تست اولتراسونیک: روشها، پیشرفتها و کاربردها
تست اولتراسونیک (ultrasonic) چیست؟
تستهای غیرمخرب به عنوان ابزارهای حیاتی در ارزیابی و کنترل کیفیت مواد و ساختارها در صنایع گوناگون بسیار اهمیت دارند. یکی از این روشها، تست اولتراسونیک است که با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا، قابلیت بررسی عیوب و ویژگیهای مختلف مواد را فراهم میآورد. در این مقاله، به معرفی و توضیح توسعهیافتهترین روشهای تست اولتراسونیک، پیشرفتهای اخیر در این زمینه و کاربردهای گستردهی این تکنولوژی میپردازیم.
راهکارهای پیشرفته در تست اولتراسونیک:
1- Phased Array Ultrasonic:
Phased Array Ultrasonic (PAUT) یکی از پیشرفتهای مهم در زمینهی تست اولتراسونیک است که توانایی افزایش دقت و کارایی در بازرسیهای غیرمخرب را فراهم کرده است. در این روش، از آرایههای پیزوالکتریک استفاده میشود که امواج صوتی را تولید کرده و با تنظیم فاز و زاویهی این امواج، امکان کنترل جهت و عمق بازرسی فراهم میشود.
عناصر اصلی Phased Array Ultrasonic:
1.1. آرایه پیزوالکتریک:
آرایههای پیزوالکتریک در PAUT شامل تعدادی عنصر پیزوالکتریک هستند که هرکدام قادر به تولید امواج صوتی در جهات مختلف هستند. این عناصر مستقر بر روی یک صفحه و توسط الکتریکاللاینها کنترل میشوند.
1.2. الکتریکاللاین:
الکتریکاللاینها وظیفهی تغذیه پیزوالکتریکها و تنظیم فاز و تاخیر امواج را دارند. با تغییر فاز و تاخیر الکتریکاللاینها، میتوان زاویه و جهت امواج تولید شده توسط آرایه را کنترل کرد.
1.3. ترازوی فازی:
ترازوی فازی یک قسمت کلیدی در سیستم PAUT است. این ترازو توسط کنترلهای الکتریکی قادر به تنظیم فاز و تاخیر امواج است. این تنظیمات باعث میشود که امواج صوتی به صورت ترکیبی و با زاویههای مختلف تولید شوند که به بازرسی دقیقتر ساختارها امکان میدهد.
فواید و کاربردها:
1.1.دقت بالا:
PAUT به دلیل قابلیت تنظیم فاز و زاویه امواج، دقت بالایی در تشخیص و اندازهگیری عیوب و نقصهای ساختارها دارد.
1.2. سرعت بالا:
با توانایی همزمانی تعداد زیادی از عناصر پیزوالکتریک، PAUT به بازرسی سریعتر و کارایی بیشتری نسبت به روشهای سنتی میپردازد.
1.3. کاربرد گسترده:
این روش در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا، نفت و گاز، خودروسازی، و ساختمانسازی استفاده میشود.
1.4. کاهش نیاز به کوپلانت:
از آنجا که امواج صوتی به صورت مستقیم به ساختار وارد میشوند، نیاز به کوپلانت (مادهی واسطه) کاهش مییابد.
1.5. بازرسی غیر مخرب در دماهای بالا:
PAUT به دلیل قابلیت کنترل شدن زمان تاخیر، قابلیت انجام بازرسی در دماهای بالا را دارد.
روش Phased Array Ultrasonic با دقت بالا، سرعت مناسب، و امکان کنترل زاویه و جهت امواج، به یکی از محبوبترین و کارآمدترین روشهای تست اولتراسونیک تبدیل شده است. این روش، در بازرسی و ارزیابی انواع ساختارها و مواد با کیفیت بالا عمل میکند.
2- Electromagnetic Acoustic Transducers (EMATs):
EMATs از فیلدهای الکترومغناطیس برای تولید امواج صوتی درون مواد استفاده میکند. یکی از ویژگیهای برجسته این روش، عدم نیاز به کوپلانت و آمادهسازی سطح مورد بررسی است. این امر باعث میشود که EMATs بهطور غیر تماسی عمل کرده و در مواردی که نیاز به، بکاربردن روشهای سنتی ممکن نیست، کاربرد یابد.
Transducers الکترومغناطیسی صوتی یا EMATs یک روش نوین در حوزهی تست اولتراسونیک است که بدون نیاز به استفاده از کوپلانت (مادهی انتقال) عمل میکند. در این روش، امواج صوتی توسط فعالیتهای الکترومغناطیسی به وجود میآیند.
عناصر اصلی EMATs:
2.1- سیمپیچ:
در سیمپیچ EMAT، یک سیم الکتریکی به عنوان منبع جریان متناوب عبور میکند. این جریان متناوب باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی در نزدیکی سطح ماده میشود.
2.2- آهنربا:
آهنربا در نزدیکی سطح نمونه قرار داده میشود و با تفاوت سرعت جریانهای گردابی وارد شده در نمونه، امواج صوتی تولید میکند.
2.3- میدان مغناطیسی:
میدان مغناطیسی ایجاد شده در نزدیکی سطح نمونه باعث القاء جریانهای گردابی در سطح نمونه میشود.
2.4- جریانهای گردابی:
جریانهای گردابی ناشی از تأثیر لورنتز و برهمکنش با میدان مغناطیسی در نمونه هستند. این جریانها باعث انتشار امواج صوتی درون ماده میشوند.
فواید و کاربردها:
2.1- بدون نیاز به کوپلانت:
با تولید مستقیم امواج صوتی در نمونه، EMATs به کوپلانت (ماده انتقال) نیاز ندارند، که فرآیند بازرسی را سادهتر میکند.
2.2- بازرسی در شرایط سخت:
EMATs به دلیل عدم نیاز به تماس مستقیم با نمونه، در شرایط دمایی بالا یا محیطهای خاصی که استفاده از کوپلانت مشکل است، کارآمد هستند.
2.3- تولید امواج مختلف:
این روش قابلیت تولید امواج طولی یا فشاری، امواج برشی و امواج سطحی را دارد که به بازرسی انواع مختلف عیوب و نقصها کمک میکند.
2.4- بازرسی در سطوح خشن:
EMATs به دلیل عدم تماس مستقیم با نمونه، در بازرسی سطوح خشن و ناهموار نیز کارآمد هستند.
کاربردها:
2.1- بازرسی لولهها و تیوبها:
EMATs به عنوان یک روش بازرسی معتبر برای لولهها و تیوبهای مختلف، به ویژه در صنایع نفت و گاز مورد استفاده قرار میگیرد.
2.2- بازرسی جوشکاری:
در بازرسی جوشکاریها، EMATs به دلیل توانایی در تولید امواج مختلف و عدم نیاز به تماس مستقیم با سطح نمونه، انتخاب مناسبی است.
2.3- بازرسی مواد فرومغناطیس:
EMATs در بازرسی مواد فرومغناطیس نیز کارآمدی و قابل توجهی دارند.
Transducers الکترومغناطیسی صوتی یا EMATs با مزایایی همچون عدم نیاز به کوپلانت، کارایی در شرایط سخت، و توانایی تولید امواج مختلف، به یکی از روشهای محبوب در حوزه تست التراسونیک تبدیل شدهاند.
3- Guided Wave Ultrasonics:
آزمون امواج لمب بر امواج لمب برای بازرسی سطوح بزرگ و فراتر از محدوده تستهای سنتی مورد استفاده قرار میگیرد. این روش امکان بازرسی از دور و شناسایی عیوب در نقاط دورافتاده را فراهم میکند. بنابراین، برخلاف روشهای معمول، این روش قابلیت انجام بازرسی در ساختارها با ابعاد بزرگ را داراست.
اولتراسونیک موج راهنما (GWUT):
روش اولتراسونیک موج راهنما یکی از تکنیکهای پیشرفته در حوزه آزمون غیرمخرب است که برای بازرسی و ارزیابی قطعات و ساختارها از امواج اولتراسونیک استفاده میکند. این روش به واسطه قابلیت ارسال و انتشار امواج داخل ساختارها، امکان شناسایی عیوب و نقاط ضعف را در فواصل بلندتر نسبت به روشهای سنتی ممکن میسازد.
ویژگیهای کلیدی:
3.1- امواج راهنما:
امواج اولتراسونیک موج راهنما در امتداد ساختار حرکت میکنند و برای بازرسی ساختارها و اجزای مختلف از آنها استفاده میشوند. این امواج به دقت اطلاعات از نقاط مختلف را فراهم میکنند.
3.2- بازرسی در فواصل بلند:
به علت خاصیت امواج راهنما، این روش قادر به بازرسی در فواصل بلند از ساختارها و لولهها میباشد که این امکان را برای محیطهای صنعتی گسترده ایجاد میکند.
3.3- حساسیت به تغییرات ساختاری:
موجهای راهنما حساس به تغییرات مختلف در ساختار و ویژگیهای مواد هستند. این حساسیت به شناسایی دقیق عیوب مانند زنگزدگی، خوردگی و تغییرات ضخامت کمک میکند.
3.4- قابلیت استفاده در مواد مختلف:
این روش میتواند بر روی انواع مختلف مواد مانند فلزات، کامپوزیتها و مواد غیرفلزی به کار رود که این امر از آن یک راه حیاتی برای صنایع مختلف میسازد.
کاربردها:
3.1- بازرسی لولهها:
از جمله کاربردهای مهم اولتراسونیک موج راهنما، بازرسی و نظارت بر لولهها میباشد. این روش قادر به کاهش نیاز به آمادهسازی سطح لولهها و بازرسی در فواصل زمانی کوتاهتر است.
3.2- نظارت بر سلامت ساختار:
با ارسال امواج اولتراسونیک درون ساختارها، روش اولتراسونیک موج راهنما به نظارت بهتر بر سلامت ساختارها و تشخیص موارد ناپایدار کمک میکند.
3.3- کنترل کیفیت جوش:
در صنایعی که جوشکاری اجزای فلزی حیاتی است، این روش به عنوان یک ابزار موثر برای کنترل کیفیت جوش بهکار میرود.
3.4- بازرسی سازههای فلزی:
سازههای فلزی همچون پلها و سازههای بزرگ دیگر نیز از این روش برای بازرسی و نظارت بر سلامت استفاده میکنند.
با در نظر گرفتن این ویژگیها و کاربردها، اولتراسونیک موج راهنما به عنوان یک روش پیشرو در زمینه آزمونهای غیرمخرب در صنایع مختلف شناخته میشود. این روش بهبود و افزایش کارایی در بازرسی و ارزیابی قطعات فنی و ساختارهای حیاتی را فراهم میآورد و نقش مهمی در حفظ ایمنی و بهرهوری صنایع دارد.
4- Full Matrix Capture (FMC) and Total Focusing Method (TFM):
روشهای FMC و TFM اطلاعات صوتی را از تمامی پیکسلهای آرایه پیزوالکتریک ثبت میکنند و امکان ترکیب اطلاعات این ماتریس را به منظور تولید تصویر با کیفیت بالا فراهم میآورند. این امر باعث میشود تا جزئیات کوچکتر و عیوب مختلف قابل مشاهده باشند.
Full Matrix Capture (FMC) و Total Focusing Method (TFM):
Full Matrix Capture (FMC) و Total Focusing Method (TFM) دو روش پیشرفته در زمینه تست التراسونیک هستند که به کاهش زمان بازرسی، افزایش دقت، و بهبود توانایی تفسیر دادههای حاصل از آزمونها کمک میکنند.
Full Matrix Capture (FMC):
4.1- مفهوم:
Full Matrix Capture به عنوان یک روش ضبط جامع دادههای اولتراسونیک شناخته میشود. در این روش، هر گیرنده با هر فرستنده به صورت جداگانه وابسته میشود، و تمام امواج در تمام نقاط سطح مخصوص به آن دو بازرسی میشود. این اطلاعات ماتریس دادهها یک دستگاه کامل (Full Matrix) تشکیل میدهد.
4.2- مزایا:
– تفصیل بالا:
– این روش اطلاعات جزئی و دقیقی از محل و شدت عیوب فراهم میکند.
– کاهش نویز:
– با ضبط اطلاعات کامل، امکان کاهش نویز و افزایش سیگنال به نسبت نویز ممکن میشود.
Total Focusing Method (TFM):
4.1- مفهوم:
Total Focusing Method یک روش پردازش دادههای FMC است که از طریق ادغام دادههای جمعآوری شده از تمام نقاط بازرسی، تصویری فوکوس شده از داخل ساختار را فراهم میکند. این روش از مزایای پردازش موازی و قابلیت بهینهسازی تصاویر بهره میبرد.
4.2- مزایا:
– تصویرسازی بهتر:
– TFM به بازرسان امکان میدهد تصاویر با دقت بالا و عمق زیادی از داخل ساختار تولید کنند.
– کاهش نویز و افزایش دقت:
– از طریق ترکیب دقیق دادههای مختلف، این روش به کاهش نویز و افزایش دقت در تصاویر کمک میکند.
4.3- کاربردها:
4.1- بازرسی جوش:
– در صنعت جوشکاری، FMC و TFM به تحلیل دقیق ترکها و عیوب مرتبط با جوش کمک میکنند.
4.2- بازرسی ساختارهای فلزی:
– برای بررسی ساختارها و قطعات فلزی در صنایعی مانند هوافضا و انرژی.
4.3- کنترل کیفیت مواد:
– در تولید مواد، این روشها به کنترل کیفیت و شناسایی نقایص کمک میکنند.
4.4- بازرسی تجهیزات نفت و گاز:
– برای حفظ ایمنی و بازرسی تجهیزات در صنعت نفت و گاز.
Full Matrix Capture (FMC) و Total Focusing Method (TFM) با ادغام اطلاعات جامع و پردازش دقیق، به مهندسان و بازرسان امکاناتی بیشتر در زمینه تست اولتراسونیک فراهم میآورند. این روشها باعث بهبود کارایی و اطمینان در ارزیابی و تشخیص عیوب در مواد و ساختارها میشوند.
4.5- Lamb Wave Inspection:
آزمون امواج لمب از امواج الاستواستیک با طول موج بزرگ به نام امواج لمب برای شناسایی و بررسی عیوب و تغییرات ساختاری در سطوح و لولهها استفاده میکند. این روش به ویژه در مواردی که نیاز به بازرسی گسترده و سریع میباشد، عملکرد مثالزنندهای دارد.
5- Lamb Wave Inspection:
تست با موجهای لمب (Lamb Wave Inspection) یک روش پیشرفته تست اولتراسونیک است که برای بازرسی و ارزیابی ساختارها و قطعات مورد استفاده قرار میگیرد. این روش از موجهای لمب برای ایجاد امواج صوتی درون مواد و تحلیل بازتاب آنها به منظور کشف عیوب و نقصها استفاده میشود.
موجهای لمب (Lamb Waves):
5.1- مفهوم:
– موجهای لمب یا امواج انتشار مواز در سطح، امواجی هستند که در ساختارها حاصل میشوند و در سطح متراکم شده و حرکت میکنند. این امواج به صورت موازی با سطح مواد حرکت میکنند و میتوانند به طور همزمان در اطراف یک ساختار به منطقههای مختلف دسترسی یابند.
5.2- کاربردها:
– موجهای لمب برای بررسی قطعات بزرگ و ساختارهای پیچیده کاربرد دارند.
– در بازرسی لولهها، پوستههای لاستیکی، و قطعات فلزی با سطوح مرتفع.
روش تست با موجهای لمب:
5.1- تولید موج:
– این روش ابتدا با تولید موجهای لمب از طریق فرستادن سیگنال صوتی به ساختار شروع میشود.
5.2- انتقال موج:
– موجهای لمب در ساختار حرکت کرده و هنگامی که به نقاط مختلف میرسند، اطلاعاتی از حالت ساختار را بازتاب میدهند.
5.3- تشخیص عیوب:
– با تحلیل بازتاب موجها، امکان تشخیص عیوب مانند ترکها، خستگیها، یا تغییرات در ساختار به وجود میآید.
مزایا:
5.1- بازرسی سریع:
– به دلیل انتقال موازی موجها، این روش به بازرسان اجازه میدهد به سرعت مناطق گسترده را بازرسی کنند.
5.2- کاربرد در ساختارهای پیچیده:
– برای بازرسی ساختارهای پیچیده و قطعات بزرگ به دلیل قابلیت انتقال موازی موجها.
5.3- حساسیت بالا:
– موجهای لمب به صورت حساس به تغییرات در ساختار عمل میکنند و این امکان را فراهم میکنند که حتی تغییرات کوچک را تشخیص دهند.
کاربردها:
5.1- صنایع هوافضا و هوانوردی:
-بازرسی اجزای پرندهها و ساختارهای هواپیما.
5.2- صنایع نفت و گاز:
– بازرسی لولهها و ساختارهای زیرزمینی.
5.3- صنایع خودروسازی:
– بازرسی جزئیات و قطعات خودرو.
5.4- ساخت و سازهای دریایی:
– بررسی ساختارهای زیرآبی و دریایی.
تست با موجهای لمب یک روش کارآمد و سریع در زمینه تست اولتراسونیک است که در صنایع مختلف برای بازرسی و ارزیابی ساختارها با کیفیت و دقت بالا مورد استفاده قرار میگیرد. این روش به دلیل حساسیت بالا، قابلیت انتقال موازی موجها و کاربردهای گسترده، یک ابزار قدرتمند برای تشخیص عیوب و نقصها در مواد و ساختارها محسوب میشود.
کلام آخر:
تست اولتراسونیک با پیشرفتهای روزافزون و توسعه روشهای پیشرفته، به یکی از مؤثرترین روشهای غیرمخرب در صنعت تبدیل شده است. با استفاده از این تکنولوژی، امکان تشخیص دقیق عیوب و نقصها در ساختارها، سرعت بالا در بازرسی، و افزایش کارایی فرآیندها ممکن میشود.
در صورتی که سوالی دارید میتوانید در زیر همین پست از کارشناسان ما سوال کنید در اسرع وقت به آن پاسخ خواهیم داد.
همچنین در صورتی که درخواست ارزیابی و تست اولتراسونیک را دارید به صفحه ثبت درخواست مراجعه نمایید.