آزمایش التراسونیک اتصالات جوش داده شده، روش ها و فناوری آزمایش

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

عملاً هیچ صنعتی وجود ندارد که در آن جوشکاری انجام نشود. اکثریت قریب به اتفاق سازه های فلزی با استفاده از درزهای جوشکاری نصب و به هم متصل می شوند. البته کیفیت این نوع کارها در آینده نه تنها به قابلیت اطمینان ساختمان، سازه، ماشین یا هر واحدی که در حال احداث است بستگی دارد، بلکه به ایمنی افرادی که به نوعی با این سازه ها تعامل خواهند داشت نیز بستگی دارد. بنابراین، برای اطمینان از سطح مناسب عملکرد چنین عملیاتی، از آزمایش اولتراسونیک جوش ها استفاده می شود که به لطف آن می توان وجود یا عدم وجود عیوب مختلف را در محل اتصال محصولات فلزی تشخیص داد. این روش کنترل پیشرفته در مقاله ما مورد بحث قرار خواهد گرفت.

سابقه وقوع

تشخیص نقص اولتراسونیک به این ترتیب در دهه 30 توسعه یافت. با این حال، اولین دستگاه واقعاً کارآمد تنها در سال 1945 به لطف محصولات Sperry متولد شد. در طی دو دهه بعد، آخرین فناوری کنترل در سراسر جهان به رسمیت شناخته شد و تعداد تولید کنندگان چنین تجهیزاتی به طور چشمگیری افزایش یافت.

اولتراسونیکآشکارساز عیب، که قیمت آن امروز از 100،000 -130،000 هزار روبل شروع می شود، در ابتدا حاوی لوله های خلاء بود. چنین وسایلی حجیم و سنگین بودند. آنها منحصراً از منابع برق AC کار می کردند. اما در دهه 60، با ظهور مدارهای نیمه هادی، ردیاب های عیب به میزان قابل توجهی کاهش یافتند و می توانستند با باتری کار کنند، که در نهایت امکان استفاده از دستگاه ها را حتی در شرایط میدانی فراهم کرد.

گام به سوی واقعیت دیجیتال

در مراحل اولیه، ابزارهای توصیف شده از پردازش سیگنال آنالوگ استفاده می کردند، به همین دلیل، مانند بسیاری از دستگاه های مشابه دیگر، در زمان کالیبراسیون در معرض رانش بودند. اما قبلاً در سال 1984، پانامتریکس اولین آشکارساز عیب دیجیتال قابل حمل را به نام EPOCH 2002 راه اندازی کرد. از آن لحظه به بعد، واحدهای دیجیتال به تجهیزات بسیار قابل اعتماد تبدیل شدند و به طور ایده آل کالیبراسیون و پایداری اندازه گیری لازم را فراهم کردند. ردیاب عیب اولتراسونیک که قیمت آن مستقیماً به مشخصات فنی آن و برند سازنده آن بستگی دارد، همچنین عملکرد ثبت داده ها و توانایی انتقال خوانش ها به رایانه شخصی را دریافت کرد.

در محیط امروزی، علاقه روزافزون به سیستم‌های آرایه فازی وجود دارد که از فناوری پیچیده مبتنی بر عناصر پیزوالکتریک چند عنصری برای تولید پرتوهای جهت‌دار و ایجاد تصاویر مقطعی مشابه تصویربرداری اولتراسوند پزشکی استفاده می‌کنند.

کرهبرنامه های کاربردی

روش کنترل اولتراسونیک در هر صنعتی استفاده می شود. استفاده از آن نشان داده است که می توان از آن به طور یکسان برای آزمایش تقریباً همه انواع اتصالات جوشی در ساختمان استفاده کرد که دارای ضخامت فلز پایه جوشی بیش از 4 میلی متر هستند. علاوه بر این، این روش به طور فعال برای بررسی مفاصل خطوط لوله گاز و نفت، سیستم های مختلف هیدرولیک و آب استفاده می شود. و در مواردی مانند بازرسی درزهای ضخیم حاصل از جوشکاری الکتروسرباره، تشخیص عیب اولتراسونیک تنها روش قابل قبول بازرسی است.

تصمیم نهایی در مورد مناسب بودن قطعه یا جوش بر اساس سه شاخص (معیار) اساسی - دامنه، مختصات، ابعاد مشروط گرفته می شود.

به طور کلی آزمایش اولتراسونیک دقیقاً روشی است که از نظر تصویربرداری در فرآیند مطالعه درز (جزئیات) پربارترین روش است.

دلایل تقاضا

روش توصیف شده بازرسی با استفاده از اولتراسوند از این جهت خوب است که حساسیت و قابلیت اطمینان نشانه ها در فرآیند تشخیص عیوب به صورت ترک، هزینه کمتر و ایمنی بالا در فرآیند استفاده در مقایسه با روش های کلاسیک بازرسی رادیوگرافی تا به امروز، تست اولتراسونیک اتصالات جوش داده شده در 70-80٪ موارد بازرسی استفاده می شود.

مبدل التراسونیک

بدوناستفاده از این دستگاه ها برای آزمایش فراصوت غیر مخرب به سادگی غیر قابل تصور است. دستگاه ها برای ایجاد تحریک و همچنین دریافت ارتعاشات اولتراسوند استفاده می شوند.

واحدها متفاوت هستند و بر اساس: طبقه بندی می شوند

• روش ایجاد ارتباط با مورد آزمایشی.
• روش اتصال عناصر پیزوالکتریک به مدار الکتریکی خود آشکارساز عیب و جابجایی الکترود نسبت به عنصر پیزوالکتریک.
• جهت آکوستیک نسبت به سطح.
• تعداد عناصر پیزو (تک، دوتایی، چند عنصری).
• پهنای باند فرکانس‌های عملیاتی (باند باریک - پهنای باند کمتر از یک اکتاو، پهنای باند - بیش از یک اکتاو پهنای باند).

ویژگی های قابل اندازه گیری عیوب

GOST بر همه چیز در دنیای فناوری و صنعت حاکم است. تست اولتراسونیک (GOST 14782-86) نیز در این مورد مستثنی نیست. استاندارد مشخص می کند که عیوب با پارامترهای زیر اندازه گیری می شوند:

• منطقه معادل نقص.
• دامنه سیگنال اکو، که با در نظر گرفتن فاصله تا نقص تعیین می شود.
• مختصات عیب در نقطه جوش.
• سایزهای معمولی.
• فاصله شرطی بین عیوب.
• تعداد عیوب در طول انتخابی جوش یا اتصال.

عملیات ردیاب عیب

تست غیر مخرب که اولتراسونیک است روش استفاده خاص خود را دارد که بیان می کند پارامتر اصلی اندازه گیری شده دامنه سیگنال اکو به دست آمده است.مستقیماً از نقص برای تمایز سیگنال های اکو بر اساس دامنه، به اصطلاح سطح حساسیت رد ثابت است. این به نوبه خود با استفاده از الگوی استاندارد سازمانی (SOP) پیکربندی شده است.

شروع کار عیب یاب با تنظیم آن همراه است. برای این، حساسیت رد تنظیم شده است. پس از آن، در روند مطالعات سونوگرافی در حال انجام، سیگنال اکو به دست آمده از نقص شناسایی شده با سطح رد ثابت مقایسه می شود. اگر دامنه اندازه گیری شده از سطح رد بیشتر شود، کارشناسان تصمیم می گیرند که چنین نقصی غیرقابل قبول است. سپس درز یا محصول رد می شود و برای بازبینی ارسال می شود.

شایع ترین عیوب سطوح جوش داده شده عبارتند از: عدم ذوب، نفوذ ناقص، ترک خوردگی، تخلخل، سرباره. این تخلفات هستند که به طور موثر با تشخیص نقص با استفاده از سونوگرافی شناسایی می شوند.

گزینه های اولتراسونیک

با گذشت زمان، فرآیند بازرسی چندین روش قدرتمند برای بررسی جوش ها ایجاد کرده است. تست اولتراسونیک تعداد نسبتا زیادی گزینه برای بررسی آکوستیک سازه های فلزی در نظر گرفته شده را فراهم می کند، با این حال، محبوب ترین آنها عبارتند از:

• روش اکو.
• سایه.
• روش آینه-سایه.
• آینه اکو.
• روش دلتا.

روش شماره یک

بیشتر در صنعت و حمل و نقل ریلی از روش اکو پالس استفاده می شود.به لطف او است که بیش از 90٪ از تمام نقص ها تشخیص داده می شود که به دلیل ثبت و تجزیه و تحلیل تقریباً همه سیگنال های منعکس شده از سطح نقص امکان پذیر می شود.

این روش خود مبتنی بر صداگذاری یک محصول فلزی با پالس ارتعاشات اولتراسونیک و به دنبال آن ثبت آنها است.

مزایای روش عبارتند از:

- امکان دسترسی یک طرفه به محصول؛

- حساسیت نسبتاً بالا به عیوب داخلی؛

- بالاترین دقت در تعیین مختصات نقص شناسایی شده.

با این حال، معایبی نیز دارد، از جمله:

- مقاومت کم در برابر تداخل بازتابنده های سطح؛

- وابستگی شدید دامنه سیگنال به محل نقص.

تشخیص عیب توصیف شده به معنای ارسال پالس های اولتراسونیک به محصول توسط یاب است. سیگنال پاسخ توسط او یا جستجوگر دوم دریافت می شود. در این حالت، سیگنال می تواند هم به طور مستقیم از عیوب و هم از سطح مخالف قطعه، محصول (درز) منعکس شود.

روش سایه

بر اساس تجزیه و تحلیل دقیق دامنه ارتعاشات اولتراسونیک ارسال شده از فرستنده به گیرنده است. در مورد کاهش این شاخص، این نشان دهنده وجود نقص است. در این حالت، هر چه اندازه خود نقص بزرگتر باشد، دامنه سیگنال دریافتی توسط گیرنده کمتر است. برای به دست آوردن اطلاعات قابل اعتماد، امیتر و گیرنده باید به صورت هم محور در دو طرف مقابل قرار گیرندشی مورد مطالعه از معایب این فناوری می توان به حساسیت کم در مقایسه با روش اکو و دشواری جهت دهی PET ها (مبدل های پیزوالکتریک) نسبت به پرتوهای مرکزی الگوی تابش اشاره کرد. با این حال، مزایایی نیز وجود دارد که عبارتند از: مقاومت بالا در برابر تداخل، وابستگی کم دامنه سیگنال به محل نقص، و عدم وجود منطقه مرده.

روش آینه-سایه

این کنترل کیفیت اولتراسونیک بیشتر برای بازرسی اتصالات میلگرد جوش داده شده استفاده می شود. علامت اصلی تشخیص نقص، ضعیف شدن دامنه سیگنال است که از سطح مخالف منعکس می شود (که اغلب به آن پایین گفته می شود). مزیت اصلی روش تشخیص واضح عیوب مختلف است که جابجایی آنها ریشه جوش است. همچنین، این روش با امکان دسترسی یک طرفه به درز یا قطعه مشخص می شود.

روش آینه اکو

موثرترین راه برای تشخیص عیوب عمودی. بررسی با استفاده از دو پروب انجام می شود که در امتداد سطح نزدیک درز در یک طرف آن حرکت می کنند. در عین حال، حرکت آنها به گونه ای انجام می شود که توسط یک کاوشگر سیگنال ساطع شده از کاوشگر دیگر و دو بار منعکس شده از نقص موجود را ثابت می کند.

مزیت اصلی روش: می توان از آن برای ارزیابی شکل عیوب استفاده کرد که اندازه آنها بیش از 3 میلی متر است و در صفحه عمودی بیش از 10 درجه انحراف دارند. مهم ترین -از پروب هایی با همان حساسیت استفاده کنید. این نسخه از معاینه اولتراسونیک به طور فعال برای بررسی محصولات با دیواره ضخیم و جوش آنها استفاده می شود.

روش دلتا

آزمایش اولتراسونیک مشخص شده جوش ها از انرژی اولتراسونیک بازتابیده شده توسط نقص استفاده می کند. موج عرضی بر روی نقص تا حدی منعکس می شود، تا حدی به طولی تبدیل می شود و همچنین موج پراکنده را دوباره تابش می کند. در نتیجه امواج PET مورد نیاز گرفته می شود. نقطه ضعف روش را می توان تمیز کردن درز، پیچیدگی نسبتاً زیاد رمزگشایی سیگنال های دریافتی در هنگام کنترل اتصالات جوش داده شده با ضخامت تا 15 میلی متر در نظر گرفت.

مزایای سونوگرافی و نکات ظریف کاربرد آن

بررسی اتصالات جوشی با استفاده از صدای فرکانس بالا در واقع آزمایشی غیر مخرب است، زیرا این روش قادر به ایجاد آسیب به بخش مورد بررسی محصول نیست، اما در عین حال کاملاً دقیق تعیین می کند. وجود نقص همچنین توجه ویژه مستلزم هزینه کم کار انجام شده و سرعت بالای اجرای آنها می باشد. همچنین مهم است که این روش برای سلامت انسان کاملاً ایمن باشد. تمام مطالعات فلزات و جوش ها بر اساس اولتراسوند در محدوده 0.5 مگاهرتز تا 10 مگاهرتز انجام می شود. در برخی موارد، انجام کار با استفاده از امواج اولتراسونیک با فرکانس 20 مگاهرتز امکان پذیر است.

تجزیه و تحلیل یک اتصال جوش داده شده با استفاده از سونوگرافی لزوما باید با یک مجموعه کامل همراه باشد.اقدامات مقدماتی، مانند تمیز کردن درز یا سطح مورد مطالعه، اعمال مایعات تماس خاص در ناحیه کنترل شده (ژل های با کاربرد خاص، گلیسیرین، روغن ماشین). همه این کارها برای اطمینان از تماس صوتی پایدار و مناسب انجام می شود که در نهایت تصویر لازم را روی دستگاه ارائه می دهد.

غیرقابل استفاده و معایب

آزمایش اولتراسونیک برای بررسی اتصالات جوشی فلزات با ساختار دانه درشت (مثلاً چدن یا جوش آستنیتی با ضخامت بیش از 60 میلی متر) کاملاً غیر منطقی است. و همه به این دلیل است که در چنین مواردی یک پراکندگی به اندازه کافی بزرگ و تضعیف قوی اولتراسوند وجود دارد.

همچنین نمی توان به طور واضح عیب شناسایی شده را به طور کامل توصیف کرد (وجود تنگستن، گنجاندن سرباره، و غیره).