تست فراصوت( درس آزمایشهای مخرب و غیر مخرب) 98 صفحه

تست فراصوت( درس آزمایشهای مخرب و غیر مخرب)

موجود

پرداختی: 4,950 تومان

توضیحات محصول

عنوان پروژه:

تست فراصوت

(التراسونیک)

 

 

آزمایش های مخرب وغیر مخرب

 

 

 

 

1-1-مقدمه.....................................................................................................................................................6
ماهيت فراصوت و چگونگي توليد امواج فراصوتي....................................................................................6
-
حالت هاي مختلف موج ............................................................................................................................9
- انواع موجها و نحوه توليد .......................................................................................................................10
- توليد امواج عرضي....................................................................................................................................10
- امواج ريلي..................................................................................................................................................11
- امواج لمب .................................................................................................................................................12
-انواع موج هاي لمب...................................................................................................................................12
-توليد امواج سطحي ..................................................................................................................................13
-مناطق صوتي..............................................................................................................................................14
- منطقه نزديک............................................................................................................................................15
- منطقه دور..................................................................................................................................................16
- بازتاب و شکست ......................................................................................................................................17
-امپدانس صوتي...........................................................................................................................................20
- نسبت امپدانس.........................................................................................................................................21
- انواع روش هاي بازرسي .........................................................................................................................22
- آزمون تماسي............................................................................................................................................23
- روش پرتو مستقيم...................................................................................................................................23
- روش بازتابي...............................................................................................................................................24
- روش عبوري..............................................................................................................................................25
- روش پرتو زاويه اي...................................................................................................................................25
- روش موج سطحي ...................................................................................................................................26
- آزمون غوطه وري ....................................................................................................................................27
- روش هاي انجام آزمون غوطه وري.......................................................................................................28
- روش حباب ساز........................................................................................................................................29
- روش پروب تايري.....................................................................................................................................30
تاثير نمونه مورد آزمون بر روي پرتوهاي فراصوتي......................................................................... 31
-
زبري سطح.................................................................................................................................................31
- شکل يا دوره قطعه .................................................................................................................................32
- تغيير حالت امواج ....................................................................................................................................33
- درشتي دانه بندي در نمونه مورد آزمون.............................................................................................34
- راستا و عمق ناپيوستگي ........................................................................................................................34
- نوع نمايش اطلاعات بدست آمده در آزمون فراصوتي..................................................................... 35
-
ماهيت پروب و انواع آن .........................................................................................................................39
- مواد..............................................................................................................................................................41
- انواع پروب .................................................................................................................................................42
نقش مواد واسط و نحوه انتخاب آنها در نوع آزمايش مربوط.............................................................48
قطعات مرجع و انواع قطعات ...................................................................................................................50
مجموعه قطعات اصلي ASTM.................................................................................................................53
ساير قطعات مرجع .....................................................................................................................................53
اصول کار دستگاه فراصوتي و تجهيزات مورد استفاده در دستگاه.....................................................55
دکمه تاخير...................................................................................................................................................57
محدوده..........................................................................................................................................................58
خلاصه کار دستگاه......................................................................................................................................59
تجهيزات مورد استفاده در آزمون هاي بازتابي......................................................................................61
دکمه هاي کنترل........................................................................................................................................62
کاليبراسيون دستگاه فراصوتي .................................................................................................................65
مراحل انجام کاليبراسيون..........................................................................................................................65
سنجش مساحت دامنه .........................................................................................................................67
سنجش فاصله دامنه...............................................................................................................................69
سنجش پروب...............................................................................................................................................70
آماده شدن جهت انجام آزمون..................................................................................................................72
انتخاب فرکانس ..........................................................................................................................................73
انتخاب پروب................................................................................................................................................73
قطعات مرجًع استاندارد..............................................................................................................................74
کاليبراسيون پروب ها..................................................................................................................................75
روش ثبت......................................................................................................................................................76
بازتابنده ها ..................................................................................................................................................78
پالس ساز......................................................................................................................................................78
گيرنده با باند فرکانسي پهن......................................................................................................................79
سيستم نمايش.............................................................................................................................................79
تفسيرنتايج بدست آمده از آزمون.............................................................................................................79
محو سيگنال پشتي قطعه .........................................................................................................................83
نشانه هاي حاصل از ناپيوستگي هاي صفحه اي اريب.........................................................................85
نشانه هاي ناشي از اندازه دانه بندي........................................................................................................86
شکل نشانه در آزمون هاي تماسي...........................................................................................................87
نشانه هاي حاصل از ناپيوستگي ..............................................................................................................88
سيگنال هاي نامربوط.................................................................................................................................93

 

 

  

 

 

1-1-مقدمه

روشهای فراصوتی کاربرد بسیار گسترده ای در تعیین نقصهای درونی مواد دارند ، با وجود این از آنها می توان برای تعیین ترکهای زیرسطحی نیز استفاده کرد. آزمونهای فراصوتی ، افزون بر بازرسی قطعات تکمیل شده، برای بازرسی کنترل کیفیت مراحل مختلف تولید قطعاتی همچون لوحه های نورد شده نیز به کار می روند . معمولا از این روشها برای بازرسی قطعات و مجموعه های در حین کار نیز استفاده می شود در ادامه می بینیم از چه موقع انسان به فکر استفاده از فراصوت افتاد.

قرن هاست که انسان با نواختن ضربه بر قطعات و ارزیابی تفاوت صداهای تولید شده توسط آن ها ، کیفیت قطعات را به نوعی می آزماید. علیرغم سابقه طولانی مطالعه و تحقیق در علم صوت ، کاربردهای نوین امواج فراصـوتی تنها در اوایل قرن بیستـم آغاز گردید. اولین کاربـرد فراصـوت برای بازرسـی مـواد به سال 1929 باز می گردد. دو محقق به نام های سوکولوف از روسیه و مالهاوزر از آلمان اولین کسانی بودند که از فراصوت برای بازرسی مواد استفاده کردند. آنها از امواج ممتد  برای انجام آزمایشات خود استفاده نمودند. اولین دستگاه عیب یاب فراصوتی که در آن همچون دستگاه های مدرن از پالس های فراصوتی استفاده شد در سال 1940 توسط فایرستون به ثبت رسید. این دستگاه که رفلکتوسکوپ نامیده شد بسیاری از محدودیت های سیستم های قبلی را مرتفع نمود . اولین دستگاه فراصوتی صنعتی در سال 1943 بر اساس دستگاه فایرستون ساخته شد. این دستگاه برای انجام بازرسی فراصوتی به روش تماسی استفاده می گردید. در روش تماسی منبع تولید موج مستقیما بر روی قطعه قرار می گیرد در سال 1948 اولین سیستم آزمون فراصوتی که امکان انجام آزمون را به روش غوطه وری فراهم می نمود ( در روش غوطه وری قطعه درداخل آب قرار می گیرد) توسط اردمن  معرفی شد. آزمون فراصوتی در دهه 1940 که جنگ جهانی دوم در جریان بود شاهد پیشرفت های قابل توجهی بود و از دهه 1950 تا کنون نیز بسط و توسعه آن با سرعت و به طور گسترده ای در جریان است.

 

 

1-2 ماهیت فراصوت و چگونگی تولید امواج فراصوتی

فراصوت ( یا به طور کلی صوت ) ارتعاش مکانیکی ذاتی است که یک ماده را بوجود آورده اند . به هنگام انتشار امواج فراصوتی ، هر یک از ذرات ماده حول نقطه ثابتی به نوسان در می آید . ذرات به همراه موج صوتی در ماده حرکت نمی کنند بلکه تنها با نوسان های هماهنگ خود انرژی را به ذرات مجاور منتقل می سازند و این انرژی موج است که در ماده حرکت می کند اگر ضربه ای به یک میله فلزی نواخته شود، میله به ارتعاش درآمده ، با متراکم ساختن هوای مجاور خود امواج صوتی تولید می کند این امواج در هوا حرکت کرده و به گوش شنونده می رسند.

 

                                                 شکل١-١  تولید امواج صوتی [1] 

                              شکل٢-١تولیدامواج فراصوتی توسط پروب[1]

 

 

ارتعاشات میله فلزی به تدریج مستهلک شده و پس از مدتی دیگر صدایی شنیده نمی شود. به شکلی مشابه ، در آزمون های فراصوتی ، بلوره یک پروب توسط جریان برق تحریک شده و به ارتعاش در می آید امواج فراصوتی که در اثر ارتعاش بلوره در سطح پروب ایجاد شده اند پس از عبور از یک ماده واسط به داخل قطعه وارد می شوند. به صورتی دیگر نیز در اثر مواد پیرو الکتریک امواج فراصوت تولید می شوند بگونه ای که در پاره ای از مواد بلورین خاص اثر پیزوالکتریکی وجود دارد ، یعنی چنانچه ولتاژی به سطح بلور اعمال شود ، آن بلور اتساع یا تغییر بعد می یابد. برعکس ، چنانچه بلوری در معرض کرنش مکانیکی قرار گیرد، میدانی الکتریکی در آن بوجود می آید و ولتاژ تولید شده متناسب با مقدار کرنش خواهد بود. مواد پیزوالکتریکی اساس پروبهای الکترومکانیکی را تشکیل می دهند. نخست ، از کوارتز طبیعی به عنوان ماده پیزوالکتریکی استفاده می شد . کوارتز هنوز تا حدی به کار می رود ، اما مواد دیگر از جمله باریم تیتانات ، سرب زیرکونات ، و سرب متانیوبات کاربرد گسترده ای دارند. هنگامی که ولتاژ متناوبی در امتداد ضخامت قرص پیزوالکتریکی اعمال می شود ، قرص شروع به انقباض و انبساط می کند و از این رهگذر موجی فشاری عمود بر قرص در پیرامون آن تولید می شود. هنگامی که از کوارتز استفاده می شود ، قرص را در جهت خاصی از بلور طبیعی برش می دهند ؛ اما قرصهای سرامیکی از جنس باریم تیتانات از بلورهای ریز بسیار که در یکدیگر گداخته شده اند ، تشکیل می شوند، این بلورها تنها برای ارتعاش از بلورهای ریز بسیار که در یکدیگر گداخته شده اند ، تشکیل می شوند ، این بلورها تنها برای ارتعاش در یک صفحه ، دائما قطبیده می شوند.

 

امواج فراصوتی با اعمال پالس الکتریکی به یک بلوره پیزو الکتریک تولید می شوند. پیشوند " پیزو " در کلمه پیزوالکتریک کلمه ای است یونانی به معنی " فشردن " . خاصین پیزو الکتریک پدیدهای دو سویه است که در آن با فشردن بلوره پیزو الکتریک ولتاژ الکتریکی تولیدمی شود و یا بر عکس با اعمال ولتاژ الکتریکی ، بلوره تغییر شکل یافته و فشرده می گردد. اگر ولتاژ الکتریکی متناوب به بلوره اعمال شود ، بلوره به تناوب کشیده و فشرده می شود و در نتیجه شروع به ارتعاش می کند. در یک آزمون فراصوتی ، ارتعاشات مکانیکی بلوره از طریق یک ماده واسط ، نظیر آب یا روغن ، به قطعه مورد آزمون انتقال داده می شود. سرعت انتشاراین ارتعاشات(حرکت موج در قطعه تابعی است از چگالی و خواص کشسانی ماده ای که قطعه از آن ساخته شده است.

 

 

1-3 حالت های مختلف موج

حالت های مختلفی از موج می تواند در جامدات انتشار یابند یکی از این حالت ها ، موج طولی( یا فشاری )است که در آن راستای ارتعاش ذرات ماده هم جهت با راستای انتشار موج است.

حالت دیگری از امواج ، موج عرضی ( یا برشی ) است که در آن امتعداد ارتعاش ذرات ، عمود بر راستای انتشار موج است . همچنین می توان امواجی تولید کرد که بر روی سطح قطعه حرکت کنند که این امواج سطحی ( یا امواج ریلی) نامیده می شوند . در یک محیط جامد ، هر سه نوع موج طولی ، عرصی و سطحی می توانند انتشار یابند . لیکن در مایعات و گازها به علت عدم وجود صلبیت لازم ، امواج عرضی و سطحی نمی توانند وجود داشته باشند.

اگر طول یک موج صوتی در فاصله بین دو فشردگی متوالی و یا دو بازشدگی متوالی اندازه گیری شود ، این فاصله همواره یکسان خواهد بود. این فاصله طول موج نامیده می شود و رابطه آن با فرکانس و سرعت به صورت زیر است .

در این معادله :

طول موج : 

سرعت موج :

فرکانس موج:

شکل٣-١چگونگی نوسان ذرات ماده درهنگام انتشارامواج طولی وعرضی[1]

 

زمان لازم برای آنکه موج مسافتی برابر با یک طول موج راطی کند برابر است با زمان لازم برای یک ارتعاش کامل منبع تولید موج. کوتاه ترین طول موج ها برای امواج فراصوتی در حدود طول موج نور مرئی است . بدین لحاظ ، ارتعاشان امواج فراصوتی دارای خصوصیاتی بسیار شبیه به امواج نوری بوده و این امواج همانند امواج نوری ، می توانند بازتابیده ، متمرکز و یا شکسته شوند.

 

1-4 انواع موجها و نحوه تولید آنها

در شکل زیر دو پروب که امواج فراصوتی به داخل قطعه ارسال می کنند نشان داده شده اند. توجه کنید که پروب سمت چپ امواجی طولی و پروب سمت راست امواج عرضی تولید می کند. سرعت امواج عرضی در یک ماده معین تقریبا نصف سرعت امواج طولی در آن ماده است . همچنین توجه کنید که پروب سمت راست بر روی یک گوه پلاستیکی سوار شده است و در نتیجه امواج فراصوتی تولید شده توسط این پروب با زاویه به سطح قطعه برخورد می کنند.

 

     

                                          شکل ٤-١ امواج طولی و عرضی [1]

 

1-5 تولید امواج عرضی

چنانچه پروب نزدیک به 15 درجه چرخانده شود، زاویه شکست موج طولی برابر 90 درجه خواهد شد در این حال ، موج طولی در داخل قطعه وجود نخواهد داشت و این موج به طور کامل از سطح قطعه بازتابیده می شود . (شکل زیر) این زاویه تابش ، زاویه بحرانی اول نامیده می شود زاویه ای که در آن موج طولی به طور کامل بازتابیده شده و تنه موج عرضی در داخل قطعه وجود دارد.

شکل٥-١زاویه بحرانی اول[1]

1-6 امواج ریلی

امواج ریلی ، که به آنها امواج سطحی نیز گفته می شود ، در سال 1875 از طریق محاسبات ریاضی توسط لرد ریلی شناسایی شدند. امواج ریلی بر روی سطح یک جسم جامد انتشار می یابند و تا حدی شبیه به امواج ایجاد شده در سطح آب هستند علت مطالعه این امواج توسط ریلی آن بوده که این امواج یکی از اجزاء اصلی تکانهای ناشی از زلزله در نقطه ای دور از مرکز زمین لرزه هستند . اگر امواج ریلی از ترک هایی که روی سطح و یا در عمق کمی از سطح قرار دارند بازتابیده شوند، موج بازتابیده را می توان روی صفحه اسیلوسکوپ دستگاه فراصوتی مشاهده کرد. امواج ریلی در اثر برخورد با گوشه های تیز قطعه بازتابیده می شوند. ولی اگر گوشه قطعه تیز نباشد امواج به حرکت خود ادامه داده و بازنابیده نمی شوند.

                                              شکل ٦-١امواج عرضی و سطحی[1]

 

در صورت بازتابش امواج ریلی از ترک های سطحی یا از گوشه های تیز قطعه ، موج در جهتی مخالف باجهت اولیه به حرکت درآمده و به نقطه ای که از آنجا ارسال گردیده ( پروب ) باز می گردد. اگر هیچ یک از گوشه های قطعه تیز نباشد ، موج سطحی می تواند تمامی محیط قطعه را طی کند. اگر مسیر حرکت امواج ریلی را بر روی سطح قطعه با انگشت لمس کنیم ، این امواج به طور کامل جذب می شوند. لذا مسیر بازتابش این امواج را با حرکت دادن انگشت بر روی سطح قطعه و مشاهده تغییرات ایجاد شده بر روی صفحه اسیلوسکوپ به راحتی می توان شناسایی کرد . امواج ریلی را امواج سطحی نیز می گویند زیرا این امواج برروی سطح قطعه انتشار می یابند و عمق نفوذ آنها در قطعه بیش از یک طول موج نمی باشد. در حرکت امواج ریلی ، ذرات ماده روی یک مسیر بیضی شکل نوسان می کنند

 

شکل ٧-1امواج ریلی یا سطحی[1]

 

1-7 امواج لمب

اگر امواج سطحی در قطعه ای که ضخامت آن مساوی و یا کمتر از سه طول موج باشد ایجاد شوند ، نوع دیگری از موج در آن قطعه ایجاد خواهد شد. در این حالت قطعه به مانند یک ورق شروع به ارتعاش می کند و یا عبارت دیگر موج تمامی ضخامت قطعه ( ورق ) را در بر می گیرد. در این حال ، قوانین جاری برای محاسبه سرعت موج دیگر صادق نخواهد بود و سرعت موج تنها به جنس ماده و نوع موج بستگی نخواهد داشت . بلکه سرعت موج تابعی است از فرکانس ، زاویه تابش و جنس ماده ای که موج در آن انتشار می یابد. این نوع موج را موج لمب یا موج ورقی می نامند. نظریه ای که امواج لمب را توضیح می دهد نخستین بار در سال 1916 توسط هوراس لمب ارائه گردید و لذا این امواج به نام این دانشمند نامگذاری شده اند.

 

1-8انواع موج های لمب

امواج لمب را می توان به دو نوع متقارن و نامتقارن تقسیم کرد ( شکل زیر ) هر یک از این دو نوع موج می تواند در یکی از حالت های بی شمار خود ظاهر شود. تفاوت این حالت های ارتعاشی در چگونگی حرکت ذرات ماده در هنگام انتشار موج است با توجه به اینکه امواج لمب می توانند در ورق های نازک منتشر شوند ، این امواج معمولا در مواردی که نیاز به تشخیص ناپیوستگی های موجود در ورق ها و پوسته ها باشد مورد استفاده قرار می گیرند . مثال هایی از کاربردهای این امواج عبارتند از :

  1. بازرسی لوله های جدار نازک و ورق های با ضخامت کم برای تشخیص عیوب داخلی و ارزیابی اندازه دانه بندی در آنها
  2. تشخیص وجود تورق در ورق ها
  3. بررسی تغییر در ضخامت ورق ها

 

شکل  ٨-١ موج های لمب متقارن و نامتقارن[1]

 

1-9تولید امواج سطحی

اگر پروب چرخانده شود تا زاویه تابش 27 درجه گردد ، زاویه شکست موج عرضی 90 درجه خواهد شد. زاویه تابشی که در آن زاویه شکست موج عرضی برابر 90 درجه گردد را زاویه بحرانی دوم می نامند . در این حالت تنها امواجی که بازتابیده می شوند امواج طولی هستند.

 

 

 


مشخصات فنی

تست فراصوت: 98 صفحه

نظرات

نام:
رایانامه:
پیام: