مقدار خود برسد آن نقطه را نیز نشانه­گذاری می­کنیم. فاصله این دو نقطه ضخامت (ارتفاع) عیب می­باشد.

ب- تعیین طول عیب با روش افت 6dB

اکو دریافتی از عیب را Maximize کرده به کمک Gain به FSH می­رسانیم پراب را بطرف راست حرکت داده تا اکو به 50% مقدار خود برسد (6dB کم شود) وسط پراب را نشانه­گذاری می­کنیم، پراب را به سمت چپ برگردانده تا ابتدا اکو Max شده و دوباره به 50% 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

1- چک دستگاه

2- انتخاب پراب مناسب ׃ قطعات با ضخامت بیش از 20mm پراب 45 یا 60 و کمتر از 25mm پراب 70 استفاده شود، روش دیگر استفاده از فرمول H.S و قرار دادن زاویه پراب بجای α است.

3- انتخاب Range مناسب ׃ بر اساس Leg 2 + 20%

4- رسم منحنی DAC و بدست آوردن dB مرجع

نکته ׃ انتخاب بلوک DAC بر اساس ضخامت قطعه انجام می­شود.

5- تعیین Leg2 و Leg1

6- تعیین H.S و F.S روی قطعه

نکته ׃ وقتی جلوی پراب دقیقا روی خط H.S است، ریشه جوش در حال اسکن شدن است.

7- تست کامل منطقه F.S تا لبه جوش از نظر Lamination

8- افزودن 14 dB به RF Db و شروع اسکن

9- ابتدا اسکن با زاویه 10 درجه و بعد با 15 درجه سپس Travers

10- 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

1- Excess Penetration ׃

الف- دامنه اکو بین 10 تا 90 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 6 dB

2- 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 20 dB

3- 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 6 Db ، عمق با افت 20 dB

4- 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 20dB ﴿10 dB برای پراب 70﴾

علت ׃ بسته بودن Gap ، انتخاب نامناسب الکترود از نظر قطر، طول و جنس، عدم تبحر جوشکار

5- 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 6dB

عیوب داخلی و سطحی جوش

1- 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 60)

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 6 dBو عمق با افت 20 dB

انواع LOF

الف- Side Wall LOF

ب- Root LOF

ج- Inter Pass LOF

علت ׃ آمپر پایین ، کثیفی سطح، عدم تبحر جوشکار

2- 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 6 dB و عمق با افت 20dB

انواع ترک

1- ترک طولی

2- ترک عرضی

3- ترک ستاره ای ׃ معمولا در ابتدا یا انتهای جوش دیده می­شود ﴿ در Pin Hole ﴾

4- ترک هیدروژنی ׃ 8 – 10 ساعت بعد جوشکاری ظاهر می­شود بهمین دلیل حداقل 24 ساعت بعد از جوشکاری تست انجام شود.

5- ترک ناشی از خستگی ﴿ Fatigue Crack ﴾

6- ترک ناشی از خزش ﴿ Creep  ﴾

7- ترک ناشی از سنگ­زنی

8- ترک ناشی از ماشینکاری

9- ترک ناشی از خوردگی

علت ׃ انتخاب نامناسب الکترود، ناهمگونی فلز از نظر جنس، عدم تبحر جوشکار

3- 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

http://isnt.ir

∆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

4- 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

5- Burn Through (سوختگی پاس ریشه) ׃ اگر زیاد سنگ­زنی اتفاق بیافتد هنگام جوشکاری پاس بعد در آن قسمت سوختگی پاس واقع می­شود.

6- Spatter ׃ ریزه­های جوش که اطراف خط جوش بوجود می­آید و قبل از تست بایستی تمیزکاری شود تا باعث از بین رفتن کفشک پراب نشود.

7- 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 لوله­ های 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 12 اینچی با دیواره به قطر 1 اینچ را تست کنیم؟

 10/12 = 0.833  که برابر 56.26 درجه می­باشد ، بنابراین زاویه 60 مناسب نیست و از پراب 45 استفاده می­کنیم

مراحل تست قطعه با استاندارد AWSD1.1

1- از Side Drill Hole بلوک 1v سیگنال گرفته آن­را به 50% FSH می­رسانیم

2-  dBرابعنوان dB مرجع یا عدد b یادداشت می­کنیم

4-    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

http://isnt.ir

4- اگر اکو بالاتر از 50% FSH مشاهده شد با کمک Gain dB را کم کرده تا به خط 50% برسد حال dB قرائت شده را بعنوان dB عیب یا عدد a یادداشت می­کنیم

5- عدد C را اینگونه بدست می­آوریم                http://isnt.ir

6- عدد d را محاسبه می­کنیم                                   d = a – b – c

7- طبق جدول موجود در جزوه استاندارد کلاس عیب مربوطه را مشخص می­نماییم

نکته ׃ در این استاندارد فقط ترک Reject می­باشد