تعریف تست اولتراسونیک
در ایران بیشتر نقاط آن لرزه‌خیز هستند. احتمال وقوع زلزله در این نواحی، دلیل محکمی بر ارزیابی آسیب‌پذیری لرزه‌ای در چنین ساختمان‌هایی است. در نتیجه به‌منظور اطمینان از ایمنی سازه از آزمایشات مخرب و غیر مخرب استفاده می‌شود تا کیفیت قطعات و مصالح ارزیابی شود. یکی از این آزمایشات غیر مخرب، تست اولتراسونیک است. آزمایش اولتراسونیک (UT) Ultrasonic testing جزء خانواده آزمایشات غیر مخرب است که بر اساس انتشار امواج فراصوت در جسم یا ماده از این تست استفاده می‌شود. در بیشتر موارد، در تست UT از امواج پالس اولتراسونیک بسیار کوتاه، با فرکانس‌های مرکزی 1/0 تا 15 مگاهرتز و گاهی تا 50 مگاهرتز استفاده می‌شود و این امواج به مصالح منتقل می‌شوند تا نقص داخلی مصالح را تشخیص دهند یا نوع مصالح آن را مشخص کنند.
یک مثال متداول برای آزمایش UT، اندازه‌گیری ضخامت است. برای بیان مثالی در این مورد می‌توان به نظارت بر خوردگی لوله اشاره نمود. بیشتر اوقات از آزمایش اولتراسونیک بر روی مصالح فولادی و یا سایر فلزات و آلیاژهای آن استفاده می‌شود اگرچه می‌توان از این آزمایش با وضوح کمتر روی بتن، چوب و کامپوزیت نیز استفاده کرد. در بسیاری از صنایع ازجمله ساخت‌وسازهای فولادی و آلومینیومی، متالورژی، هوافضا، خودروسازی و سایر بخش‌های حمل‌ونقل دیگر از این آزمایش UT استفاده می‌شود. حال که با تعریف آزمایش اولتراسونیک آشنا شده‌اید خوب است با مفهوم بهسازی و مقاوم‌سازی نیز آشنا شوید. بهسازی به معنای اصلاح و بهبود است و مقاوم‌سازی هم زیرمجموعه بهسازی لرزه‌ای است. در حقیقت بهسازی و مقاوم‌سازی جایگزینی برای بهبود عملکرد سازه به‌جای تخریب آن است.
آزمایش اولتراسونیک چگونه کار می‌کند؟
در آزمایش اولتراسونیک امواج تولیدشده توسط مبدل به داخل جسم موردنظر هدایت می‌شود و زمانی که این امواج به عیوبی که درون جسم قرار دارند برخورد می‌کنند، منعکس می‌شوند. این عیوب می‌توانند شامل ترک، تخلخل و ناخالصی باشند. این بازتاب پس از تبدیل در صفحه نمایشگر به‌صورت سیگنال دیده می‌شود. به‌عنوان‌مثال، در بازرسی جوش می‌توان با تحلیل این سیگنال‌ها؛ به عمق، اندازه عیب جوش و مکان آن نیز پی برد. قدرت نفوذ تست اولتراسونیک جوش از تست رادیوگرافی جوش بالاتر است. همچنین این تست عیوب فولاد را تا عمق پنج‌متر نشان می‌دهد.
تست اولتراسونیک برای بتن نیز استفاده می‌شود. از این تست برای سنجش مقاومت یا همگنی بتن استفاده می‌شود. همچنین این تست دانه‌بندی بتن را مشخص می‌سازد و یا کیفیت دانه‌بندی بتن را تعیین می‌کند. علاوه بر این در تست اولتراسونیک ترک‌های موجود در بتن و عمق آن‌ها مشخص می‌شود. این تست ناپیوستگی‌های بتن ازجمله لایه‌لایه شدن آن را نیز مشخص می‌سازد.
مزایای استفاده از تست اولتراسونیک
آزمایش اولتراسونیک یک روش آزمایشی بسیار دقیق، به‌منظور انجام آزمایشات غیر مخرب است. مزایای آزمایش اولتراسونیک شامل موارد زیر است:
- قدرت نفوذ بالا
- امکان تشخیص عیوب عمیق
- حساسیت بالا
- امکان تشخیص عیوب بسیار کوچک
- مورداستفاده حتی هنگامی‌که فقط یک طرف یک شی در دسترس است
- تعیین دقیقتر عمق عیوب داخلی و ضخامت قطعات با سطح موازی در مقایسه با سایر روش‌های آزمایشی غیر مخرب
- تخمین اندازه، شکل، جهت‌گیری و ماهیت عیب
- قادر به برآورد ساختارهای آلیاژی اجزای سازنده با خواص صوتی متفاوت
- خطرناک نبودن برای کارکنان، تجهیزات یا مواد اطراف آن
- قابلیت عملیات خودکار و قابل‌حمل بودن در این روش آزمایشی
- حصول نتایج فوری به کمک تست اولتراسونیک برای اتخاذ تصمیمات فوری
محدودیت‌ها و کاربردهای استفاده از تست اولتراسونیک
اما برای آزمایشات اولتراسونیک چند محدودیت مهم وجود دارد که شامل موارد زیر است:
- در این آزمایش به‌منظور بازرسی و تفسیر داده‌ها به وجود تکنسین‌های مجرب نیاز است.
- عیب دیگر این آزمایش نتایج مثبت کاذب آن است که به‌عنوان سیگنال‌های جعلی (Raw Data) نیز شناخته می‌شوند و ممکن است ناشی از خطای اپراتور و یا هندسه خود مصالح تحت آزمایش باشند.
- بازرسی اشیا زبر، نامنظم، بسیار کوچک، لاغر و ناهمگن مشکل است.
- پوسته سست و رنگ باید قبل از شروع آزمایش برداشته شود، اگرچه که می‌توان رنگ تمیز و مناسب را در جای خود گذاشت.
- استفاده از کوپلنت برای آزمایشاتی که از UT معمولی استفاده می‌کنند، لازم است. از کوپلنت برای بازرسی بهتر و یا دقت بیشتر در عملیات بازرسی در تست UT استفاده می‌شود. کوپلنت یک مایع است که روی سطح جسم مورد آزمایش قرار می‌گیرد و به این ترتیب فاصله هوایی را کاهش داده، نفوذ را افزایش می‌دهد و باعث انعکاس بهتر امواج و دقت بالاتر بازرسی می‌شود.
- UT ممکن است حساسیت لازم را نسبت به آزمایشات رادیوگرافی برای تشخیص عیوب حجمی به‌ویژه اجزای فلزی را کاهش دهد.
آزمایش اولتراسونیک دارای کاربردهای مختلفی در سراسر صنعت است ازجمله آزمایش یکپارچگی یک ماده یا اجزای آن. این امر می‌تواند شامل آزمایش جوش برای تعیین وجود هرگونه ناپیوستگی نیز باشد. همچنین این آزمایش را می‌توان روی مواد آهنی، غیر آهنی، مقاطع ضخیم‌تر و مواردی که فقط از یک طرف قابل‌دسترسی هستند نیز انجام داد. UT همچنین قادر به شناسایی نقص دقیق و نقص سطحی نیز هست که ممکن است به‌راحتی با آزمایش رادیوگرافی ارزیابی نشود. کاربرد UT در صنایع هوافضا، خودروسازی، ساخت‌وساز، راه‌آهن، پزشکی و صنایع نفت و گاز است.
انواع تست اولتراسونیک
اکثر دستگاه‌های UT از واحدهای جداگانه بسیاری تشکیل‌شده‌اند. این مؤلفه‌ها می‌توانند شامل پالسر و گیرنده، مبدل‌ها و نمایشگرها باشند. اجزای موجود به نوع UT بستگی دارند که بازرس انجام می‌دهد.
چندین آزمایش مختلف اولتراسونیک وجود دارد که شامل موارد زیر است:
- تکنیک خودکار Backscatter اولتراسونیک: Advanced Ultrasonic Backscatter Technique (AUBT) یک تکنیک UT است که برای تشخیص آسیب ناشی از حمله هیدروژن با دمای بالا (HTHA) ایجاد شده است. از این روش در مخازن تحت‌فشار و در لوله‌کشی استفاده می‌شود.
- تست آرایه فازی اولتراسونیک: Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) یک روش UT دیگر است که از مجموعه‌ای از پراب‌های UT ساخته شده است و این پراب‌ها نیز از عناصر کوچک و متعددی ساخته‌شده‌اند. در حقیقت پراب یکی از اجزای مهم آزمون‌های غیر مخرب است که اساس کار آن بر طبق اثر پیزوالکتریکی است. در پراب نوسان کریستال موجود در آن به‌وسیله‌ی یک پالس الکتریکی به‌صورت کوتاه‌مدت صورت می‌پذیرد. این کار با زمان محاسبه‌شده به‌وسیله رایانه از طریق فرایندی که به فازی معروف است، انجام می‌شود. همچنین این امر به سیستم اجازه می‌دهد تا پرتو متمرکز را از طریق زوایا و فاصله کانونی مختلف هدایت کند.
- تست UT با برد طولانی: Long Range Ultrasonic Testing (LRUT) یک روش UT است که برای آزمایش حجم زیادی از مصالح در یک آزمایش ایجاد شده است. این روش با ثابت کردن حلقه‌های مبدل به‌طور یکنواخت در اطراف یک لوله عمل می‌کند. سپس این حلقه‌ها مجموعه‌ای از امواج هدایت‌شده با فرکانس پایین را تولید می‌کنند. این امواج می‌توانند به‌طور متقارن در امتداد محور لوله گسترش یابند. همچنین این امر یک پوشش کامل اطراف دیواره لوله را فراهم می‌کند.
روش های دیگر تست اولتراسونیک
- سیستم‌های بازرسی چرخشی داخلی: An Internal Rotating Inspection System (IRIS) یک روش اولتراسونیک است که برای تشخیص خوردگی در لوله‌کشی و لوله استفاده می‌شود.
- زمان پرواز انکسار موج: Time of Flight Diffraction (TOFD) روشی است که برای پیدا کردن عیب در جوش استفاده می‌شود.
- تست اولتراسونیک کوپل شده خشک: Dry-Coupled Ultrasonic Testing (DCUT) یک روش جایگزین و کم‌هزینه است که به‌منظور بررسی مواد فلزی و غیرفلزی، به کوپلنت مایع نیاز ندارد. بعلاوه، مبدل‌های DCUT توانایی تحمل ولتاژهای بالا را دارند.
- Rapid Ultrasonic Gridding (RUG) یک روش NDE برای تعریف ضخامت اولتراسونیک است که در آن از پراب‌های با ضخامت فراصوت متعدد به‌طور هم‌زمان استفاده می‌شود تا به‌سرعت اندازه‌گیری ضخامت را در یک فضای از پیش تعریف‌شده یا موقت انجام دهند.
