آیا آزمون فراصوتی (اولتراسونیک) محدودیت‌های ضخامت دارد؟

آزمون فراصوتی (اولتراسونیک) به یکی از رایج‌ترین و مؤثرترین روش‌های بازرسی غیرمخرب تبدیل شده است. بدون خطرات ناشی از رادیوگرافی، تنظیمات پیچیده آزمایش یا محدودیت‌های سطحی بازرسی بصری، آزمون فراصوتی امکان بازرسی سریع و ساده بسیاری از مواد را فراهم می‌کند. بازرسی فراصوتی همچنین نفوذ عمیق‌تری به مواد نسبت به اکثر روش‌های دیگر NDT که معمولاً ارائه می‌دهند، دارد.

با این حال، آزمون فراصوتی محدودیت‌هایی در ضخامت دارد، اما دستیابی به این محدودیت‌ها دشوار است. یکی از کاربردهای اصلی آزمون فراصوتی در واقع برای اندازه‌گیری ضخامت مواد است. به عنوان مثال، یک صفحه بدنه یا دیواره مخزن ذخیره‌سازی که نازک‌تر از حد انتظار به نظر می‌رسد، می‌تواند نشان‌دهنده خوردگی باشد و ممکن است نیاز به تعویض داشته باشد.

در مجموع، آزمون فراصوتی یک درمان جامع نیست. بسته به نوع مواد مورد بررسی و هندسه آن‌ها، حتی مواد به طرز شگفت‌آوری نازک نیز می‌توانند چالش‌هایی ایجاد کنند. برای درک اینکه کجا و چه زمانی بهترین کاربرد برای اسکن فراصوتی وجود دارد، مهم است که بدانیم این فناوری چگونه از امواج صوتی برای نقشه‌برداری از درون اشیاء استفاده می‌کند.

بیشتر بخوانید : بازرسی خطوط ریلی به روش غیرمخرب

دلایل محدودیت‌های ضخامتی آزمون فراصوتی

آزمون فراصوتی از مبدل‌های پیزوالکتریک برای تبدیل پالس‌های الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی استفاده می‌کند. پس از اینکه این ارتعاشات از شیء مورد بازرسی عبور کردند، همان المان‌های پیزوالکتریک، این ارتعاشات مکانیکی را دوباره به برق تبدیل می‌کنند که توسط نرم‌افزاری که در تجهیزات آزمون فراصوتی تعبیه شده است، برای نقشه‌برداری از درون شیء تفسیر می‌شود.

ارتعاشات می‌توانند توسط همان کریستال‌هایی که آن‌ها را ایجاد کرده‌اند با استفاده از تکنیک پالس-اکو (pulse-echo ) یا توسط کریستال‌های مختلف در سمت دیگر شیء با استفاده از تکنیک زمان پرواز-پراش Time Of Flight Diffraction یا TOFD شناسایی شوند.

پیزوالکتریک چیست ؟

پیزو از زبان یونانی قدیم گرفته شده و به معنای “فشردن یا فشار دادن” است. مبدل‌های پیزوالکتریک کریستال‌هایی هستند که وقتی فشرده شده یا فشار داده می‌شوند، برق تولید می‌کنند. برعکس، آن‌ها می‌توانند برق را نیز به فشار تبدیل کنند. این فشار ارتعاشات مکانیکی را تولید می‌کند که از طریق جوش لوله یا ریل قطار مورد بررسی قرار می‌گیرد.

ارتعاشات مکانیکی؟ آیا امواج فوق‌صوت از امواج صوتی با فرکانس بالا تشکیل نشده‌اند؟ بله، پاسخ به هر دو سوال مثبت است.

صدا به آن شکلی که ما می‌شناسیم، یک لرزش مکانیکی در هواست. گوش‌های ما تغییرات در فشار هوا را تشخیص می‌دهند و آن‌ها را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند که ما از آن برای ساخت نقشه‌ای از محیط اطراف‌مان استفاده می‌کنیم. این‌گونه است که مردم قبل از دیدن قطار متوجه می‌شوند که آن در حال آمدن است. آشناست؟ امواج با فرکانس بالا که توسط مبدل‌های فوق‌صوت تولید می‌شوند، به همان شیوه‌ای که صداهای با فرکانس پایین به گوش ما می‌رسند، از طریق فلزات و کامپوزیت‌ها حرکت می‌کنند.

موانع نقشه‌برداری فراصوتی

اگر تا کنون سعی کرده‌اید با دوستی که در طرف دیگر یک میدان باز است صحبت کنید، می‌دانید که صدا فقط تا حد معینی منتقل می‌شود. اگر سعی کنید به آن دوست فریاد بزنید، متوجه خواهید شد که افزایش قدرت یک ارتعاش، فاصله انتقال آن را افزایش می‌دهد. اگر دستان خود را دور دهانتان بپیچید یا روزنامه‌ای را به شکل مخروطی درست کنید، متوجه خواهید شد که صدا زمانی که متمرکز شود، فاصله بیشتری را طی می‌کند. اگر دیواری در مسیر باشد یا در جنگل فریاد بزنید، واضح خواهد بود که مواد مختلف صدا را به طور متفاوتی منتقل می‌کنند یا اصلاً منتقل نمی‌کنند. اگر صدای اکو را از دیواری که نمی‌توانید ببینید بشنوید، ممکن است ایده خوبی از فاصله آن داشته باشید.

تمام موارد بالا برای روش تست غیرمخرب فراصوتی (اولتراسونیک) نیز صدق می‌کند. پالس‌های قوی‌تر اولتراسونیک فاصله بیشتری را طی می‌کنند. پرتوهای متمرکز مسافت بیشتری را طی می‌کنند. تغییرات در مواد، فرکانس‌های ارتعاش را تغییر می‌دهند که هم شامل تغییرات بزرگ است، مانند رسیدن به سمت دیگر تیغه توربین؛ هم شامل تغییرات کوچک مانند هوای موجود در یک ترک یا فضای خالی در یک محور روتور. وقتی کریستال‌های پیزوالکتریک (piezoelectric crystals ) این ارتعاشات را دوباره به برق تبدیل می‌کنند، ارتعاشات مختلف برای پردازشگر تجهیزات قابل مشاهده می‌شوند و ترک یا فضای خالی روی صفحه نمایش نشان داده می‌شود.

وقتی امواج اولتراسونیک با موانعی مانند دیوارها یا مواد با دانه‌های درشت و هندسه‌های پیچیده برخورد می‌کنند، ممکن است پراکنده شوند و این امر باعث می‌شود که به دست آوردن خوانش‌های واضح دشوار شود. این “دیوارها” ممکن است شامل لایه‌هایی از مواد مختلف باشند، مانند پلاستیک، چوب یا لایه های کامپوزیتی پشت یک جسم فلزی. علاوه بر این، سطوح منحنی می‌توانند فرآیند آزمایش را پیچیده‌تر کنند.

از سوی دیگر، آزمایش اولتراسونیک محدودیت‌هایی در مورد حداقل ضخامت مواد دارد. نقشه برداری موثر، هنگام کار با موادی که تنها چند میلی‌متر یا کمتر ضخامت دارند ممکن است برای تجهیزات اولتراسونیک دشوار باشد، زیرا فضای محدودی برای انتشار امواج صوتی وجود دارد. در حالی که پروب‌ها و نرم‌افزارهای طراحی شده ویژه معمولاً می‌توانند اکثر مواد رایج را پوشش دهند، مواد رسانای بسیار نازک بهتر است که برای آزمایش جریان گردابی (ادی کارنت) استفاده شوند، در حالی که مواد غیررسانا ممکن است نیاز به روش‌های رادیوگرافی داشته باشند.

بیشتر بخوانید: بازرسی به روش نقشه‌برداری خوردگی (Corrosion mapping)

تجهیزات پیشرفته اولتراسونیک عمق نفوذ ویژه را ارائه می‌دهد

خوشبختانه، پیشرفت‌ها در تجهیزات آزمایش اولتراسونیک منجر به تولید ابزارهایی شده است که نفوذ عمیق‌تری را ارائه می‌دهند. اگرچه محدودیت‌هایی در ضخامت و نازکی وجود دارد، رسیدن به این محدودیت‌ها در کاربردهای عملی اغلب چالش‌برانگیز است.

شرکت های مختلف، تجهیزات پیشرفته‌ای برای آزمایش اولتراسونیک طراحی کرده است که برای انواع کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب است. دستگاه‌های مدرن آزمایش اولتراسونیک به گونه‌ای طراحی شده‌اند که امواج را با فرکانس و سرعت مناسب برای عبور از طیف وسیعی از مواد رایج ارسال کنند. در نتیجه، آزمایش اولتراسونیک همچنان انتخاب ترجیحی برای مواد ضخیم‌تر است (به دلیل نفوذ عمیق‌تر آن نسبت به سایر روش‌های آزمایش غیرمخرب).

بیشتر بخوانید: اهمیت استفاده از ربات‌ها در صنعت NDT جهت افزایش بهره‌وری و امنیت