تکنیک های بازرسی در آزمون فراصوتی
وجود یک عیب در داخل یک ماده را می توان با استفاده از تکنیک امواج فراصوتی عبوری یا بازتابی پیدا کرد .
روش بازتابی با پروب عمودی
این روش در آزمون فراصوتی از معمول ترین تکنیک هاست و در شکل صفحات قبل نشان داده شده است . تمام یا بخشی از پالس توسط عیب داخل ماده بازتاب یافته و به وسیلهء پروب دریافت می شود . این پروب به جای فرستنده و گیرنده عمل می کند . فاصلهء زمانی بین ارسال پالس و دریافت پژواک برای محاسبهء فاصلهء عیب از پروب به کار می رود. روش بازتابی نسبت به روش عبوری دارای مزایای معینی است که عبارتند از :
الف ) قطعه کار به هر شکل می تواند باشد .
ب ) فقط دسترسی به یک طرف قطعه کار مورد نیاز است .
پ ) فقط یک نقطهء جفت شدن وجود دارد و در نتیجه مقدار خطا حداقل می شود .
ت ) فاصلهء عیب ها از پروب می تواند اندازه گیری شود .
روش عبوری با پروب عمودی
در این روش فرستنده با استفاده از یک روغن جفت کننده با سطح قطعه کار تماس برقرار می کند . یک پروب دریافت کننده روی سطح مفابل ماده نصب می شود .
اگر در داخل ماده هیچ گونه عیبی وجود نداشته باشد ، علامتی با یک شدت معین به گیرنده خواهد رسید . اگر ابین پروب فرستنده و گیرنده عیبی وجود داشته باشد شدت علامت دریافتی کاهش خواهد یافت . این امر به علت بازتاب جزیی پالس عیب است که بدین ترتیب می توان به وجود عیب پی برد .
این روش معایبی دارد که عبارتند از :
الف ) قطعه کار باید دارای دو سطح موازی باشد و به هر دو سطح آن نیز باید دسترسی داشت .
ب ) دو عدد پروب مورد نیاز است لذا جفت کردن آنها ممکن است عمل سیال اتصالی را کم بهره کند .
پ ) باید دقت کافی به خرج داد تا دو پروب کاملا در مقابل یکدیگر قرار گیرند .
ت ) علایمی از عمق عیب نمی توان به دست آورد .
روش عبوری با پروب زاویه ای
وضعیت های به خصوص آزمون وجود دارند که امکان به کارگیری از پروب های عمودی برای شناسایی عیب وجود ندارد و تنها راه حل معقول این است که از یک پروب زاویه ای استفاده شود . مثال خوبی از این روش بازرسی جوش های لب به لب صفحات موازی است . اگر در منطقهء جوش عیبی وجود داشته باشد شدت علامت دریافتی کاهش خواهد یافت . فاصلهء ABرا فاصلهء پرش می نامند و برای روبش کامل ناحیهء جوش، پروب ها باید مطابق شکل روی سطح قطعه جابه جا شوند . در عمل هر دو پروب باید در یک حامل نصب شوند تا همیشه فاصلهء درستی از هم داشته شوند . در عمل هر دو پروب باید در یک حامل نصب شوند تا همیشه فاصلهء درستی از هم داشته باشند .
روش بازتابی با پروب زاویه ای
همچنانکه در شکل زیر دیده می شود ، با به کار بردن یک پروب زاویه ای در حالت بازتابی می توان عیب ها را ردیابی کرد . ذکر این نکته مهم است هنگامی که در این گونه آزمون ها از پروب زاویه ای استفاده می شود ، آشکار ساز عیب باید به دقت با استفاده از یک قطعهء مرجع تنظیم شود . طراحی و استفاده از قطعات تنظیم در بخش بعدی شرح داده می شود .
تعیین هویت عیب ها
به وسیلهء روش های فراصوتی نه تنها موقعیت دقیق عیوب داخلی شناسایی می شود بلکه در اکثر موارد می توان نوع عیب را هم تشخیص داد . در این بخش علایم مختلفی که از انواع گوناگون عیوب دریافت می شود، تحت بررسی قرار می گیرد .
الف ) عیب عمود بر امتداد پرتو : وقتی که عیبی وجود نداشته باشد باید یک علامت پژواک از سطح مقابل دریافت شود . وجود یک عیب کوچک باید پژواک کوچکی ایجاد کند و شدت پژواک سطح مقابل کاهش یابد . اگر اندازهء عیب از قطر پروب بیشتر باشد پژواک عیب بزرگتر شده و پژواک سطح مقابل ممکن است با توجه به عمق عیب در رابطهء پراکندگی امواج در منطقهء دور دریافت نشود .
ب ) عیب هایی غیر از عیب های صفحه ای : مناطقی که دارای حفره های میکروسکوپی هستند ، موجب پراکندگی معمول امواج شده و روی صفحهء اسیلوسکوپ یک رد چمنی شکل بدون پژواک سطح مقابل نمایان می کند .
ناخالصی ها یا حفره های بزرگ کروی یا بیضوی پژواک کوچکی نمایان می سازند که به همراه پژواک کوچکی از سطح مقابل است ، در حالی که یک رد ساده که هیچ گونه پژواکی را نشان نمی دهد ممکن است مربوط به یک عیب صفحه ای با زاویهء غیر قائم نسبت به امتداد پرتو باشد .
پ ) تورق در صفحهء ضخیم : صفحه باید کاملا به روشی که در شکل زیر نموده شده است روبش گردد . علایم تورق از فواصل نزدیک پژواک ها و افت سریع ارتفاع علامت های پژواک مشخص می شود . هر دو یا یکی از این علایم دلیلی بر وجود تورق خواهند بود .
وجود یک عیب در داخل یک ماده را می توان با استفاده از تکنیک امواج فراصوتی عبوری یا بازتابی پیدا کرد .
روش بازتابی با پروب عمودی
این روش در آزمون فراصوتی از معمول ترین تکنیک هاست و در شکل صفحات قبل نشان داده شده است . تمام یا بخشی از پالس توسط عیب داخل ماده بازتاب یافته و به وسیلهء پروب دریافت می شود . این پروب به جای فرستنده و گیرنده عمل می کند . فاصلهء زمانی بین ارسال پالس و دریافت پژواک برای محاسبهء فاصلهء عیب از پروب به کار می رود. روش بازتابی نسبت به روش عبوری دارای مزایای معینی است که عبارتند از :
الف ) قطعه کار به هر شکل می تواند باشد .
ب ) فقط دسترسی به یک طرف قطعه کار مورد نیاز است .
پ ) فقط یک نقطهء جفت شدن وجود دارد و در نتیجه مقدار خطا حداقل می شود .
ت ) فاصلهء عیب ها از پروب می تواند اندازه گیری شود .
روش عبوری با پروب عمودی
در این روش فرستنده با استفاده از یک روغن جفت کننده با سطح قطعه کار تماس برقرار می کند . یک پروب دریافت کننده روی سطح مفابل ماده نصب می شود .
اگر در داخل ماده هیچ گونه عیبی وجود نداشته باشد ، علامتی با یک شدت معین به گیرنده خواهد رسید . اگر ابین پروب فرستنده و گیرنده عیبی وجود داشته باشد شدت علامت دریافتی کاهش خواهد یافت . این امر به علت بازتاب جزیی پالس عیب است که بدین ترتیب می توان به وجود عیب پی برد .
این روش معایبی دارد که عبارتند از :
الف ) قطعه کار باید دارای دو سطح موازی باشد و به هر دو سطح آن نیز باید دسترسی داشت .
ب ) دو عدد پروب مورد نیاز است لذا جفت کردن آنها ممکن است عمل سیال اتصالی را کم بهره کند .
پ ) باید دقت کافی به خرج داد تا دو پروب کاملا در مقابل یکدیگر قرار گیرند .
ت ) علایمی از عمق عیب نمی توان به دست آورد .
روش عبوری با پروب زاویه ای
وضعیت های به خصوص آزمون وجود دارند که امکان به کارگیری از پروب های عمودی برای شناسایی عیب وجود ندارد و تنها راه حل معقول این است که از یک پروب زاویه ای استفاده شود . مثال خوبی از این روش بازرسی جوش های لب به لب صفحات موازی است . اگر در منطقهء جوش عیبی وجود داشته باشد شدت علامت دریافتی کاهش خواهد یافت . فاصلهء ABرا فاصلهء پرش می نامند و برای روبش کامل ناحیهء جوش، پروب ها باید مطابق شکل روی سطح قطعه جابه جا شوند . در عمل هر دو پروب باید در یک حامل نصب شوند تا همیشه فاصلهء درستی از هم داشته شوند . در عمل هر دو پروب باید در یک حامل نصب شوند تا همیشه فاصلهء درستی از هم داشته باشند .
روش بازتابی با پروب زاویه ای
همچنانکه در شکل زیر دیده می شود ، با به کار بردن یک پروب زاویه ای در حالت بازتابی می توان عیب ها را ردیابی کرد . ذکر این نکته مهم است هنگامی که در این گونه آزمون ها از پروب زاویه ای استفاده می شود ، آشکار ساز عیب باید به دقت با استفاده از یک قطعهء مرجع تنظیم شود . طراحی و استفاده از قطعات تنظیم در بخش بعدی شرح داده می شود .
تعیین هویت عیب ها
به وسیلهء روش های فراصوتی نه تنها موقعیت دقیق عیوب داخلی شناسایی می شود بلکه در اکثر موارد می توان نوع عیب را هم تشخیص داد . در این بخش علایم مختلفی که از انواع گوناگون عیوب دریافت می شود، تحت بررسی قرار می گیرد .
الف ) عیب عمود بر امتداد پرتو : وقتی که عیبی وجود نداشته باشد باید یک علامت پژواک از سطح مقابل دریافت شود . وجود یک عیب کوچک باید پژواک کوچکی ایجاد کند و شدت پژواک سطح مقابل کاهش یابد . اگر اندازهء عیب از قطر پروب بیشتر باشد پژواک عیب بزرگتر شده و پژواک سطح مقابل ممکن است با توجه به عمق عیب در رابطهء پراکندگی امواج در منطقهء دور دریافت نشود .
ب ) عیب هایی غیر از عیب های صفحه ای : مناطقی که دارای حفره های میکروسکوپی هستند ، موجب پراکندگی معمول امواج شده و روی صفحهء اسیلوسکوپ یک رد چمنی شکل بدون پژواک سطح مقابل نمایان می کند .
ناخالصی ها یا حفره های بزرگ کروی یا بیضوی پژواک کوچکی نمایان می سازند که به همراه پژواک کوچکی از سطح مقابل است ، در حالی که یک رد ساده که هیچ گونه پژواکی را نشان نمی دهد ممکن است مربوط به یک عیب صفحه ای با زاویهء غیر قائم نسبت به امتداد پرتو باشد .
پ ) تورق در صفحهء ضخیم : صفحه باید کاملا به روشی که در شکل زیر نموده شده است روبش گردد . علایم تورق از فواصل نزدیک پژواک ها و افت سریع ارتفاع علامت های پژواک مشخص می شود . هر دو یا یکی از این علایم دلیلی بر وجود تورق خواهند بود .
ت ) تورق در صفحهء نازک : صفحهء نازک ممکن است به صفحه ای گفته شود که ضخامت آن کمتر از منطقهء مردهء پروب باشد . یک صفحهء سالم یک سری پژواک های منظم که به تدریج دامنهء آنها کم می شود، نشان می دهد . اما یک ناحیهء تورق یافته پژواک های به هم فشرده ای را نشان می دهد که دامنهء آنها بسیار سریعتر کاهش می یابد . حتی ممکن است پژواک ها از وضعیت منظم به صورت نامنظم در بیایند . نامنظم شدن شکل در اغلب موارد نشانهءخوبی از تورق های داخلی در صفحات نازک است .
ث ) عیوب جوشکاری : آزمون فراصوتی با استفاده از پروب های زاویه ای از نوع بازتابی یا عبوری روش مطمئنی برای آشکار سازی عیوب جوشکاری های لب به لب و تعیین موقعیت دقیق آنهاست . اما تعیین دقیق ماهیت عیب نسبتا مشکل است و بیشتر به مهارت و تجربهء اپراتور بستگی دارد . اگر پس از بازرسی فراصوتی در ذهن اپراتور در مورد کیفیت جوش شکی وجود داشته باشد عاقلانه است که از محل مظنون رادیوگرافی شود .
ج ) عیوب شعاعی در لوله های استوانه ای و محور ها : عیب شعاعی در قطعات استوانه ای معمولا با بازرسی پروب عمودی قابل آشکار سازی نیست ، زیرا این عیب ، موازی پرتو فراصوتی خواهد بود . در این گونه موارد استفاده از یک پروب زاویه ای با روش بازتابی به روشنی وجود عیب را مشخص خواهد ساخت .
ث ) عیوب جوشکاری : آزمون فراصوتی با استفاده از پروب های زاویه ای از نوع بازتابی یا عبوری روش مطمئنی برای آشکار سازی عیوب جوشکاری های لب به لب و تعیین موقعیت دقیق آنهاست . اما تعیین دقیق ماهیت عیب نسبتا مشکل است و بیشتر به مهارت و تجربهء اپراتور بستگی دارد . اگر پس از بازرسی فراصوتی در ذهن اپراتور در مورد کیفیت جوش شکی وجود داشته باشد عاقلانه است که از محل مظنون رادیوگرافی شود .
ج ) عیوب شعاعی در لوله های استوانه ای و محور ها : عیب شعاعی در قطعات استوانه ای معمولا با بازرسی پروب عمودی قابل آشکار سازی نیست ، زیرا این عیب ، موازی پرتو فراصوتی خواهد بود . در این گونه موارد استفاده از یک پروب زاویه ای با روش بازتابی به روشنی وجود عیب را مشخص خواهد ساخت .
منطقه مرده :
عمقی از نمونه می باشد که عیوب در آن قابل آشکار نمی باشد. برای ایجاد یک پالس فراصوتی کوتاه دوره ، بلور به مدت بسیار کوتاهی به وسیله ولتاژ الکتریکی تحریک می شود. هر چند که میرایی در بلور بسیار سریع می باشد ولی از نوسان ایستادن آن پس از قطع ولتاژ تحریک کننده انجام نشده بلکه برای مدت کوتاهی ادامه می یابد آشکار سازی عیوب در خلال این زمان کوتاه ( Ringing Time ) امکان پذیر نمی باشد.
عمقی از نمونه می باشد که عیوب در آن قابل آشکار نمی باشد. برای ایجاد یک پالس فراصوتی کوتاه دوره ، بلور به مدت بسیار کوتاهی به وسیله ولتاژ الکتریکی تحریک می شود. هر چند که میرایی در بلور بسیار سریع می باشد ولی از نوسان ایستادن آن پس از قطع ولتاژ تحریک کننده انجام نشده بلکه برای مدت کوتاهی ادامه می یابد آشکار سازی عیوب در خلال این زمان کوتاه ( Ringing Time ) امکان پذیر نمی باشد.
ساختمان پروب :
همگی پروب های فرستنده مورد استفاده در بازرسی فراصوتی مشتمل بر بلوری است که به طور مستقیم ویا از طریق یک پوشش محافظ با ماده مورد آزمایش در تماس قرار می گیرد. موارد مختلفی به عنوان بلورهای مبدل مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از کوارتز طبیعی ، تیتانات باریم ، نایوبات سدیم و سولفات لیتیم . یک ولتاز پله ای ( Step Voltage) کوتاه مدت به بلور اعمال شده وآنرا در بسامد طبیعی اش به ارتعاش در می آورد. پس از حذف این ولتاژ لازم است نوسان بلور هرچه زودتر میرا شود. اینکار به کمک یک ماده میراکننده تسریع می شود. پروب ممکن است قائم یا زاویه دار باشد.
همگی پروب های فرستنده مورد استفاده در بازرسی فراصوتی مشتمل بر بلوری است که به طور مستقیم ویا از طریق یک پوشش محافظ با ماده مورد آزمایش در تماس قرار می گیرد. موارد مختلفی به عنوان بلورهای مبدل مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از کوارتز طبیعی ، تیتانات باریم ، نایوبات سدیم و سولفات لیتیم . یک ولتاز پله ای ( Step Voltage) کوتاه مدت به بلور اعمال شده وآنرا در بسامد طبیعی اش به ارتعاش در می آورد. پس از حذف این ولتاژ لازم است نوسان بلور هرچه زودتر میرا شود. اینکار به کمک یک ماده میراکننده تسریع می شود. پروب ممکن است قائم یا زاویه دار باشد.
پروب های قائم :
این پروب به گونه ای طراحی می شود که بتوان موج تراکمی را در امتداد عمود بر سطح ماده در درون آن انتشار دهد. در برخی موارد سطح بلور بدون پوشش بوده و بنابراین به طور مستقیم و از طریق یک قشر نازک روغن یا آب یا ماده مورد آزمایش در تماس قرار می گیرد. ضمنا بلور پروب می تواند با حفاظی از یک لایه فلزی ، پلاستیکی ، پرسپکسی یا سرامیکی پوشیده شود.
این پروب به گونه ای طراحی می شود که بتوان موج تراکمی را در امتداد عمود بر سطح ماده در درون آن انتشار دهد. در برخی موارد سطح بلور بدون پوشش بوده و بنابراین به طور مستقیم و از طریق یک قشر نازک روغن یا آب یا ماده مورد آزمایش در تماس قرار می گیرد. ضمنا بلور پروب می تواند با حفاظی از یک لایه فلزی ، پلاستیکی ، پرسپکسی یا سرامیکی پوشیده شود.
پروب زاویه دار:
مشاهده عیوب درون قطعات به کمک امواج فراصوتی با یکی از دو تکنیک عبوری یا بازتابی انجام می شود که عبارتند از:
مشاهده عیوب درون قطعات به کمک امواج فراصوتی با یکی از دو تکنیک عبوری یا بازتابی انجام می شود که عبارتند از:
روش بازتابی با پروب قائم :
متداول ترین روش بازرسی فراصوتی به شمار می رود. پالس به صورت کامل یا نسبی به وسیله عیب منعکس شده و به وسیله پروب فرستنده که نقش گیرنده را هم دارد، دریافت می شود.
فاصله زمانی بین صدور پالس و دریافت بازتاب آن به عنوان مبنای تعیین فاصله عیب از پروب ( سطح نمونه ) مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایای روش بازتابی نسبت به عبوری به صورت زیر می باشد :
þ قطعات با شکلهای متفاوت را می توان بازرسی کرد.
þ تنها کافیست که به یکی از سطوح قطعه کار دسترسی داشته باشیم.
þ یک عامل واسط مورد نیاز می باشد و بنابراین خطاهای اندازه گیری به حداقل کاهش می یابد.
þ فاصله عیوب از پروب را می توان اندازه گرفت
روش عبوری با پروب قائم :
در این روش پروب فرستنده موج از طریق یک سیال واسط با سطح نمونه در تماس قرار گرفته و پروب گیرنده بر سطح مقابل جا می گیرد .
اگر قطعه مورد آزمایش از عیب عاری باشد سیگنال دریافت شده به وسیله گیرنده از شدت بالایی برخوردار خواهد شد ولی در حالی که عیبی در مسیر بین فرستنده و گیرنده امواج وجود داشته باشد به علت بازتاب نسبی موج اولیه توسط عیب شدت سیگنال عبوری کاهش خواهد یافت.
متداول ترین روش بازرسی فراصوتی به شمار می رود. پالس به صورت کامل یا نسبی به وسیله عیب منعکس شده و به وسیله پروب فرستنده که نقش گیرنده را هم دارد، دریافت می شود.
فاصله زمانی بین صدور پالس و دریافت بازتاب آن به عنوان مبنای تعیین فاصله عیب از پروب ( سطح نمونه ) مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایای روش بازتابی نسبت به عبوری به صورت زیر می باشد :
þ قطعات با شکلهای متفاوت را می توان بازرسی کرد.
þ تنها کافیست که به یکی از سطوح قطعه کار دسترسی داشته باشیم.
þ یک عامل واسط مورد نیاز می باشد و بنابراین خطاهای اندازه گیری به حداقل کاهش می یابد.
þ فاصله عیوب از پروب را می توان اندازه گرفت
روش عبوری با پروب قائم :
در این روش پروب فرستنده موج از طریق یک سیال واسط با سطح نمونه در تماس قرار گرفته و پروب گیرنده بر سطح مقابل جا می گیرد .
اگر قطعه مورد آزمایش از عیب عاری باشد سیگنال دریافت شده به وسیله گیرنده از شدت بالایی برخوردار خواهد شد ولی در حالی که عیبی در مسیر بین فرستنده و گیرنده امواج وجود داشته باشد به علت بازتاب نسبی موج اولیه توسط عیب شدت سیگنال عبوری کاهش خواهد یافت.
این تکنیک دارای مزایا و معایبی به شرح زیر می باشد :
ü نمونه آزمایش باید دارای سطوح موازی بوده و دسترسی به هر دو سطح آن باید امکان پذیر باشد.
ü دو پروب مورد نیاز بوده و لذا امکان عدم اتصال مناسب با ماده رابط دو برابر می شود.
ü هیچ اطلاعی در موقعیت ( عمق ) عیب حاصل نمی شود.
ü نمونه آزمایش باید دارای سطوح موازی بوده و دسترسی به هر دو سطح آن باید امکان پذیر باشد.
ü دو پروب مورد نیاز بوده و لذا امکان عدم اتصال مناسب با ماده رابط دو برابر می شود.
ü هیچ اطلاعی در موقعیت ( عمق ) عیب حاصل نمی شود.
روش عبوری با پروب زاویه دار :
در برخی از مواقع استفاده از پروب قائم امکان پذیر نبوده و تنها راه اشکار سازی عیوب به کار گیری پروب های زاویه دار میباشد. در این زمینه مثال مناسب ببرای کاربرد پروب زاویه دار بازرسی مقاطع جوش لب به لب ( Butt weld) ورقه های هم امتداد است .
در برخی از مواقع استفاده از پروب قائم امکان پذیر نبوده و تنها راه اشکار سازی عیوب به کار گیری پروب های زاویه دار میباشد. در این زمینه مثال مناسب ببرای کاربرد پروب زاویه دار بازرسی مقاطع جوش لب به لب ( Butt weld) ورقه های هم امتداد است .
تداخل یک موج التراسونیک با یک ترک :
وقتی یک موج فرستاده شده با ترک برخورد می کند بیشتر انرژی آن منعکس می شود و مقداری از آن انرژی در لبه های ترک از بین می روند. ( جذب ماده می شوند ) و مقداری از آن در لبه های دو طرف ترک تبدیل به امواج دایره ای شده و در داخل ماده منتشر می شوند.
وقتی یک موج فرستاده شده با ترک برخورد می کند بیشتر انرژی آن منعکس می شود و مقداری از آن انرژی در لبه های ترک از بین می روند. ( جذب ماده می شوند ) و مقداری از آن در لبه های دو طرف ترک تبدیل به امواج دایره ای شده و در داخل ماده منتشر می شوند.
⭕️⭕️ WPS, PQR ⭕️⭕️ ............. http://www.wpsamerica.com/welding_software_demo2.php
Wpsamerica
WPSAmerica.com - Welding Software, Welding Procedure, Welder Qualification
WPSAmerica Online Welding Software comply with AWS D1.1, D1.2, D1.3, D1.5, D1.6, D17.1, D9.1 and AWS B2.1, as well as Pressure Parts Welding Codes (WPS, PQR, WPQ, WPQR, Welders Management)