فروشگاه ساز فایل و همکاری در فروش سل یو
ساخت و تولیدWeblog, Persian,Iran, Iranian, Farsi, Weblogs">
لینک های وب
..
پروژه دیفرانسیل

دانلود پروژه تحقیقاتی با موضوع دیفرانسیل

دانلود پروژه دیفرانسیل
تحقیق کوپلینگ ها و کلاچ ها

تحقیق در مورد کوپلینک ها و کلاچ ها

دانلود تحقیق کوپلینگ ها و کلاچ ها
کتاب ریاضیات مهندسی پیشرفته اونیل

دانلود کتاب ریاضیات پیشرفته اونیل

دانلود کتاب ریاضیات مهندسی پیشرفته اونیل
شکل دهی هیدروفرمینگ یا Hydroforming

تحقیق شکل دهی فلزات با موضوع هیدروفرمینگ

دانلود شکل دهی هیدروفرمینگ یا Hydroforming
پاورپوینت مدیریت خطوط کالا، نام های تجاری و بسته بندی (فصل پانزدهم كتاب اصول بازاریابی كاتلر )

عنوان دانلود پاورپوینت مدیریت خطوط کالا، نام های تجاری و بسته بندی (فصل پانزدهم كتاب اصول بازاریابی كاتلر )
دسته مدیریت (مدیریت بازاریابی)
فرمت پاورپوینت (قابل ویرایش)
تعداد اسلاید 22 اسلاید
كتاب اصول بازاریابی تالیف فیلیپ كاتلر و گری آرمسترانگ از جمله منابع مهم درس مدیریت و اصول بازاریابی در سطح كارشناسی و كارشناسی ارشد می باشد این فایل شامل

دانلود پاورپوینت مدیریت خطوط کالا، نام های تجاری و بسته بندی (فصل پانزدهم كتاب اصول بازاریابی كاتلر )
دانلود پاورپوینت تجزیه و تحلیل اقتصاد بازار (فصل دوازدهم کتاب مدیریت سرمایه گذاری تألیف جونز ترجمه تهرانی و نوربخش)

عنوان دانلود پاورپوینت تجزیه و تحلیل اقتصاد بازار (فصل دوازدهم کتاب مدیریت سرمایه گذاری تألیف جونز ترجمه تهرانی و نوربخش)
دسته مدیریت سرمایه گذاری، مدیریت سرمایه گذاری پیشرفته مدیریت مالیحسابداری اقتصادفرمت پاورپوینت(Powerpoint)
تعداد اسلاید 14 اسلاید
کتاب مدیریت سرمایه گذاری تالیف جونز ترجمه دکتر رضا تهرانی و عسکر نوربخش از جمله منابع مهم درس

دانلود دانلود پاورپوینت تجزیه و تحلیل اقتصاد بازار (فصل دوازدهم کتاب مدیریت سرمایه گذاری تألیف جونز ترجمه تهرانی و نوربخش)
دانلود پاورپوینت قیمت و بازده اوراق قرضه (فصل هفدهم کتاب مدیریت سرمایه گذاری تألیف جونز ترجمه تهرانی و نوربخش)

عنوان دانلود پاورپوینت قیمت و بازده اوراق قرضه (فصل هفدهم کتاب مدیریت سرمایه گذاری تألیف جونز ترجمه تهرانی و نوربخش)
دسته مدیریت سرمایه گذاری، مدیریت سرمایه گذاری پیشرفته مدیریت مالیحسابداری اقتصاد
فرمت پاورپوینت(Powerpoint)
تعداد اسلاید 39 اسلاید
کتاب مدیریت سرمایه گذاری تالیف جونز ترجمه دکتر رضا تهرانی و عسکر نوربخش از جمله منابع مهم درس مدی

دانلود دانلود پاورپوینت قیمت و بازده اوراق قرضه (فصل هفدهم کتاب مدیریت سرمایه گذاری تألیف جونز ترجمه تهرانی و نوربخش)
دانلود پاورپوینت تصمیم گیری و حل مسأله (فصل چهارم کتاب مبانی سازمان و مدیریت رضائیان)

عنوان دانلود پاورپوینت تصمیم گیری و حل مسأله (فصل چهارم کتاب مبانی سازمان و مدیریت رضائیان)
فرمت پاورپوینت (قابل ویرایش)
تعداد اسلاید 33 اسلاید
دسته مدیریت( مبانی سازمان و مدیریت اصول مدیریت مدیریت عمومی)
طراحی با سالایدهای بسیار زیبا
کتاب مبانی سازمان و مدیریت دکتر علی رضائیان از جمله ی مهمترین منابع درس مبانی سازمان و مدیریت، اصول مدیریت و

دانلود دانلود پاورپوینت تصمیم گیری و حل مسأله (فصل چهارم کتاب مبانی سازمان و مدیریت رضائیان)
جزوه آموزشی رویكردی به نگهداری و تعمیر برنامه ریزی شده سطح1

فهرست مندرجات
عنوان صفحه
بخش اول اهداف نگهداری و تعمیر برنامهریزی شده
1 مقدمه 3 1
5 BS 2 نگهداری و تعمیر برنامهریزی شده و تقسیمبندی 1
3 مزایای نگهداری و تعمیر برنامهریزی شده 11 1
بخش دوم فازبندی پروژه طراحی و اجرای سیستم نگهداری و تعمیر
بخش سوم طراحی سیستم نگهداری و تعمیر برنامهریزی شده
1 ایجاد سیستم 21 3
2 طراحی فرمها و ساختار اطلاعاتی

دانلود جزوه آموزشی رویكردی به نگهداری و تعمیر برنامه ریزی شده سطح1

تست اولتراسونیک

Ultrasonic testing

تست اولتراوسونیک در دو دهه گذشته دربازرسی قطعات هادی صوت ( مانند فلزات ، مواد سرامیک ، پلاستیک ها و غیره ) به منظور یافتن عیوب و نا همگونی های داخلی و خارجی مورد استفاده وسیع قرار گرفته است .کاربردهای ممکن امروزه شامل بازرسی قطعات آهنگری شده و ریخته شده ، قطعات تو لید شده به روش نورد ، تست جوش ها و لوله ها می باشد . همچنین می توان با استفاده ازروشهای مزبور، ضخامت دیواره ها ، سرعت صوت و میزان جذب امواج صوتی را اندازه گیری نمود.

 

1-اصول کلی

برای درک بهتر پدیده هایی که در تست های غیر مخرب به روش اولتراسونیک روی می دهند ، ابتدا به توصیف چند مفهوم فیزیکی می پردازیم .

1-1نوسانات :

 

خصوصیات مشترک همه نوسانات چون حرکت آونگ ، نوسان تارهای صوتی و غیره  ،تغییری منظم در یک خصوصیت سیستم است . نوسان یک آونگ می تواند کند ،سریع ، با دامنه زیاد یا کم باشد دو آونگ یکسان می توانند با هم نوسان کنند و یا دارای نوسانات ناهماهنگ باشند .چند اصطلاح را که در مورد نوسان عموما استفاده می شود به طور خلاصه تعریف می کنیم :

 

 

نوسان (oscillation): تغییر منظم و تناوبی خصوصیت یا رفتار یک جسم

دوره تناوب (oscillation ) : زمان لازم برای انجام یک نوسان ، یعنی مدت زمانی که لازم است تا جسم از یک وضعیت شروع کند و به همان وضعیت باز گردد.

فرکانس (frequency ) : تعداد نوسانات در یک ثانیه و مقدار آن عکس دوره تناوب است . معمولا دوره تناوب را با Tو فرکانس را با f نمایش می دهند و رابطه زیر بین آنها برقرار است:

(I)             T=1/f            یا   f=1/T

واحدی که برای فرکانس استفاده می شود هرتز (Hertz ) است و به اختصار با Hz نمایش داده می شود :

یک هرتز (1  Hz) = یک نوسان در ثانیه

یک کیلوهرتز (1   KHz ) =   نوسان در ثانیه

یک مگاهرتز (1  MHz )=  یک میلیون نوسان درثانیه

 

یک گیگاهرتز (1  GHz )=  نوسان در ثانیه

 

 

 

دامنه نوسان (Amplitude ) : حداکثر جابجایی یک جسم نوسان کننده از حالت تعادل ، اگر دامنه که آنرا به علامت اختصاری A نمایش می دهیم تغییر نکند ، نوسان نامیرا (undamped ) است و اگر کاهش بیابد نوسان را نوسان میرا (Damped oscillation ) می خوانند .

 

 

فاز (phase  ): وضعیت آنی نوسان ، این مفهوم بیشتر هنگام مقایسه دو نوسان به کار می آید و به صورت اختلاف فاز (phase  difference) و یا جابجایی فاز(Phase displacemen+Q) مطرح می گردد (به شکل 4 مراجعه کنید ) 10 اختلاف فاز را  معمولا با  نمایش می دهند و مقدار آنرا بر حسب درجه بیان می کنند. گذشت مدت زمانی برابر با دوره تناوب T (یک نوسان کامل) معادل با 360 درجه تغییر فاز می باشد .

 

 

 

میرایی (Damping ) ، تضعیف صوت (Attenuation) : کاهش دامنه صوت باگذشت زمان ، بعدا به تشرح علل تضعیف صوت خواهیم پرداخت :

 

 

 

2-1 امواج :

تاکنون در مورد حرکت یک جسم یا ذره ای دارای جرم (مانند آونگ) صحبت کردیم . همین ملاحظات در مورد ذرات کوچک (اتم ها و مولکول ها ) تشکیل دهنده یک جسم نیز صدق می کند اما دراینجا بعلت تعداد زیاد ذرات و نیروهای بین آنها ، خصوصیات مهم دیگری مطرح می شوند .

اگر چند آونگ را به وسیله یک جسم صلب به هم متصل کنیم و یکی از آنها را به نوسان در آوریم ، همه با هم به نوسان در خواهند آمد و دامنه و فرکانس و فاز آنها همه یکسان خواهد بود .

 

 

 

در حالیکه اگر هیچ اتصالی بین این اجسام برقرار نباشد بقیه آونگ ها در حالت سکون باقی خواهند ماند .

 

 

حال اگر بین این اجسام اتصالی کشسان (الا تیک Elastic) بر قرار کنیم  ، نوسان یک آونگ به تدریج  به آونگ مجاور وسپس به آونگ های دیگر منتقل خواهد شد. با این ترتیب یک موج ایجاد خواهد شد .

 

 

مفاهیمی که به ایجاد و انتشار امواج مربوط هستند به شرح زیر می باشد :

موج (Wave ) : انتشار نوسان ، موج وقتی ایجاد می شودکه نوسان یک ذره به ذره مجاور انتقال یابد . نوسانات دو ذره مجاور دارای اختلاف فاز ثابتی است .منحنی نموداریک موج مانند منحنی نوسان است با این فرق که جابجائی ذره بر حسب مکان (بجای زمان ) رسم می شود .

جفت شدگی (یا کوپلینگ coupling  ) : پیوند بین دو ذره ویا دو محیط درمجاورت هم ، و عامل لازم برای تولید و انتشار امواج ، یک جفت شدگی کامل (جفت شدگی صلب rigid coup ing ) و یا عدم جفت شدگی کامل هرگز در طبیعت پیش نمی آید ، اما حوزه تغییرات میزان جفت شدگی وسیع است .جفت شدگی از نیروهای پیوند الا تیک بین اتمی یا بین مولکولی  ،از اصطکاک ویا جاذبه حاصل می شود .

سرعت انتشار موج ( سرعت صوت ) : سرعت انتشار نقطه ای از موج که دارای فاز ثابت است . معمولا آنرا با حرف اختصاری c نمایش می دهند ( و در بعضی نوشته های علمی با حرف v ) و واحد آن معمولا متر بر ثانیه یا کیلومتر بر ثانیه است .
طول موج ( Wave length) : فاصله بین نزدیکترین نقاط مجاور با فازهای یکسان ، طول موج کمیت مهمی است و آنرا با  نشان می دهند ، رابطه زیر بین دوره تناوب ، سرعت موج و طول موج برقرار است :

 

3-1 انواع موج ها :

در طبقه بندی امواج دو جهت مطرح می گردد : جهت نوسان و جهت انتشار موج ، بر حسب این جهات امواج را به شرح زیر طبقه بندی می کنند :

31-1 امواج طولی (Longitudinal  Waves ): در این نوع موج جهت نوسانات با جهت انتشار موج یکی است (شکل 9) . امواج معمولی صوت در هوا از این نوع هستند و از این رو این نوع موج را امواج تراکمی (compressive waves ) نیز می خوانند .

32-1 امواج عرضی (Tranverse waves ) : دراین نوع موج جهت نوسانات بر جهت انتشار موج عمود است . یک نمونه مشخص، گرچه از نظر فیزیکی کمی نادرست ، امواج درسطح آب می باشد (جهت نوسان عمودی ، جهت انتشار افقی ).

در  این دو نوع موج با تو ضیحات مربوطه مشاهده می شوند. ترکیب این دو نوع موج نیز ممکن است و دراین باره بعدا صحبت خواهیم کرد .

 

 

4-1 صوت

اکنون از مبحث نوسانات که مبحث وسیعی است می گذاریم و با دقت بیشتری به مبحث صوت می پردازیم .

صوت به صورت موج منتشر می شود و برخلاف امواج دیگر مثل امواج الکترومغناطیسی و گرمائی و حرارتی برای انتشار نیاز به وساطت ماده دارد .

 

در اصوات قابل شنیدن ، خصوصیات زیر قابل تعریفنند :

زیر و بمی (pitch ) : این خصوصیت به فرکانس موج بستگی دارد .

شدت صوت (volum ): این خصوصیت به دامنه موج صوتی بستگی دارد .

رنگ (Timber) : رنگ یک صوت بستگی به عوامل متعددی دارد که مهترین آن وجود تواءم چندین فر کانس مختلف درموج صوتی است ، عامل تعیین کننده دیگر نسبت دامنه های اجزای فرکانسی تشکیل دهنده صوت ومیزان استمرار هر جزء فرکانسی است .

امواج صوتی را می توان برحسب فرکانس نیز تقسیم بندی کرد . همه می دانند که در تمام فرکانس ها امواج صوتی قابل شنیدن نیستند و فقط حوزه فرکانسی خاصی قابل شنیدن است که حد بالا و پایین آن ممکن است در افراد مختلف متفاوت باشد . حد پایین شنوائی در انسان در حدود 16 هرتز و حد بالای آن در حدود 30 کیلوهرتز می باشد . با توافق بین المللی حوزه فرکانسی امواج صوتی به سه حوزه تقسیم شده است

حوزه مادون صوت (subsonic ) : (فرکانس های کمتر از 16 هرتز ) دراین حوزه فرکانس نوسانات کمتر از حد پایین شنوائی انسان است و هیچ طنینی قابل تشخیص نیست و فقط فشار این امواج را می توان حس کرد .

حوزه صوت قابل شنیدن (Audible Sound): (فرکانس های بین 16 هرتز تا 30 کیلوهرتز )

حوزه اولتراسونیک یا فرا صوتی (Ultrasonic ) : (فرکانس های بیشتر از 20 کیلوهرتز ) فرکانس این امواج بیشتر از حد بالایی شنوائی انسان است. فرکانس هائی که معمولا در تست غیر مخرب مورد استفاده قرار می گیرد بین 5/0 تا 10 مگاهرتز است .

امواج صوتی بر حسب میزان استمرار نیز تقسیم بندی می شوند .

صوت پیوسته (continuous  sound ) : استمرار موج صوتی بسیار بیشتر از مدت زمان یک نوسان (دوره تناوب ) است .

صوت تپشی (Pulsed sound ): در این حالت مدت زمان استمرار موج صوتی فقط چند برابر دوره تناوب موج است و فاصله زمانی بین دو تپش (یا پالس ) ، از مدت زمان هر تپش صوتی خیلی بیشتر است .

 

 

41-1  انتشار صو ت :

چنانکه قبلا اشاره شد ، انتشار صوت نیاز به وجود ماده جامد یا مایع یا گاز دارد، زیرا موج صوتی چیزی جز انتشار نوسانات ذرات ماده نیست ، چون مایعات و گازها فاقد مقاومت در برابر تنش های برشی (sher stress ) هستند ، موج عرضی (موج برشی ) نمی تواند در آنها منتشر گردد.

در مایعات و گازها فقط موج های طولی انتشار می یابند .

در جامدات ، هم موج های طولی و هم موجهای عرضی و هم ترکیب آنها قابلیت انتشار دارند .

 

موج های کاملا طولی ویا کاملا عرضی فقط وقتی تشکیل می شوند که ابعاد محیط انتشار در جهت عمود بر جهت انتشار موج چندین برابر طول موج باشد. در غیر این صورت ترکیبی از این دو نوع موج حاصل می شود که در ورقه ها به امواج ورقه ای (plate waves ) یا امواج لمب (Lamb waves)  معروف است . امواج لمب نیز خود به دو نوع انبساطی (dilational ) و خمشی (flexional ) تقسیم می شوند.

 

 

 

نوع دیگر از ترکیب امواج طولی و عرضی ،امواج سطحی است (شکل 13 ) که فقط در سطح محیط انتشار می یابد  ،اما این قابلیت را دارد که در صورت تغییر جهت سطح ، تغییر جهت دهد یعنی این نوع امواج در سطوح خمیده هم منتشر می شوند . عمق نفوذ این امواج در حدود نصف طول موج می باشد .

 

 

برای تکمیل این مبحث باید از امواج پیچشی (torsion waves ) هم نام بردکه در اجسامی به شکل میله، منتشر می شوند . این امواج ، نوسانات دورانی حول محور میله هستند و جهت انتشار آنها درجهت محور طولی میله است .

سرعت انتشار امواج طولی ،عرضی و سطحی (سرعت صوت ) از خصوصیات ثابت هر ماده ای محسوب می شود و به فرکانس موج و ابعاد محیط و اسطه انتشار بستگی ندارد . روابط زیر سرعت انتشار امواج طولی و عرضی را بدست می دهد :

 

سرعت انتشار موج طولی = Ci

سرعت انتشار موج عرضی = Cs

سرعت انتشار موج سطحی =ct

ضریب کشسانی (الاستیسیه ) یانگ=E

چگالی =p

ثابت پواسون =

سرعت انتشار امواج لمب و امواج پیچشی علاوه بر مقادیر ثابت فوق به ابعاد محیط واسطه انتشار و نوع موج و فرکانس نیز بستگی دارد .بستگی سرعت صوت به فرکانس را پاشیدگی (دیسپرسیون dispersion ) می نامند .

امواجی را که به نحو یکنواخت درهمه جهات منتشر می شوند امواج کروی ( spherical wases ) و امواجی که فقط در یک جهت منتشر می شوند امواج تخت (plane waves ) می نامند .

 

42-1   رفتار امواج صوتی درمرز بین دو محیط مختلف

 

421-1  برخورد امواج با مرز بین دو محیط بطور عمودی

 

اگر موج صوتی به نحو عمودی به مرز بین دو محیط برخورد کند بخشی از انرژی صوتی به محیط دیگر منتقل می شود و بخش دیگر به محیط اول باز می گردد. (شکل 14).

 

 

 

بزرگی اجزاء انتقال یافته و منعکس شده ، بستگی به مقاومت صوتی (acoustic  impedance) دو ماده دارد، مقاومت صوتی از روابط زیر بدست می آید :

(vi ) p.c = z

مقاومت صوتی = z

چگالی ماده = p

سرعت صوت در ماده = c

 اگر مقاومت صوتی محیط تابش موج z1 و مقاومت محیط دوم z2 باشد ضرایب زیر درصد امواج انعکاسی  وانتقالی را مشخص میکند:

(VII ) ضریب انعکاس                      (z2+z1 )/ (z2-z­1 ) =  R

VIII)) ضریب انتقال                       (z2+z1 ) /2z2 =T

ضریب انعکاس نسبت فشار موج انعکاس یافته را به فشار موج تابشی و ضریب انتقال نسبت فشار موج انتقال یافته را به موج تابشی به دست می دهد .R می توانند مثبت و یا منفی و T می تواند بیشتر یا کمتر از 1 باشد . این در تناقض با اصل بقای انرژی نیست زیرا این ضرایب نسبت فشار موج و نه نسبت انرژی امواج را به دست می دهد . موادی را که دارای مقاومت صوتی بالا هستند از نظر صوتی مواد سخت (acoustically hard ) و مواد دارای مقاومت صوتی پایین را مواد نرم (soft  acoustically ) می خوانند .

اگر مقاومت صوتی  دو محیط واسطه انتشار مساوی باشد z1=z2  انعکاس صورت نمی پذیرد (R=0 ) و موج کاملا انتقال می یابد (T=1 ) .

بار دیگر یاد آور می شویم که مقادیر R و T به فشار موج صوتی مربوط هستند . این نحوه توصیف تعمد ) انتخاب شده ، زیرا وسایل اندازه گیری صوتی مستقیما فشار صوت را اندازه می گیرند .علامت جبری فشار (زاویه فاز ) معمولا چندان مهم نیست.

 

422-1  برخورد مورب موج با مرز بین دو محیط :

 

اگر موج صوتی به صورت مورب بر مرز بین دومحیط فرود آید، پدیده های حاصل پیچیده تر خواهند بود . باز هم بخشی از موج منتقل و بخش دیگری منعکس خواهد شد اما قسمتی از انرژی صوتی به صورت امواج از نوع دیگر در خواهد آمد ، یعنی هم در موج انتقال یافته و هم در موج انعکاس یافته نوسانات طولی محض به نوسانات عرضی تبدیل خواهند شد .

 

 

 

در اثر برخورد یک موج طولی به طور مورب با یک سطح چهار نوع موج ایجاد می شود:

یک موج منعکس شده طولی

یک موج منعکس شده عرضی،

یک موج شکست یافته (منتقل شده ) طولی ،

یک موج شکست یافته (منتقل شده ) عرضی .

البته درمایعات یا گازها امواج عرضی به وجود نخواهند آمد. جهات مختلف انتشار امواج را با تعیین زاویه بین جهت انتشار و جهت عمود بر مرز بین دو محیط مشخص می سازند. برخورد مایل موج صوتی به مرز بین دو محیط از قوانینی مشابه با قوانین

 

 ا پتیک تبعیت می کند ، در نتیجه مانند اپتیک موج انتقال یافته را موج شکست یافته می خوانند و قانون اسنل (snell s  law ) در مورد شکست نور ، در اینجا نیز صادق است :

 

این رابطه در مورد موج طولی یا عرضی و موج انعکاس یافتنه یا شکست یافته صدق می کند ، کافی است زوایا و سرعت های مربوطه را در رابطه فوق قرار داد.

43-1 پراکندگی ، پراش (دیفراکسیون ) و تداخل

 

وقتی یک موج صوتی به یک مانع ، یعنی محیط واسطه انتشاری با خواص صوتی متفاوت با محیط اصلی انتشار، برخورد می کند بسته به اندازه مانع ، پدیده های مختلفی روی می دهند .به سه پدیده باید اشاره کرد :

 

 

 

 

(الف) اگر ابعاد مانع از طول موج خیلی کوچکتر باشد، مانع هیچگونه اختلالی در انتشار موج بوجود نخواهد آورد و انتشار موج آنچنان خواهد بود که گوئی مانع وجود ندارد .

431-1 پراکندگی (scattering):

 

(ب) اگر ابعاد مانع در همان حول و حوش طول موج باشد ، در انتشار موج اختلال کمی حاصل می شود . مانع قسمتی از انرژی موج صوتی را جذب می کند و درهمه جهات منتشر می سازد . مرکز انتشار این موج جدید ،خود مانع خواهد بود ، این فرایند را پراکندگی می نامند . در شکل 17 چگونگی وقوع این پدیده با استفاده از قوانین شکست و انعکاس نمایش داده است :

 

 

 

432-1 پراش(دیفراکسیون Diffraction ):

(ج ) اگر موج صوتی با مانعی برخورد کند که ابعادش بزرگتر از طول موج باشد و مقاومت صوتی مانع با مقاومت صوتی محیط انتشار تفاوت زیاد داشته باشد، موج از سطح مانع منعکس خواهد شد و درنتیجه در پشت مانع موج منتشر نخواهد شد یعنی مانع سایه ای ایجاد می کند . اما از وسعت این سایه با دور شدن از مانع کاسته خواهد شد . علت این است که جهت انتشار امواجی که از کنار لبه های مانع عبور می کنند پس از عبور تغییر می کند و موج وارد ناحیه سایه می گردد. همچنین امواج منعکس شده در جهت انتشار خود (خلاف جهت انتشار اولیه ) و اگرا می شوند . این فرایند را پراش (دیفراکسیون )می خوانند .

البته بین پدیدههای فوق مرز مشخص و بارزی وجود ندارد و انتقال از یک پدیده به پدیده دیگر دراثر تغییر اندازه مانع، تدریجی است. درنتیجه برای مانعی با ابعاد متوسط (نسبت به طول موج ) هر دو پدیده پراکندگی و پراش مشاهده خواهد شد .

433-1  تداخل (interference)

امواج انعکاس یافته یا امواج دیگری که مثلا مانعی تولید کرده است می توانند با موج اصلی جمع شوند و بسته به اختلاف فاز بین دو موج تداخل حاصل می تواند منجر به تقویت یا تضعیف و یا حتی از بین رفتن کامل موج اولیه گردد. اگر نقاط اوج دو موج از نظر زمانی بر هم منطبق گردند موج حاصل دارای دامنه ای بیشتر از دامنه دو موج قبلی خواهد بود . اگر نقطه حضیض یک موج با نقطه اوج موج دیگر منطبق گردد و دامنه دو موج کاملا مساوی باشد ، موج کاملا از بین می رود .

 

 

 

 

 

 

 

 

44-1 کاهش فشار موج صوتی :

هر چه موج صوتی مسافت بیشتری را طی کند ، دامنه آن کاهش می یابد . این کاهش می تواند علل چندی داشته باشد :

441-1 واگرائی (Divergence) : یک منبع صوتی امواج را در یک جهت گسیل نمی کند بلکه شعاع موج دارای زاویه ای خواهد بود . سطح مقطع شعاع صوتی با ازدیاد مسافت بیشتر می شود و در نتیجه انرژی موج در سطح وسیعتری پخش خواهد شد .

نتیجه انرژی موج در سطح وسیعتری پخش خواهد شد و متوسط مقدار انرژی درواحد سطح کاهش خواهد یافت

 

به این پدیده واگرائی موج می گویند . موج تخت و اگرائی ندارد در حالیکه موج کروی دارای حداکثر واگرائی است .

 

 

 

442-1  تضعیف صوت (sound  Attenuation)

تضعیف صوت یا میرایی (damping) به نحوه هندسی انتشار صوت مربوط نیست و ناشی از خواص محیط واسطه انتشار است . فرایندهای عمده ای باعث تضعیف صوت می شوند به شرح زیرند :

4421-1  پراکندگی موج: به بخش 431-1 مراجعه کنید .

4422-1  جذب موج (sound Absorption):

قسمتی از انرژی صوتی به علت ضایعات ناشی از اصطکاک به گرما تبدیل میشود .این اصطکاک داخلی با افزایش فرکانس موج بیشتر می شود .از موادی که دارای اصطکاک داخلی بالا هستند . (میزان جذب بالا ) برای عایقبندی صوتی استفاده می کنند . ضریب تضعیف صوتی (sound attenuation  coefficient ) نشان دهنده میزان تضعیف موج صوتی است پس ازطی فاصله یک واحد طول .این ضریب علاوه بر جنس ماده به فرکانس و نوع موج ( عرضی یا طولی ) بستگی دارد .

443-1  اندازه گیری میزان تضعیف :

میزان تضعیف موج بر حسب دسی بل ( با علامت اختصاری dB ) اندازه گیری می شود . دسی بل و احد اندازه گیری لگاریتمی است و درالکترونیک کاربرد فراوان دارد و به نحو زیر تعریف می شود :

 

ولتاژ های الکتریکی = u  ،میزان تعضیف یا تقویت = a

 چون بر صفحه نمایش اسیلوسکوپ ارتفاع پالس ها با ولتاژهای دریافت شده متناسب است ، تعریف فوق را می توان بر حسب ارتفاع پا لس های بازتاب ( اکو  echo ) نوشت :

( ارتفاع پالس = H(
بنابراین :

 

اگر نسبت ارتفاع دو پالس 2 باشد 2  = 1 :     2=H       : H میزان تضعیف 6 دسی بل خواهد بود:

 

بنابراین تضعیف یا تقویت به اندازه 6 دسی بل به معنی نصف شدن یا دو برابر شدن ارتفاع پالس است .

2- اصول کار دستگاههای اولتراسوند

دستگاههای اولتراسوند ، دائما در اثر پیشرفت تکنولوژی در حال تغییرند ، با اینهمه اصول اساسی کار آنها تغییر نکرده است . آشنایی با این اصول برای انتخاب بهترین روش حل یک مساله خاص تست غیر مخرب لازم است. قسمت دوم این مقاله آموزشی به توضیح این اصول و همچنین توصیف انواع پروب ها ونحوه ساخت دستگاهها و قطعات مکمل آنها اختصاص یافته است .

اولتراسوند : بنا بر تعاریف بخش 4-1 حوزه اولتراسوند از فرکانس 20 کیلوهرتز شروع می شود. برای تست غیر مخرب اغلب از فرکانس های بین 5/0 تا 15 مگاهرتز استفاده می شود، فقط در پاره ای موارد خاص مانند تست بتون فرکانسهای پایین تر درحدود 50 کیلوهرتز مورد استفاده قرار می گیرد .

1-2- تولید امواج اولتراسوند :

11-2   تولید مکانیکی امواج :

اساسا می توان از همان روشهائی که برای تولید امواج صوتی قابل شنیدن استفاده می شود ، برای تولید امواج اولتراسوند نیز استفاده کرد . در این صورت فرکانس طبیعی نوسان عنصر نوسان کننده باید به حد کافی بالا باشد تا درحوزه فرکانسهای اولتراسوند قرار گیرد اما در تست غیر مخرب استفاده از این روش های مکانیکی و یا بعضی روشهای دیگر معمول نیست بلکه ازدو پدیده پیزوالکتریک (effect    piezo- electric ) وتنگش مغناطیسی (magnetostrictine   effect ) : به منظور تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود .

22-2 اثر تنگش یا مغناطیسی یا مگنتو ستر یکتیو (Magnetostrictive  effect):

موادفرو مغناطیسی  (عمدتا نیکل و تا حدی فولاد ) دارای این خاصیت هستند که تحت یک میدان مغناطیسی منبسط یا منقبض می شوند. همچنین یک میله فرو مغناطیسی تحت تنش کششی یا فشاری ، میدانهای مغناطیسی تولید می کنند . با استفاده از این اثر و اثر القای الکترو مغناطیسی ،امواج پیوسته اولتراسوند با فرکانسهای کم تولید می شود  که مثلا در تست بتون که در بالا بدان اشاره شد و یا پاره ای مسائل خاص دیگر که در حیطه بحث این مقاله نیستند ، کاربرد دارد .

13-2 اثر پیزو الکتریک(piezo  - electric   effect ) :

اثر پیزوالکتریک دارای اهمیت بیشتری است و برای تولید امواج در تست های غیر مخرب تقریبا منحصرا از این پدیده استفاده می شود. پاره ای ازکریستال های طبیعی یا مصنوعی دارای این خاصیت هستند که وقتی تحت کرنش مکانیکی قرار گیرند بارهای الکتریکی مثبت و منفی در دوسر کریستال ظاهر خواهد شد .نوع بارها با تغییر جهت کرنش تغییر خواهد کرد بنابراین بین دو انتهای کریستالی که به طور متناوب تحت کشش و فشار قرار گیرد،  یک ولتاژ متناوب ایجاد خواهد شد .

 

 

اثر پیزوالکتریک برگشت پذیر (reversible) است یعنی اتصال ولتاژ الکتریکی به دو سر کریستال موجب ایجاد کشش مکانیکی در کریستال خواهد شد . از این اثر پیزوالکتریک معکوس (reverse  piezo –electric  effect ) برای تولید امواج اولتراسوند و از اثر مستقیم پیزوالکتریک برای دریافت امواج استفاده می شود در حقیقت می توان از یک کریستال هم برای ارسال و هم برای دریافت امواج اولتراسوند استفاده کرد .

 

 

 

این اثر در همه کریستال ها مشاهده نمی شود .کواتز شناخته شده ترین کریستالی است که این اثر در آن دیده می شود . کریستال های طبیعی کوارتز، دارای شکل خاصی هستند که از نظر کریستال لوگرافی با محورهای x و y و z یک دستگاه مختصات دکارتی قابل توصیف است . اثر پیزواکلتریک در قطعاتی از کریستال ظاهر می شود که عمود بر محور x و یا عمود بر محور y برش داده شوند . کریستال های کوارتز با برش x درجهت میدان الکتریکی و کریستال های برش y در جهت عمود بر جهت میدان الکتریکی تغییر شکل میدهند . با این ترتیب کریستال های برش x امواج طولی و کریستال های برش y امواج عرضی تولید می کنند .دراکثر دستگاههای تست از کریستال برش x استفاده می شود و از نظر اقتصادی استفاده از کریستال های برش y فقط در آزمایشگاهها مناسب است زیرا جفت کردن قطعه مورد تست با نوسانات کریستال بسیار مشکل و پیچیده است .

 

 

 

تورمالین کریستال طبیعی دیگریست که اثر پیزوالکتریک د رآن مشاهده میگردد. اما ترانسدیوسرهای سرامیک که با روشی موسوم به روش (پولاریزاسیون ) (polariztion) خصوصیت پیزوالکتریکی کسب می کنند از اهمیت بیشتری برخوردار هستند . پولاریزاسیون فرایندی است که در آن کریستال را از دماهای بالا تحت تاثیر ولتاژهای قوی الکتریکی خنک می کنند. این اثر پیزوالکتریک در اثر گرما کردن مجدد و رسیدن کریستال به دمای بالاتر از دمای کوری (curie  temperature) از دست می رود و کریستال غیر قطبی می شود . مهمترین موادی که برای ساختن ترانسدیو سرهای سرامیک به کار می روند عبارتند از تیتانات باریم ، سولفات لیتیم ، زیر کونات ، تیتانات سرب (pzt) و متانیوبات سرب .

 

 

 

 

2-2 روشهای تست اولتراسوند :

چنانکه دربخش 42-1 اشاره شد بخشی از موج اولتراسوندی که برمرز بین دو محیط فرود می آید به محیط دیگر انتقال می یابد و بخش دیگر به محیط اول باز می گردد. هرگونه عیب درقطعه به علت داشتن مقاومت صوتی متفاوت ،بخشی از امواج اولتراسوند منعکس شده و یا بخش دیگر را منتقل می نماید .با این ترتیب بسته به این که بخش منعکس شده ویا بخش انتقال یافته امواج درتست بررسی و ارزیابی گردد، دو روش مختلف تست اولتراسوند وجود دارد .

21-2 روش موج انتقالی (Transmission  method)

در روش موج انتقالی با جفت کردن یک فرستنده به یک طرف قطعه ویک گیرنده به طرف دیگر قطعه ، قسمت انتقال یافته موج فرستاده شده برای تست مورد استفاده قرار می گیرد .وجود عیوب در قطعه بین فرستنده و گیرنده باعث می شود که شدت موج اولتراسونیک (فشار موج ) دراثر انعکاس جزئی یا کلی کاهش یابد و یا حتی به صفر برسد (شکل 23). درروش موج انتقالی ، استفاده از امواج پیوسته یا امواج تپشی (پالس)علی السویه است زیرا فرستنده و گیرنده از نظر الکتریکی کاملا جد ا هستند .عمق (یا موقعیت مکانی ) عیب را درون قطعه با این روش نمی توان مشخص کرد . دراین روش تست دو ناحیه جفت شدگی بین پروب ها و قطعه وجود دارد که هرکدام بر شدت موج دریافت شده تاثیر می گذارد: یکی ناحیه تماس بین فرستنده و قطعه و دیگری ناحیه تماس بین گیرنده و قطعه. علاوه بر این بسیار مهم است که تغییر مکان فرستنده و گیرنده به دقت هماهنگ شود .

22-2   روش بازتاب تپشی (pulse   Echo  Technique)

دراین روش از بخشی از موج که منعکس می شود برای بررسی عیوب استفاده می شود . در این حالت ترانسدیوسر پیزوالکتریک هم به عنوان فرستنده و هم به عنوان گیرنده عمل می کند . انرژی فرستاده شده به درون قطعه خیلی بیشتر از انرژی است .

 

 

 

 

که از موج بازتاب دریافت می شود و استفاده از امواج پیوسته ممکن نیست. لذا باید ازامواج  تپشی استفاده کرد. بدین منظور ،یک پالس بسیار کوتاه الکتریکی ، موج مشابهی در ترانسدیوسر تولید می کند . بلافاصله پس از این در حالت که هنوز موج در قطعه منتشر می شود . همان ترانسدیوسر آماده دریافت امواج می گردد و به عنوان یک گیرنده عمل می کند .موج اولتراسوند به انتشار خود ادامه می دهد تا سطحی مرزی بین دو جهت باعث انعکاس جزئی یا کلی موج گردد . اگر سطح منعکس کننده عمود بر جهت انتشار باشد، موج بازتاب به مبدا  خود باز می گردد. مدت زمان رفت وبرگشت بستگی به سرعت انتشار موج و فاصله بین ترانسدیوسر و منعکس کننده دارد .ترانسدیوسر امواج دریافتی را به پالس های الکتریکی تبدیل می کند .البته به دلایلی که دربخش 42-1 توضیح داده شد فقط بخشی از انرژی صوتی منعکس  شده به انرژی الکتریکی تبدیل می شود  ،بخش دیگر درمرز بین قطعه و ماده جفت کننده مجددا منعکس می شود. این بخش باید دوباره مراحل فوق را طی کند . به این ترتیب چندین پالس به دنبال هم دریافت می شود .

 

 

 

 

 

 

 

باید به این نکته اشاره کرد که دیواره پشت قطعه و هر گونه عیبی درون قطعه پالس های متوالی به وجود می آورند (شکل 25). چون مدت رفت و برگشت موج قابل اندازه گیری است و سرعت صوت در بیشتر مواد معلوم است ، می توان فاصله منعکس کننده و ترانسدیوسر را محاسبه کردبه این ترتیب بر خلاف روش موج انتقالی می توان موقعیت مکانی عیب را مشخص کرد . (شکل 26)و به همین دلیل در بیشتر موارد از این روش تست استفاده می شود.مزیت دیگر این روش وجود فقط یک ناحیه تماس بین قطعه و ترانسدیوسر است که کار جفت کردن قطعه و پروب را ساده تر می کند و شرایط انجام تست از ثبات برخوردار می گردد.

23-2 روشهای دیگر

 

دو روش دیگر تست اولتراسوند یعنی روشهای تشدید (رزونانس Resonance) و مدولاسیون فرکانس (Freqency modulation) را نمی توان با دستگاههای معمولی بازتاب پالس انجام داد .توضیح این روشها خارج از حیطه بحث این مقاله است و فقط جهت تکمیل موضوع به آنها اشاره شد .

 

 

 

 

3-2 =پروب اولتراسوند

31-2  مشخصات پروب :

همه پروب های اولتراسوند در تست غیر مخرب بد کار برده می شوند . براساس اثر پیزوالکتریک کار می کنند. ترانسدیوسر ، که اغلب بد غلط به آن کوارتز می گویند . بوسیله یک پالس کوتاه الکتریکی به نوسان در میآید . فرکانس این نوسانات ، فرکانس طبیعی (natural   frequency) کریستال است ودامنه آنها به تدریج کم می شود همانگونه که صدای یک زنگ پس از ضربه خوردن کم کم محو می شود .فرکانس طبیعی مزبور را  می توان از  رابطه زیر بدست آورد :

 

فرکانس طبیعی کریستال = F0

سرعت صوت در ماده ترانسدیوسر = c

ضخامت کریستال = d

 این نوسانات باید درکوتاهترین مدت زمان ممکن  تضعیف شوند و ازبین بروند تا ترانسدیوسر آماده دریافت امواج بازیابی گردد و مانند یک گیرنده عمل کند. در عین حال شدت تضعیف نباید بیش از اندازه باشد زیرا از حساسیت پروب کاسته خواهد شد. ازدیاد حساسیت پروب که به توان پروب مربوط میشود مغایر است با ازدیاد قدرت تفکیک (resoution) پروب که به کوتاه بودن مدت زمان پالس یا به عبارت دیگر باریک بودن پالس (narrow pulse) ارتباط دارد. منظور ازقدرت تفکیک ، توانایی پروب یا کل دستگاه تست در ایجاد علامت های جداگانه برای عیب هایی که نزدیک هم قرار دارند و تشخیص بین آنهاست. همچنین باید بین قدرت تفکیک در فاصله نزدیک (short Distance Resolution) و قدرت تفکیک در فاصله دو (Far Distance Resolution) فرق نهاد ، منظور از فاصله در عبارت های فوق ، فاصله با فرستنده پالس است و قدرت تفکیک در فاصله دور و نزدیک ممکن است متفاوت باشد.

پروبی که نوسانات را کم تضعیف می کند، دارای توان و حساسیت بیشتری است ، اما قدرت تفکیک آن به سبب پالس های گسترده کم است .

پروبی که نوسانات را به شدت تضعیف می کند دارای قدرت تفکیک بیشتر و توان و حساسیت کمتر است .

توان یا قدرت تفکیک پروب به جنس پروب بستگی دارد. سازندگان پروب های اولتراسوند سعی می کنند به بهترین وجد بین عوامل تعیین کننده دو خصوصیت مطلوب فوق که با یکدیگر مغایرت دارند ، سازش برقرار کنند. بعضی اوقات پروب های مخصوص ساخته می شوند که هم از توان بالا و هم از قدرت تفکیک خوب برخور دارند .

برای انتقال انرژی کافی به درون قطعه مورد تست ، پروب باید حداقل چند نوسان تولید کند .چون در فرکانس های کم هر نوسان به مدت زمان بیشتری نیاز دارد .(برای مثال در فرکانس 1 مگاهرتز 1 میکرو ثانیه و در فرکانس 10 مگاهرتز 1/. میکرو ثانیه ) پروب هایی که دارای فرکانس کمتر هستند پالس های عریض تر

 

 

 

32-2  میدان صوتی (Sound Fied)

فضایی را که تحت تاثیر نوسانات اولتراسوندی قرار می گیرد که پروب به محیط انتشار انتقال داده است ،میدان صوتی می گویند. خصوصیات این میدان برای تعیین اندازه عیب از اهمیت بسیار برخوردار است . بنابراین درباره  پاره ای واژه های خاص مربوط به میدان صوتی و تغییرات فشار صوت در آن ،بطور مختصر صحبت خواهیم کرد. بنا بر اصول فیزیکی ، پروب امواج صوتی را در جهت عمود بر سطح خود به درون قطعه

گسیل می دارد و دراولین مرحله امواج به صورت پرتویی تخت ، با سطح مقطعی به شکل پروب و با همان قطر انتشار می یابند .

پس از طی فاصله ای این پرتو واگرا می گردد و به شکل یک مخروط در می آید .این وضع درشکل 28 نمایش داده شده است:

 

 

 

فضایی را که در آن امواج اولتراسوند به صورت امواج تخت منتشر می شوند، میدان نزدیک (Near Field) و فضای انتشار امواج اولتراسوند به صورت مخروطی را میدان دور (Far Field) می گویند.

فاصله ای را که در آن میدان نزدیک به میدان دورتبدیل می شود ، برد میدان نزدیک (Near field range) یا "طول میدان نزدیک "(Near field length) می گویند. این فاصله به قطر کریستال و طول موج در محیط انتشار بستگی دارد و از رابطه زیر به دست می آید :

 

برد میدان نزدیک =

قطر کریستال (قطر موثر که معمولا چند درصد از قطر اصلی کمتر است ) =D

طول موج=

فرکانس = F

سرعت صوت = c

از آنجا که برد میدان نزدیک به طریق تجربی قابل تعیین است ، کمیت های دیگر را می توان براساس آن محاسبه کرد . با این روش ، قطر موثر کریستال از رابطه زیر به دست می آید :

 

فشار امواج اولتراسوند درمیدان نزدیک به میزان زیادی به مکان بستگی دارد و در نتیجه ارتفاع پالس بازتابی که یک عیب واقع در برد میدان نزدیک ، تولید میکند ، به موقعیت عیب در پرتو صوتی بستگی خواهد داشت .علت این پدیده ، تداخل امواج در میدان نزدیک است .به همین علت تخمین اندازه عیب در میدان نزدیک تقریبا غیر ممکن است .

در میدان دور ، پرتو صوتی به صورت مخروطی گسترده می شود.فشار امواج اولتراسوند ، در محور پروب بیشترین مقدار را دارد و با ازدیاد فاصله از پروب کاهش می یابد .فشار امواج در اثر دور شدن از این محور نیز کاهش می یابد .اگر صفحه ای فرضی در فاصله ثابتی از پروب ، عمود بر محور پروب در نظر بگیریم ، بنا به تعریف ، سطح مقطع پرتو مخروطی اولتراسوند مجموعه نقاطی بر روی این صفحه است که فشار موج در آن نقاط 10% مقدار فشار درمحل تلاقی محور با صفحه است .زاویه این مخروط زاویه گسترش پرتو (angle of beam spread) خوانده می شود و از زاویه زیر به دست می آید :

 

روابط فوق برای ترانسدیوهای مدور صحیحند. برای ترانسدیوسرهای مستطیل شکل روابط پیچیده تری برقرار می باشد. مثلا برد میدان نزدیک از رابطه زیربه دست می آید :

 

طول موج =                         طول مستطیل =                 عرض مستطیل =

در این حالت ، سطح مقطع میدان صوتی مستطیل شکل است و زاویه گسترش پرتو در جهت عرض مستطیل بزرگتر خواهد بود. در اینجا نیز می توان ، پس از تعیین تجربی طول و میدان نزدیک ، یک قطر موثر ، برای این نوع ترانسدیوسر محاسبه کرد.

 

 

 

33-2  ساختمان پروب های اولتراسوند

331-2   انتشار عمودی امواج : قوانین این نوع انتشار امواج در بخش 421-1 توضیح داده شده است.

3311-2 پروب نرمال یا پروب عمودی (Normal probe)

پروب نرمال امواج را در جهت عمود بر سطح خود به درون قطعه گسیل می دارد و نام آن از همین ناشی شده است . دو طرف ترانسدیوسر، به منظورایجاد اتصال الکتریکی ،دارای روکش فلزی هستند .یک طرف به قطعه میراننده نوسانات (block Damping) چسبانده شده و طرف دیگر یا مستقیما با قطعه کار در تماس است ویا با یک لایه محافظ ، برای جلوگیری از آسیب در اثر تماس با قطعه پوشانده شده است (کریستال حفاظ دار protected  crystal) خصوصیات پروب تا حد زیادی به خصوصیات قطعه میراننده بستگی دارد. سیم های اتصالات الکتریکی به روکش های فلزی دو طرف کریستال لحیم شده اند و از کنار قطعه میراننده عبور داده شده و به کویل الکتریکی وصل می شوند .کویل خصوصیات الکتریکی فرستنده را با کریستال تطبیق می دهد .دو سیم دیگر ،کویل را به فیش پروب (socket)متصل می کند. پروب های تست شناور دارای کابل ثابت و بجای فیش اتصال دارای پولک لاستیکی واترپروف (waterproof  grommet) هستند .به مجموعه ترانسدیوسر و قطعه میراننده و کویل تطبیق "insert" یا "nob" هم می گویند . و آنها را کلا دریک قاب فلزی حفاظت شده قرار می دهند

 

 

 

3312-2 =پروب دو کریستاله (Double Crystal probe):

پروب دو کریستاله (شکل 31 ) ، از دو ترانسدیوسر مجزا تشکیل شده است که در یک قاب قرار گرفته اند .یک مانع صوتی از تداخل متقابل (cross talk)بین دو ترانسدیوسر جلوگیری می کند .بنابراین این سیستم را می توان ترکیبی از دو روش تست مبتنی بر امواج انتقالی و و امواج بازتاب دانست. بین کریستال ها و سطح قطعه ، قطعاتی از جنس پرسپکس (perspex) قرار داده شده اند که به آنها خطوط تاخیر (Dlay lines) می گویند .برای تست قطعه کار داغ بجای پرسپکس از سرامیک های مقاوم دربرابر حرارت استفاده می شود. این خطوط تاخیر مانع از قرار گرفتن پالس فرستنده بر نقطه صفر صفحه نمایش crt می شوند که در پروب های نرمال سطح قطعه مطابق است به این ترتیب پالس فرستنده در سمت چپ نقطه صفر قرار می گیرد و با تنظیم صحیح از صفحه نمایش حذف می گردد. نحوه انتشار امواج در شکل 31 نشان  داده شده است و به شرح زیر است:

موج اولتراسوند تولید شده در فرستنده T  ابتدا از خط تاخیر عبور می کند و به سطح قطعه کار می رسد .سطح قطعه قسمتی از موج را منعکس می کند و به فرستنده باز می گرداند اما چون اتصالی بین فرستنده و گیرنده بر قرار نیست، بر خلاف پروب نرمال نشانه ای بر صفحه crt ظاهر نمی شود. بخش دیگر موج وارد قطعه می شود و پس از بازتاب از دیواره پشت قطعه مجددا به سطح قطعه می رسد و در اینجا بخش کوچکتری وارد خط تاخیر گیرنده می شود و اولین پالس بازتاب پشت قطعه را (echo backwall) درگیرنده r به وجود می آورد .قسمت دیگر موج که درسطح قطعه بازتاب دوباره یافته است ، بار دیگر ازقطعه عبور میکند و پس از بازگشت پالس دوم بازتاب پشت قطعه را ایجاد می کند. تکرار این فرایند پالس های سوم ، چهارم ،غیره ....را تولید می کند.

با احتساب از لحظه شروع پالس فرستنده ، پالس ها به ترتیب پس از طی فواصل 2s+8d,2s+6d,2s+4d,2s+2d ، غیره ... دریافت می شوند. لذا فاصله بین پالس های متوالی دو برابر ضخامت قطعه است در حالیکه فاصله بین پالس فرستنده و اولین پالس بازتاب پشت قطعه به مقدار 2s یعنی دو برابر ضخامت خطوط تاخیر ، بیشتر است .چون صفحه CRT فواصل را نشان نمی دهد بلکه فواصل زمانی را نشان می دهد ،این فواصل را باید با تقسیم بر سرعت صوت به فواصل زمانی تبدیل کرد:

 

زمان عبور = t ، فاصله طی شده = a ، سرعت صوت = c

 بنابراین فواصل زمانی که بر صفحه CRT مشاهده می شوند به ترتیب بدین قرارند:

 

که در این روابط : ضخامت خطوط تاخیر = s ، ضخامت قطعه =d

 

سرعت صوت درخطوط تاخیر = cs و سرعت صوت در قطعه = cd

 

 

 

با بذل دقت بیشتر ، این هم باید درنظر گرفته شود که قسمتی ازامواج که به کریستال های فرستنده یا گیرنده می رسند، پس از انعکاس مجدد ، با تاخیر  ، وارد قطعه و موجب دریافت پالس های دیگر می شوند ، درگیرنده این امواج ممکن است از سطح قطعه هم منعکس و با همان تاخیر  ، دوباره دریافت شوند. این مطلب درباره پالس های بعدی بازتاب از پشت قطعه هم صادق است . همچنین باید در نظر داشت که به علت زاویه گسیل امواج ، فواصل طی شده کمی از مقادیر s وd بیشتر است. برای اندازه گیریهای دقیق این اختلاف باید به حساب آورده شود.

انتخاب مواد مناسب برای خطوط تاخیر می تواند این انعکاسات را آنچنان تضعیف نماید که بر صفحه CRT ظاهر نشوند ، با اینهمه ممکن است یک پالس کوچک تداخل متقابل (cross talk echo) ، به علت نقص اجتناب نا پذیر مانع صوتی ، با اختلاف زمانی متناسب با 2s ، در نزدیکی نقطه صفر صفحه نمایش دیده شود .

 

اکثر اوقات می توان با تنظیم مناسب ، این پالس را نیز حذف کرد.

 

 

 

 

1: پالس فرستنده

2: پالس تداخل متقابل

3و4و5 : پالس های بازتاب از پشت قطعه

 

 

هنگامی که ترانسدیوسر های پروب دو کریستاله نسبت به هم زاویه ای داشته باشند (این زاویه به زاویه سقف پروب "Root Angle") موسوم است ) ، مسیر پرتوهای اولتراسوند مربوط به دو ترانسدیوسر یکدیگر را درون قطعه قطع می کنند (شکل 33). حساسیت پروب در محل تقاطع محورهای دو پرتو بیشترین است (شکل 34). ضخامت مانع صوتی بین فرستنده و گیرنده موجب به وجود آمدن یک ناحیه کور (dead Zone  )می شود.

 

 

 

 

پروب های دو کریستاله به علت وجود خطوط تاخیر و ساختمان خاص خود ،دارای حساسیت کمتری نسبت به پروب های نرمال می باشند ،اما چون با تنظیم صحیح پالس فرستنده بر صفحه نمایش ظاهر نمی شود. قدرت تفکیک آنها در فاصله نزدیک به مراتب بیشتر است .به این ترتیب با پروب های دو کریستاله می توان عیوبی که در فاصله چند میلیمتری سطح قطعه قرار گرفته اند پیدا کرد . زمینه دیگر استفاده از پروب دو کریستاله ضخامت سنجی دیواره هاست .

باید به نکته اشاره کرد که میزان بازتاب امواج از عیوبی که دارای جهت خاصی هستند . مثلا خطوط  باریک سر باره در قطعات نورد شده – به نحوه قرار گرفتن پروب نسبت به عیب بستگی دارد. معمولا بهترین نتایج هنگامی به دست می آید که پروب با جهت عیب موازی باشد.

3313-2 پروب نرمال امواج عرضی (برش):

ساختمان این پروب ها مشابه با ساختمان پروب های امواج طولی است فقط ترانسدیوسر دارای جهت کریستالوگرافی متفاوتی است که باعث می شود بجای نوسانات طولی ، نوسانات برشی و درنتیجه امواج عرضی تولید گردد. اما جفت کردن نوسانات پروب با قطعه مشکل تر است زیرا مایعات نمی توانند امواج برشی را هدایت کنند و در نتیجه از مایع نمی توان استفاده کرد( به بخش 41-21 مراجعه کنید معمولا از مواد جفت کننده سخت (مانند رزین  پوکسی : epoxy resin ) استفاده می شود و پروب ، که بوسیله یک لایه پلاستیکی محافظت می شود، با فشار زیاد به سطح قطعه فشرده می شود. همچنین می توان پروب را با موادی مانند موم بر سطح قطعه به طور ثابت قرار داد .به سبب این مشکلات پروب های برش  تقریبا منحصرا درآزمایشگاهها در مواردی مانند اندازه گیری ضریب کشسانی مواد به کار برده میشوند.

332-2 تابش امواج اولتراسوند بطور مورب:

چنانکه دربخش 442-1 توضیح داده شد امواج اولتراسوند که بطور مورب به سطحی برخورد کنند، می توانند چهار نوع موج با سرعت های مختلف و درجهات مختلف که با استفاده از قانون شکست (رابطه XI) قابل محاسبه است، تولید کنند .

3321-2 پروب زاویه ای (Angle probe ) :

پروب زاویه ی از یک کریستال تشکیل شده که به یک گوه از جنس پرسپکس چسبانده شده است . جهت تابش امواج اولتراسوند نسبت به قطعه ، مورب خواهد بود. بخشی از موج را که بازتاب می یابد ، یا قطعه میراننده جذب و به گرما تبدیل می کند، یا با انتخاب شکل هندسی مناسب برای گوه از رسیدن مجدد آن به ترانسدیوسر جلوگیری می شود. در قطعه علاوه بر امواج طولی منکسر ،امواج عرضی نیز ایجاد می گردد . مطابق با قانون شکست امواج (IX)  این دو نوع موج به سبب دارا بودن سرعت های متفاوت ، در جهات متفاوت منتشر خواهند شد.

 

 

 

برصفحه اسیلوسکوپ ، پالس های ناشی از امواج عرضی و طولی دارای شکل یکسانند و از هم قابل تمیز نیستند . بنابراین نشانه  یک عیب به علت زوایای مختلف تابش و سرعت های مختلف، به صورت های گوناگون بر صفحه اسیلوسکوپ ظاهر می شود و تعیین محل دقیق عیب ممکن نیست. راه حل این مساله به این صورت است که امواج طولی به سبب سرعت بیشتر همواره دارای زاویه شکست بزرگتر هستند (شکل 36 – الف) و با تغییر زاویه تابش می توان به حالتی رسید که موج طولی ،دیگر ، وارد قطعه نمی شود و فقط در سطح قطعه انتشار می یابد در حالیکه موج عرضی هنوز درون محیط منتشر می شود (شکل 36- ب). در این حالت زاویه بین جهت ،  انتشار موج عرضی و جهت عمود بر سطح قطعه در فولاد 2/33 درجه خواهد بود . افزایش بیشتر زاویه تابش موجب حذف موج طولی خواهد شد (در صورت استفاده از قانون شکست برای محاسبه  ، مقداری بیشتر از 1 به دست خواهد آمد که ممکن نیست.) در این حالت موج عرضی تنها موجی است که در قطعه منتشر می شود (شکل 36- ج) . در صورت افزایش بیشتر زاویه تابش به حالتی خواهیم رسید که موج عرضی نیز فقط در سطح قطعه انتشار می یابد.

 

 

 

 

پروب های زاویه ای موجود در بازار ، به نحوی ساخته شده اند که در قطعه مورد آزمایش که معمولا ازجنس فولا د است ، فقط امواج عرضی منتشر می شوند . انتشار امواج اولتراسوند به صورت یک پرتو است که محور آن همان جهت انتشاری است که تاکنون درباره آن صحبت شده . همه مطالب گفته شده در مورد میدان نزدیک و میدان دور و زاویه گسترش پرتو درباره این پروب ها نیز صادق است .محوری که بر روی ان امواج اولتراسوند دارای بیشترین فشار اکوستیک هستند . بر لبه ، پروب با عنوان نقطه گسیل پرتو (beam emmission point ) یا نشانه پروب (probe index) علامت گذاری می شود تا درمحاسبات و اندازه گیری بصورت نقطه مرجع مورد استفاده قرار گیرد . علاوه بر زاویه و نقطه گسیل پرتو (یا دو نقطه از محور پرتو موسوم به خط گسیل emissiuon line ) بر روی پروب های زاویه ای مقدار  را هم مشخص می کنند که چنانکه بعدا توضیح داده خواهد شد در محاسبات مورد نیاز است . نکات زیر را باید در استفاده از پروب های زاویه ای در نظر داشت :

(الف) زاویه مشخص شده و همچنین مقدار  فقط برای موادی صحیح است که سرعت موج عرضی درآنها 3230 متر بر ثانیه باشد. برای مواد دیگر باید این اعداد را با استفاده از قانون شکست موج تصحیح کرد.

(ب) نمایش پالس های بر صفحه CRT فقط هنگامی قابل اطمینان است که زاویه  بیشتر از 2/33 باشد تا موج طولی حذف گردد. این زاویه نیز فقط درمورد فولاد صحیح است و برای مواد دیگر باید با استفاده ازقانون شکست ،درباره وجود امواج طولی بررسی شود. درعمل معمولا از پروب هایی با زاویه های  و و

 (پروب امواج سطحی ) استفاده میشود و به علت ابهام نمایش حاصل ، از زوایای کمتر از 35  فقط در کاربردهای ویژه استفاده می شود.

(پ ) آنچه بر صفحه CRT دیده میشود  فقط زمانی کاملا عاری از ابهام است که تنها یک موج درداخل قطعه انتشار یابد . طبق قانون شکست موج، این موج همیشه موجی است که سرعت آن کمتر است ،یعنی موج عرضی و حالتی که موج طولی دارای سرعت کمتری باشد غیر ممکن است .

(ت) پروب های زاویه ای امواج طولی تولید می کنند امواج عرضی در اثر شکست امواج مزبور پس از برخورد باسطح مرزی بین قطعه کار و گوه از جنس پرسپکس به وجود میایند .

پروب های زاویه ای ، همچون پروب های نرمال ،دارای قاب فلزی که از نظر الکتریکی متصل به زمین است . و کویل تطبیق مقاومت هستند اما معمولا از قطعه میر اننده بر روی کریستال استفاده نمی شود. زیرا ضریب میرایی (attenuation) پرسپکس به حد کافی بالاست .قطعه میراننده ای که درشکل 35 نمایش داده شده ،برای جذب امواج اولتراسوند منعکس شده ازسطح زیرین پرسپکس است .

یک نکته مهم دراستفاده ازپروب های زاویه ای تعریف فاصله جهش (distance  skip) است. وقتی پروب زاویه ای با قطعه ای به ضخامت d جفت می شود ، موج اولتراسوند از دیواره زیرین قطعه کاملا منعکس می شود و درفاصله معینی دوباره به سطح فوقانی قطعه می رسد. فاصله بین نقطه  گسیل پرتو و نقطه مزبور را فاصله جهش می گویند .این فاصله درشکل 37 نشان داده شده است و مقدار آن را می توان از رابطه زیر به دست آورد:

 

فاصله جهش = ps   ، زاویه موج صوتی =   ، ضخامت قطعه = d

همانگونه که اشاره شده برای آسان کرن کار محاسبه مقدار  بر روی قاب پروب حک شده است . ارتفاع پالس بازتاب یافته ازلبه قطعه ، هنگامی بیشترین خواهد بود که فاصله لبه قطعه تا نقطه کسیل پرتو ضریبی از نصف فاصله جهش باشد

 

برای ضرایب فرد انعکاس از لبه پایین و برای ضرایب زوج بازتاب از لبه بالا خواهد بود  .

 

 

 

 

اگر انعکاسی از سطوح دیگر قطعه صورت نگیرد و موج قبل از برخورد به دیواره ها مستقیما با یک عیب برخورد کند فاصله ای بنام تصویر فاصله عیب (distance projection) به نحو زیر تعریف می شود :

 

 

S در اینجا فاصله بین سطوح قطعه و منعکس کننده موج (در جهت کسیل پرتو) است

 

 

 

این روابط برای مشخص کردن موضع عیب درون قطعه حائز اهمیت فراوان هستند .در پاره ای موارد برای آزمایش گر ساده تر است که فاصله عیب را با لبه جلوئی پروب مشخص کند ، در این صورت از فاصله جهش کاسته (reduced  skip distance) صحبت میشود .

روابط فوق برای سطوح تخت قابل صحیح هستند و در سطوح خمیده  فاصله جهش به شعاع انحنای سطح هم بستگی دارد .رابطه مربوط به قرار زیر است :

 

 

زاویه ای است که موج در رسیدن مجدد به سطح طی می کند و ازمرکز انحنای سطح اندازه گرفته می شود.

 

 

 

 

چون حل این معادله به منظور به دست آوردن مقدار  مشکل است .معمولا محاسبه را برای سطوح تخت انجام می دهند وتاثیر انحنای سطح را به صورت یک ضریب در معادله منظور می دارند:

 

ضریب تصحیح k بستگی به نسبت بین ضخامت قطعه d وشعاع انحنای قطعه R دارد و مقدار آنرا می توان از منحنی های شکل 40 به دست آورد.

 

 

 

 

در مواردی که انعکاس از سطوح زیرین قطعه صورت نمی گیرد مثلا درتست قطعات صلب ، محاسبه فاصله جهش بسیار ساده تر است.

 

 

 

 

دراین موارد روابط زیر صادقند:

 

همچنین باتوجه به نحوه انتشار امواج می توان دید که حتی با پروب معمول 35 درجه نمیتوان  قسمت مرکزی این قطعات را مورد تست قرار داد. با توجه به شکل 42 این رابطه بدست می آید :

 

یا برحسب قطر قطعه D=2R

 برای زاویه 35 درجه مقدار d/D=./21 بدست می آید .

 

 

 

این بدان معنی است که فقط لوله هایی را می توان  کاملا مورد تست قرار داد که نسبت ضخامت لوله به قطر خارجی لوله 2/. یا کمتر باشد.

3322-2 پروب تست لوله

پروب تست لوله از دو پروب زاویه ای تشکیل شده است که نحوه قرار گرفتن آنها نسبت به هم ، موجب انتشار دو پرتوی اولتراسوند به صورت موازی در دو جهت مخالف ، یکی در جهت و دیگری در خلاف جهت حرکت عقربه های ساعت ،در قطعه می شود .کاربرد این پروب های در پیدا کردن ترکها و عیوب موربی است که تنها از طریق تشخیص جهت انتهای آنها در دیواره لوله، قابل شناسایی می باشند . دراین ترکیب خاص دو پروب زاویه ای ، هر ترانسدیوسر پالس ترانسدیوسر دیگر را به منزله بازتاب مرجع دریافت می کند .

 

 

 

 

1-  پالس فرستنده

2-  بازتاب عیب دریافت شده در پروب A

3-  بازتاب مرجع

4-  بازتاب عیب دریافت شده در پروب B

 ب- نمایش بازتاب مرجع q عیب با پروب تست لوله

چنانکه در شکل 43 –ب نشان داده شده ، عیبی که در جهت شعاع لوله قرار گرفته باشد ، دو پالس تولید می کند .نمایش ترک بر صفحه اسیلوسکوپ هنگامی که ترک درست در مقابل پروب قرار گیرد ناپدید می شود.عیوب مورب فقط یک پالس تولید می کنند که بسته به جهت و نحوه قرار گرفتن عیب نسبت به پروب در طرف چپ و راست پالس مرجع مشاهده خواهد شد. ازاین روش فرستادن دوپرتو در دو جهت مخالف به درون لوله یا میله امروزه فقط درخطوط اتوماتیک تست استفاده می شود.

 

3323-2 پروب امواج لمب (Lamb Wave probe):

 

یک موج اولتراسوند که به طور مورب بر یک ورقه فلزی تابیده می شود تحت شرایط خاصی (شرایط بر انگیختگی stimulating  conditions) می تواند در آن امواج لمب (امواج ورقه ای ) تولید کند. این بدان معنی است که تمام ورقه مانند یک تشدید کننده (resonator ) به نوسان در می آید . موج لمب می تواند انبساطی و یا خمشی باشد (به بخش 1 ، شکل 12 مراجعه کنید). برانگیختن امواج لمب به فرکانس ،زاویه تابش ، سرعت صوت و ضخامت قطعه بستگی دارد. درعمل می توان با تغییر پیوسته زاویه تابش امواج لمب را درقطعه برانگیخت . تحت زوایایی تابش خاصی امواج لمب تولید می شوند .ضخامت قطعه باید در حدود طول موج باشد. پروب امواج لمب ، اساسا ، یک پروب زاویه ای است که زاویه آن را می توان به طور پیوسته تغییر داد. یکی از معمول ترین روشهای ساخت پروب لمب درشکل 44 نشان داده شده ، اما روشهای متعدد ساخت دیگری نیز وجود دارد.

 

 

 

 

 

پالس بازتاب امواج لمب شکل خاصی دارند که در شکل 45 نشان داده شده و این شکل خاص ، تشخیص امواج لمب را آسانتر می کند. امواج لمب هنگامی که شرایط انتشار آنها مناسب نباشد کاملا منعکس می شوند و به همین علت در پیدا کردن عیوب موثرند . برای مثال ، تورق ،موجب تغییر ضخامت  ورقه فلزی می گردد و امواج لمب نمی توانند درضخامت جدید انتشار یابد. بدین جهت تست با امواج لمب از حساسیت بالا برخوردار است . حساسیت عیب یابی به نوع عیب و جهت قرار گرفتن عیب ونوع و مرتبه (order ) موج لمب نیز بستگی دارد.برای مثال امواج خمشی خیلی بهتر از امواج انبساطی تورق را مشخص می کنند زیرا ممکن است عیب درلایه ای از ورقه قرار گیرد که در امواج انبساطی هیچ حرکتی ندارد.

 

 

زمینه اصلی کاربرد امواج لمب تست تورق و تست ناهمگونی ها در ورقه ها و صفحات فلزی است که استفاده ازپروب های نرمال یا دوکریستاله به علت ضخامت کم قطعه امکان پذیر نیست و یا نیاز به تست یکباره و کامل قطعه است (پروب حرکت داده نمی شود ) .معمولا تا ضخامت های 6 میلیمتر را با امواج لمب مورد تست قرار می دهند حد بالای ضخامت برای تست با امواج لمب  بین 12 تا 16 میلیمتر است و به خواص قطعه مورد تست و فرکانس تست بستگی دارد.

324-2  پروب امواج سطحی (surface  wave  probe) :

پروب امواج سطحی یک نوع پروب زاویه ی است که زاویه انتشار موج آن درقطعه 90 درجه است (شکل 36 – د) . برای این پروب نمی توان نقطه ای به عنوان نقطه گسیل موج تعریف کرد. درمقایسه با انواع  دیگر امواج حساسیت بالایی نسبت به همه نوع لایه های سطحی نشان میدهند کاربرد این امواج محدود است و عمدتا در تشخیص ترک های مویین و ناهمگونی ها در سطوح صیقلی از آنها استفاده میشود. از آنجا که امواج سطحی فقط به اندازه نصف طول موج درون قطعه رخنه می کنند عیب ها و ترک های عمیق تر موجب انعکاس قویتری نمی شوند .از طرف دیگر امواج سطحی می توانند در سطوح خمیده ای که نسبت شعاع انحنای سطح به طول موج بزرگ باشد، انتشار یابند و انحنای سطح را دنبال کنند. به سادگی می توان دریافت که پالس بازتاب دریافت شده ، دراثر امواج سطحی به وجود آمده یا خیر زیرا با لمس کردن سطح قطعه بین پروب و محل عیب ، دامنه بازتاب برای امواج سطحی کاهش خواهد یافت درصورتیکه برای امواج دیگر دامنه تغییر ی نخواهد کرد(بعضی از امواج لمب نیز این رفتار را نشان می دهند.)

4-2 دستگاه های تست اولتراسونیک

41-2 دستگاه اصلی:

 

نحوه عملکرد یک دستگاه تست اولتراسونیک درشکل 46 نشان داده شده است :

 

 

 

 

 

 

- دستگاه تست التراسونیک به روش بازتاب پالس (با امکان تنظیم برای استفاده از روش امواج انتقالی یا پروب های دو کریستاله )

یک مولد پالس (pulse generator) فرستنده (pulse  transmitter) را تغذیه می کند . مقدار اوج (peak value) این پالس های الکتریکی کوتاه مدت معمولا درحدود چند صد ولت است .در دستگاههای لامپی قدیم این ولتاژ اوج به پنج کیلو ولت می رسید . این ولتاژهای قوی کاملا بی خطرند زیرا مدت زمان آنها بسیار کوتاه است . همان مولد پالس از طریق یک مدار تاخیر زمانی (time delay circuit) باعث شروع ولتاژپایه زمانی (time – base  voltage)اسیلوسکوپ می شود.پالس های بازتابی که از قطعه کار دریافت می شود، پس از یک سویه شدن (rectification) و تقویت شدن (amplification) صفحات عمودی لامپ اشعه کاتودیک را (ray tube cathode) یا باختصار CRT تغذیه می کنند.

ضخامتی از قطعه که بر صفحه CRT به نمایش در می آید با تغییر آهنگ افزایش ولتاژ پایه زمانی تنظیم می شود. هر زمان که به ترانسدیوسر بار الکترونی یا ولتاژ الکتریکی اعمال گردد(به علت ارسال یا دریافت پالس ) پرتو الکتریکی CRT در جهت عمودی جابجا خواهد شد . وقتی از روش انتقال امواج یا پروب دو کریستاله استفاده می شود خروجی فرستنده از ورودی گیرنده جدا می شود .مدارهای محافظ مانع می شوند که ولتاژ های قوی فرستنده به گیرنده آسیب برساند.

امروزه دستگاههای مدرن ، به خصوص در خطوط تست اتومایک ، به صورت قسمت های جداگانه (مدول module) ساخته می شوند. با این همه برای آسان کردن کار بازرسی و نگهداری ، دستگاههای تست دستی هر چه بیشتر به صورت دستگاههای سبک و کوچک ساخته می شود.قابلیت ترکیب این دستگاهها بادستگاههای چند قسمتی ، امکانات متنوعی را فراهم می کند. قسمت های مکمل (auxiliary modules) همچون انواع مونیتور (monitor) و مدارهای تطبیق (matching circuits) برای استفاده همزمان از چند پروب و دستگاههای پردازش رمز (دیکودر decoder ) و مدارهای تقویت اولیه(preamplifier) جداگانه برای فرستنده و گیرنده، در این نوع سیستم قابل ادغام است .به این ترتیب می توان برای مسائلی که در شرایط مختلف تست مطرح می شود به بهترین و موثرترین راه حل دست یافت.

مهمترین تنظیم های موجود  در دستگاههای معمولی اولتراسوند به شرح زیر است :

411-2 قدرت پالس (pulse strength) یا توان فرستنده (Transmitter  power):

این تنظیم ، توان پالس را یا به صورت پیوسته یا پله تغییر می دهد . در بیشتر موارد .بهتر است ازتوان کم استفاده شود زیرا پالس ها باریکتر و در نتیجه قدرت تفکیک بیشتر خواهد بود. ازتوان بیشتر باید هنگامی استفاده شود. که نویز الکتریکی (electrical  noise) زیاد باشد یا به علت پراکندگی یا جذب امواج ،امواج اولتراسوند در قطعه به شدت تضعیف شوند. در این حالت از قدرت تفکیک کاسته خواهد شد. در هر تست باید تا حد امکان از توان پالس کاسته شود تا به بهترین قدرت تفکیک ممکن دست یافت .

412-2 حساسیت (sensitivity ) یا ضریب تقویت (Gain)

بوسیله این کنترل می توان ارتفاع پالس هایی را که بر صفحه CRT مشاهده می شوند تغییر داد.ضریب تقویت با واحد دسی بل (decibel) با حروف اختصاری dB اندازه گیری می شود و تغییر 6 دسی بل در ضریب تقویت معادل با نصف شدن یا دو برابر شدن ارتفاع پالس است (به بخش 443-1 مراجعه شود).

 

 

 

 

 

 

6dB در ارتفاع پالس

413-2 تنظیم آستانه (Threshold Regulator) یا حذف سیگنال های اضافی (suppression):

4131-2 حدف غیر خطی (Nonlinear suppression) : در حذف غیر خطی ارتفاع پالس ها کاهش می یابد اما در اینجا تفاوت ارتفاع دو پالس مختلف ثابت می ماند . بنابراین گرداندن تنظیم در جهت عقربه های ساعت ارتفاع تمام پالس ها را به یک اندازه کم می کند که مقدار کاهش به صورت درصدی از ارتفاع صفحه CRT بیان میشود . دراین حالت نسبت واقعی بین اندازه پالس ها برصفحه CRT برقرار نیست اما بسیاری از پالس های کوچک و نامطلوب از صفحه نمایش حذف خواهند شد وبررسی صفحه نمایش ساده تر خواهد شد.

 

هرگاه طبقه بندی عیوب براساس ارتفاع پالس مورد نظر باشد ، نباید از حذف غیر خطی استفاده کرد. همچنانکه درشکل 48 نشان داده شده پالسی که ارتفاع آن فقط کمی ازآستانه تنظیم شده بیشتر باشد پس از حذف غیر خطی موجب جابجایی بسیار کوچک پرتو الکترونی در بالای خط افقی پایه در صفحه CRT خواهد شد.

 

 

 

 

 

 

شکل 48- حذف غیر خطی :شکل پایین پالس های شکل فوق را پس از حذف غیر خطی به میزان 50 درصد ارتفاع صفحه نمایش نشان می دهد

 

 

 

 

 

4132-2 حذف خطی (Linear suppression): درحذف خطی اندازه پالس هائی که دارای ارتفاع بیشتر از ولتاژ آستانه هستند تغییر نمی کند. اما کلیه پالس هائی کمتر از ولتاژ آستانه حذف خواهند شد(شکل 49 ). ازاین روش بیشتر در خطوط تست اتوماتیک و آزمایشگاهها استفاده می شود و در تست های دستی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا تاثیرات حذف خطی در صفحه نمایش ممکن است برای تکنیسین گیج کننده باشد.

 

 

 

 

 

معمولا به قدرت تفکیک بالا نیاز است در نتیجه سعی می شود پالس ها تا حد ممکن باریک تر باشند .اما وقتی طول های مورد اندازه گیری زیاد باشد، پالس های بازتاب اغلب بسیار باریک و سوزنی شکل خواهند بود و بررسی صفحه نمایش مشکل خواهد شد. دراین موارد برای افزایش تشخیص پذیری پالس ها میزان فلیتر شدن افزایش داده می شود تا پالس های واضح و عریض تری به دست آید گرچه مقداری از قدرت تفکیک کاسته خواهد شد . دربسیاری موارد افزایش طولی که بر صفحه اسیلوسکوپ به نمایش در می آید خود بخود موجب افزایش میزان فلیتر ینگ می گردد.

 

 

 

 

 

415-2  تنظیم طول اندازه گیری (Masuring Length Regulator)

این تنظیم ، تغییر مقیاس صفحه نمایش راممکن می سازد و می توان طول مورد نظر را به طور کامل درصفحه نمایش جای داد . هنگام کالیبره کردن دستگاه باید نکات زیر را درنظر داشت :

الف) در روش بازتاب پالس طول نمایش داده شده ، ازنظر زمانی به مدت زمان رفت و برگشت موج در قطعه مربوط می شود.

ب) دستگاه برای فقط یک سرعت صوت کالیبره می شود، این سرعت معمولا سرعت امواج طولی در فولاد است یعنی 5920 متر در ثانیه .

ج) بهتر است دستگاه بگونه ای کالیبره شود که ازتمام فاصله بین سمت راست سمت چپ صفحه نمایش استفاده شود.

416-2 تنظیم صفر صفحه نمایش یا جابجایی صفحه نمایش :

به کمک این تنظیم کلیه پالس های صفحه CRT را بدون تغییر مقیاس می توان در صفحه نمایش جابجا کرد .به این ترتیب آن قسمت از نمایش پالسها را که حاوی اطلاعات نیست (مانند مسیری که موج در تست های شناور درآب طی می کند) می توان به سمت چپ صفر صفحه نمایش، خارج ازحوزه دید ، انتقال داد و قسمت دیگر نمودار را که حاوی اطلاعات مورد نظر است به طور کامل در صفحه نمایش جای داد (شکل 51).

 

 

 

 

1: پالس فرستنده

2:پالس بازتاب ازسطح قطعه

3: پالس بازتاب از عیب

4: اولین پالس بازتاب از دیواره پشت قطعه

5و 6و7: پالس های دوم و سوم و چهارم بازتاب ازپشت قطعه

شکل 51- روش تست شناور : (شکل بالا) نمایش پالسها شامل مسیر طی شده در آب و چند پالس بازتاب ازدیواره پشت قطعه

(شکل پایین) جای دادن وگسترش قسمت مورد نظر بر صفحه نمایش

 

417-2 تنظیم سرعت صوت: بوسیله این تنظیم می توان درجه بندی صفحه نمایش و درجه بندی تنظیم طول دستگاه تست را با ضخامت قطعه مورد نظر تطبیق داد. برای کالیبره کردن مجدد دستگاه باید تنظیم طول دستگاه را بر اندازه قلعه مورد نظر قرار داد و سپس به کمک تنظیم صفر و تنظیم سرعت صوت  ،دو پالس متوالی دیواره عقب را به طور کامل در صفحه نمایش جای داد . واضح است که تاثیر تنظیم سرعت صوت در صفحه نمایش مشابه به تاثیر تنظیم طول می باشد.

418-2  تنظیم بزرگنمای عمقی (Depth Magnifier) : این تنظیم که بیشتر در دستگاههای قدیمی پیدا می شود تصویر صفحه نمایش را چند برابر (معمولا بین دو تا پنج برابر) عریض تر می کند تا بررسی جزئیات به صورت دقیق تر صورت گیرد. در دستگاههای جدید همین عمل را می توان به کمک تنظیم طول و تنظیم صفر دستگاه انجام داد.

42-2 انواع مونیتورها (Monitors) :

مونیتور وسیله ای کمکی است که از آن در تست های کاملا اتوماتیک ویا نیمه اتوماتیک استفاده می شود . در تست دستی نیز ، هنگامی که تست باید چندین بار تکرار شود، مونیتور می تواند بسیار مفید باشد زیرا شخص آزمایشگر را از مراقبت دائمی صفحه نمایش می رهاند و وی می تواند توجه خود را بر قرار دادن صحیح پروب و جفت کردن صحیح آن با قلعه کار متمرکز نماید . حوزه عملکرد مونیتور به صورت دو پالس عمودی مستطیل شکل بر روی صفحه نمایش ، قابل رویت است (شکل 52). موقعیت مکانی و گستردگی این حوزه عمل را که به آن گیت (gate) هم می گویند . می توان با تنظیم های مربوط ، تغییر داد.

 

 

 

 

هرگاه پالسی دردرون حوزه عمل مونیتور واقع شود، مونیتور با ارسال یک سیگنال آزمایشگر را مطلع می کند . مونیتور ها برحسب نحوه خبر کردن و نوع سیگنال خود طبقه بندی می شوند:

421-2 مونیتور سیگنال دهنده (Singnal  Monitor) :

اینگونه مونیتورها هنگامی تولید سیگنال می کنند که یک پالس بازتاب در حوزه عمل آنها قرار گیرد و ارتفاع آن از آستانه قبلا تنظیم شده ای بیشتر یا کمتر باشد. این سیگنال می تواند سیگنال الکتریکی ، سیگنال چشمی (لامپ خبر pilot  lamp) و یا سمعی (زنگ یا سوت) باشد . اگر بیش از یک پالس بازتاب داخل گیت مونیتور قرار گیرند، سیگنال ، سیگنالی که بیشترین دامنه را داشته باشد ،موجب ارسال سیگنال خواهد شد.

422-2 مونیتورهای تناسبی(proportional monitor):

مونیتور های تناسبی ، یک ولتاژ D.C.  تولید می کنند که مقدار آن با ارتفاع پالسی که در گیت آنها واقع می شود متناسب است .در صورت قرار گرفتن چندین پالس ر گیت مونیتور ،پالسی که دارای بیشترین ارتفاع است مقدار ولتاژ خروجی D.C. را تعیین کرد. مونیتورهای تناسبی معمولا دارای عقربه و صفحه مدرجی هستند که بر حسب درصد ارتفاع صفحه نمایش درجه بندی شده است :

نوع دیگر مونیتور تناسبی مونیتور دیجیتال است که بر طبق همان اصول عمل می کند ، اما بجای عقربه و صفحه مدرج دارای صفحه نمایش دیجیتال است .

423-2 مونیتور جامع(universal  monitor) :

مونیتور جامع ترکیب دو مونیتور سیگنال دهنده و تناسبی است یعنی نوع مونیتور تناسبی مجهز به دو خروجی جداگانه (ولتاژ DC وسیگنال خبری) است .

424-2 مونیتور زمان عبور (traveling time m,onitor) :

مونیتور زمان عبور ،ولتاژ خروجی D.C. متناسب با زمان عبور موج اولتراسوند درقطعه  ،یعنی فاصله بین پالس بازتاب مورد نظر ویک پالس مرجع(پالس فرستنده یا پالس بازتاب از سطح ) تولید می کنند . وقتی چند پالس بازتاب در حوزه عمل مونیتور قرار گیرند بازتابی که کوتاهترین زمان عبور را داراست مقدار ولتاژ D.C. را تعیین خواهد کرد.

نوع دیجیتال این مونیتور معمولا برای اندازه گیری ضخامت دیواره ها به کار می رود.

این نوع مونیتور که به مونیتور ضخامت دیواره (Wall thickness monitor) نیز معروف است ، ضخامت را به صورت رقم نشان مید هد و خروجی دیگری با کد BCD است .

425-2 مونیتور انتگرال گیرنده (intergrating monitor) : مونیتور انتگرال گیرنده بررسی همزمان چندین بازتاب را (echo mountains) ممکن می سازد. نحوه کارآن مشابه با مونیتورهای تناسبی است ولی ولتاژ خروجی D.C آن متناسب با مساحت بین  محور افقی و پالس هایی است که در حوزه عمل مونیتور قرار گرفته اند .به این ترتیب دامنه بلندترین پالس تعیین کننده مقدار ولتاژ خروجی نخواهد بود بلکه ناپدید شدن بعضی از پالس های بازتاب یا تغییر ارتفاع آنها بدون اینکه در بلندترین پالس تغییری حاصل شوند . برخلاف مونیتور تناسبی، میزان ولتاژ خروجی را تغییر خواهد داد. خروجی دیگر نیز در دسترس است که می تواند نشان دهد آیا مساحت زیر پالس ها از مقدار از پیش تنظیم شده ای تجاوز کرده یا کمتر شده است .

 

5-2 دستگاه ها و پروب های مخصوص

51-2 دستگاهها:

511-2 صفحه نمایش LED

صفحه نمایش LED اولین تلاشی بود که در راه جایگزین نمودن حساس ترین قسمت دستگاههای عیب یاب اولتراسوند .یعنی لامپ اشعه کاتودیک CRT و متعلقات ولتاژ قوی آن ، با دستگاهی ساده تر و دارای حساسیت کمتر به عمل آمد. نتیجه کار کوچکترین و سبک ترین عیب یاب اولتراسوند است که تاکنون ساخته شده ، یعنی اکوتست 1006 (Echotest 1006) .صفحه نمایش این دستگاه از 55 دیود تابنده نور (light emitting diode یا به اختصار LED ) به صورت افقی و 11 ستون عمودی تشکیل شده است .یک خصوصیت مهم این دستگاه امکان نگهداری نمودار یک عیب در حافظه دستگاه است (این امردر تست روی سطوح داغ حائز اهمیت فراوان است ) درمواردی که نیاز به دقت زیاد در یافتن مکان عیب نیست (با تقریبی در حدود 10 درصد ضخامت مورد بررسی ) از این دستگاه می توان استفاده کرد.

512-2 تقویت کنترل شده (switched amplification)

در بسیاری از استاندارد های تست مقرر گشته است که علاوه برنظارت بر نظارت های معمول ،ارتفاع یک پالس مرجع را (برای مثال پالس بازتاب از دیواره پشت قطعه ) دائما تحت نظر داشت . زیرا پاره ای از عیوب را فقط با روش غیر مستقیم می توان مشخص کرد (به بخش 6-3 مراجعه شود). با دستگاههای معمولی  ،یا اند ازه پالس دیواره پشت قطعه از ارتفاع صفحه نمایش بیشتر خواهد بود و یا در صورت کاهش میزان تقویت دستگاه به منظور تحت نظر داشتن پالس ، نشانه های مستقیم عیب نا پدید خواهد شد . دستگاه اکوگراف 1005 (Echograph 1005) مجهز به تقویت کنترل شده است بنحوی که می توان با مشخص کردن یک حوزه عمل ، حساسیت دستگاه را در فواصل مختلف کنترل نمود ( ضریب تقویت بالا در فواصلی که انتظار می رود عیبی مشاهده شود و ضریب تقویت کم در فاصله مربوط به بازتاب پشت قطعه ) .به این ترتیب می توان تست مورد نظر را در یک مرحله تست انجام داد . علاوه بر این با یک کنترل راه دور می توان میزان تقویت را یکباره به اندازه 6 یا 12 دسی بل کاهش داد و به سرعت و بدون اشتباه از حالت کنترل تقویت شده به حالت عادی بازگشت .

513-2 فرستنده CS با فرکانس متغیر (variable Frequency Transmitytter):

در این نوع فرستنده ( CS حروف اختصاری برای comtrolled signal به معنی سیگنال کنترل شده ) ، پروب فرکانس تست را مشخص نمی کند . بلکه یک نوسانگر (oscillator) با فرکانس متغیر و قابل تنظیم ، پروب را به نوسان در می آورد . با استفاده از روشهای مناسب حذف بعضی از فرکانس ها (مدولاسیون modulation ) می توان خصوصیات طیف فرکانسی (spectral properties ) پالس فرستنده راکنترل کرد . مزایا و زمینه های عمده کاربرد این روش از این قرار است :کارآئی بیشتر ، تولید موثرتر امواج لمب با زاویه تابش ثابت ، بهینه سازی، تست همزمان با چند فرکانس مختلف ، کارهای تحقیق و بررسی علمی .

514-2 دستگاه های ضخامت سنج (wall thickness gauges)

با اینکه اندازه گیری دقیق ضخامت دیواره ها با دستگاه های معمولی اولتراسوند وپروب دو کریستاله ممکن است ،استفاده از دستگاههایی که مستقیما با صفحه نمایش دیجیتال ضخامت را نمایش می دهند، هر چه بیشتر معمول میشود. در این دستگاه ها مدت زمان عبور موج اولتراسوند درقطعه ، با مدارهای الکترونیک شمارش می شود و حاصل ضرب آن در سرعت صوت به صورت دیجیتال نمایش داده می شود .شمارش الکترونیک می تواند باپالس فرستنده یا پالس بازتاب از سطح شروع و به اولین پالس بازتاب از پشت قطعه ختم شود . میزان دقت ضخامت سنج هائی که شمارش را بین دو پالس متوالی بازتاب از پشت قطعه انجام می دهند ، بیشتر است .با استفاده از فرکانس های بالا و یا امواج ضربه ای (shock wavws) (به بخش 52-2 مراجعه شود) می توان به قدرت تفکیک بالا در حد یک هزارم میلیمتر دست یافت .

52-2 پروب طیف گسترده (Broadband probe) و پروب موج ضربه ای (wave probe shock) : بعضی از موادی که در ساختن ترانسدیوسرها به کار برده می شوند ، مانند متانیوبات سرب نوسانات را به شدت تضعیف می کنند به گونه ای که نوسان مکانیکی تقریبا بدون هیچ مقاومت و ماندگاری مشابه با نوسان الکتریکی است .

با این پروب ها می توان پالس های بسیار باریک و کوتاه مدت ایجاد کرد . درپاره ای موارد این پالس ها فقط ازیک نیمه نوسان تشکیل شده است (امواج ضربه ای).  پروب ها مجهز به ، این نوع ترانسدیوسر ، دارای عملکرد بهتر بخصوص در فرکانس های پایین هستند از طرف دیگر از آنجا که این پروب ها دارای طیف فرکانسی گسترده ای می باشند برای استفاده با فرستنده های CS با سیگنال کنترل شده بسیار مناسب هستند زیرا تغییر فرکانس موجب کاهش توان پالس نمی شود.

3- اصول کاربردی دستگاههای اولتراسوند

همه آنهای که برای اولین بار در زمینه تست اولتراسوند به کار می پردازند علیرغم دانستن اصول کار، در کارگیری روش ها ، به مشکلاتی بر می خورند .این سومین قسمت مقاله با این هدف نوشته شده که با دادن پاره ای رهنمودها از این مشکلات کاسته شود. پیشنهاد می کنیم که برای روشن شدن مطلب ، اصول توضیح داده شده عملا در چند آزمایش مقدماتی با دستگاههای اولتراسوند مورد آزمایش قرار گیرند .به این ترتیب مهارتهای خاصی در کارکرد با پروب و دستگاهها کسب خواهد شد که در کاربردهای عملی بعدی حائز اهمیت خواهد بود. بیشترین  آزمایش ها را میتوان  با بلوک های مرجع که از نظر بین المللی استاندارد می باشند ، انجام داد.(برای مثال استانداردهای

 DIN 54  122 ,DIN 54 120 )

1-3 جفت شدگی (کوپلینگ coupling)

در تست های اولتراسوند ، انتقال امواج اولتراسوند از پروب به قطعه باید به نحوه ساده صورت پذیرد تا نتایج تست مورد اطمینان وقابل تکرار باشد. از این رو کمترین مقدار هوا نباید بین قطعه و پروب وجود داشته باشد به این منظور سطح قطعه کار را باید با مایعات یا خمیرهای مخصوص خیس کرد. بهترین حالت ممکن وقتی بدست می آید که جفت کننده دارای ضخامت یک چهارم طول موج و مقاومت اکوستیک برابر با معدل هندسی مقاومت های اکوستیک دو محیط انتشار باشد :

 

مقاومت آکوسیتک ماده جفت کننده =

مقاومت آکوسیتک محیط انتشار 1 =

مقاومت آکوستیک محیط انتشار 2=

در میان کلیه موارد جفت کننده (couplants) ، گلیسیرین در اکثر موارد تست ، به این بهترین حالت نزدیک تر است  ،اما تجربه نشان داده که آب یا هر ماده روغنی دیگر نیز تقریبا دارای همان کارآئی خواهد بود. همچنین روشن شده است که چسب  کاغذ دیواری همراه باکمی ماده ضد رنگ می تواند بعنوان یک جفت کننده خوب عمل کند بخصوص در مواردی که قطعه کار ، وارونه و در بالای سر قرار داشته باشد و یا در مواردی که استفاده از مواد روغنی جایز نیست . چندین ماده جفت کننده در بازار یافت می شود اما در اغلب موارد هیچکدام چندان کیفیت جفت شدگی را بهبود نمی بخشند . معمولا در تست های دستی از روغن ماشین و در تست های اتوماتیک از آب استفاده می کنند.

2-3 سطح قطعه کار (Surface of the workpiece)

21-3 زبری سطح قطعه کار (surface Roughness): اگر ناهمواری های یک سطح درجه طول موج یا بیشتر از طول موج اولتراسوند باشد شکست شعاع های صوتی موجب  پراکندگی موج می گردد. این مطلب در مورد دیواره پشت قطعه نیز صادق است ، با این تفاوت که انعکاس ، موجب پراکندگی موج می گردد. با ین ترتیب در مقایسه با قطعه ای با سطح صاف و صیقلی میزان حساسیت دستگاه تست کاهش خواهد یافت .برای مقابله با این اثر باید با سطح قطعه کار را صیقل داد و یا حساسیت دستگاه را با افزودن میزان تقویت فرستنده یا گیرنده افزایش داد .واضح است که در مورد سطوح ناهموار باید در جفت کردن پروب با قطعه بیشتر دقت شود . بدین منظور در کار با سطوح و ناهموار معمولا یک کلاهک از جنس نئوپرین (Neoprene) که درمقابل روغن مقاوم است ، به سر پروب وصل می شود وچند قطعه ماده جفت کننده بین کلاهک و پروب ریخته می شود. کلاهک ناهمواری های سطح را پر کرده و انتقال امواج را تسهیل می کند و همچنین سطح پروب را در مقابل سایش و خراش محافظت می کند. کلاهک قسمتی از امواج اولتراسوند را جذب خواهد کرد . اما معمولا بهبودی که در اثر استفاده از کلاهک حاصل می شود، اثر منفی مزبور را خنثی می کند.

22-3 انحنای سطح قطعه کار (surface curvature)

وقتی سطح قطعاتی که باید مورد تست قرار گیرند دارای انحناست ، اغلب امواج اولتراسوند واگرا می گردند. این پدیده نیز، در اثر شکست موج است .

 

 

 

 

علاوه بر این ، سطحی که انتقال انرژی صوتی از آن صورت میگیرد . یعنی سطح تماس پروب با قطعه کاهش می یابد و امواج ، فقط از بخشی از سطح کریستال به قطعه منتقل می شوند .هر دو عامل ، موجب کاهش میزان حساسیت دستگاه می گردد. اغلب برای ایجاد تماس کامل بین پروب و قطعه از آداپتور استفاده می شود. همچنین استفاده از کلاهک از جنس نبوپرین ،که در بالا بدان اشاره شد، می تواند مفید  باشد . اما باید در نظر داشت که استفاده از آداپتور واگرائی موج را از بین نخواهد برد . میزان واگرائی بستگی به نسبت سرعت های صوت در ماده جفت کننده و قطعه کار دارد و باید در انتخاب جنس مناسب آداپتور این امر را در نظر گرفت. چنانکه در شکل 54 نشان داده شده است ، دوبار شکست ، جهت انتشار موج را تغییر نمی دهد.

از لحاظ نظری با انتخاب جنس مناسب برای آداپتور ، می توان موج اولتراسوند را کانونی کرد (موج همگرا) ،  اما در عمل بعلت ، تفاوت زیاد مقاومت صوتی ماده جفت کننده و آداپتور قسمت زیادی از موج انعکاس می یابد و ضایعات ناشی از انعکاس امواج بیشتر از فوایدی  است که از کانونی کردن موج حاصل می شود.

درمحل جفت شدگی بین قطعه و پروب ، دنباله ای از پالس های منعکس شده تشکیل خواهد شد که کار تغییر صفحه نمایش را مشکل می کند. از این رو ضخامت آداپتور باید آنقدر کم باشد تا بازتاب های چندگانه نزدیک به هم قرار گیرند و پالس فرستنده را فقط کمی گسترده تر کنند( بخصوص در مواقعی که با مواد دارای ضریب میرائی زیاد کار می شود و تعداد بازتاب های قابل تشخیص کم است ) و یا آداپتور را باید آنچنان ضخیم انتخاب کرد که بازتاب های چندگانه خارج از حوزه مورد بررسی ، قرار گیرد . در حالت اخیر ،مدت زمان طی مسیر موج در آداپتور باید از مدت زمان طی مسیر در قطعه بیشتر باشد .محاسبه مربوطه را می توان به نحو زیر انجام داد:

 

ضخامت آداپتور =  ، ضخامت قطعه کار =

 

سرعت صوت درآداپتور =  ، سرعت  صوت در قطعه =

 

 

 

شکل 55- تاثیر سرعت های صوت در آداپتور(c1) و قطعه (c2) بر انتشار موج

23-3 پوشش سطح قطعه (surface coating)

به پوشش سطح قطعه باید توجه خاصی مبذول گردد . قاعده کلی بر این است که چنانچه روکش سطح کاملا به سطح قطعه چسیبده باشد (مانند لایه های رنگ ، پولک فرز یا لایه اکسیدی  کاملا چسیبده به سطح ) اختلالی در کار تست ایجاد نمیشود یا میزان اختلال خیلی کم است، اما هر گاه رسوباتی مشاهده شود که از سطح ور می آیند ، یعنی فضاهای خالی بین رسوبات و سطح وجود داشته باید سطح را با برس سیمی ، سوهان شاب (scraper) یا سنگ زدن تمیز کردن فضاهای خالی  بین لایه ها و سطح مانع ، انتقال امواج اولتراسوند به قطعه می شود و دربیشتر موارد تست را غیر ممکن می سازد.

سطوح مرطوب یا گریس دار معمولا جفت شدن قطعه با پروب را بهتر می کنند و کیفیت کار را بهبود می بخشد.

3-3 نحوه گزینش پروب های اولتراسوند

دروهله اول انتخاب بهترین پروب اولتراسوند از میان انواع پروب هائی که در دسترس است ، برای کار خاص مورد نظر مشکل بنظر می رسد. اگر روش کار تعیین شود و سپس به ترتیب جهت انتشار امواج صوتی ، فرکانس تست ، و اندازه کریستال انتخاب گردد کار گزینش ساده تر خواهد شد.

 

31-3 روش کار (Mode of peration)

معمول ترین روش مورد استفاده روش بازتاب تپشی (pulse Echo Technique) است . در صورت امکان باید از این روش استفاده کرد زیرا با آن می توان مکان عیوب را مشخص کرد . اگر از روش انتقال امواج (Wave Transmission Method ) استفاده شود موضع یابی عیوب ناممکن است و از این رو فقط هنگامی از این روش استفاده می شود که روش بازتاب تپشی نتیجه رضایتبخش دربر نداشته باشد . برای مثال در پاره ای موارد قطعه امواج را به شدت جذب و یا پراکنده می سازد و بازتاب دیواره پشت قطعه به علت دو بار طی مسیر قابل تشخیص نیست در حالیکه در روش انتقال امواج ، موج به این علت که فقط یکبار مسیر را طی می کند کمتر تضعیف می گردد. موارد اصلی کاربرد پروب های دو کریستاله (T/R) عیب یابی در نزدیکی سطح قطعه و یا ضخامت سنجی است .در این موارد ، برای دست یافتن به نزدیکی سطح قطعه و یا ضخامت سنجی است . در این موارد ، برای دست یافتن به بهترین نتایج ، باید پروبی با زاویه سقف مناسب (فاصله کانونی ) انتخاب گردد.

گزینش های بعدی باید براساس ملاحظات زیر صورت گیرد:

33-3 انتخاب جهت پرتوی صوتی (Beam Direction)

به طور کلی جهت تابش پرتوی اولتراسونیک را باید به نحوی انتخاب کرد که میزان انعکاس امواج از عیوب قابل پیش بینی بیشترین مقدار ممکن را داشته باشد، یعنی پرتوی اولتراسوند باید عمود برسطح این عیوب بتابد. دقت بیشتری باید مبذول شود تا شکل هندسی قطعه کار علامات کاذب عیب بوجود نیاورد . مکان قرار گرفتن پروب باید تا حد ممکن صاف و صیقلی باشد تا موجب واگرائی بیشتر پرتوی صوتی و یا ضایعات ناشی ازپراکندگی نگردد. علاوه بر این باید جهت تابش امواج به گونه ای انتخاب شود که بازتاب دیواره پشت قطعه یا هر گونه بازتاب مرجع دیگر ، برای نمایش غیر مستقیم عیوب هم به کار آید (برای مثال نا پدید شدن بازتاب دیواره پشت دراثر ساختار اسفنجی ویا متخلخل قطعه بدون پدیدار شدن پالس های دیگر ) و همچنین کیفیت جفت شدگی بین پروب و قطعه را نشان دهد. در شکل 56چند نمونه برای نشان دادن نحوه های خوب و بدقرار گرفتن پروب نمایش داده شده است .

 

 

 

 

 

33-3 گزینش فرکانس تست

در دستگاههای جدید، مشخصات پروب ، تعیین کننده فرکانس مورد استفاده در تست است. خود دستگاه مجهزبه گیرنده ای با طیف گسترده است و دارای هیچ عنصر دیگری نسبت که بر فرکانس تست تاثیر گذارد.

یک قاعده تقریبی وجود دارد مبنی بر اینکه یک عیب کروی هنگامی به وسیله دستگاه تست آشکار خواهد شد که قطر آن از یک سوم طول موج بیشتر باشد طول موج را چنانکه قبلا اشاره شد ، می توان از فرکانس پروب وسرعت صوت در قطعه با استفاده از رابطه (II) بدست آورد باید دقت کرد که از سرعت صوت برای نوع صحیح موج استفاده شود برای مثال برای پروب های زاویه ای باید از سرعت صوت برای امواج عرضی استفاده کرد . برای یافتن عیوب کوچک باید فرکانس بالاتری انتخاب کرد . علاوه بر این پروب هائی که فرکانس بالاتر دارند دارای پالاس های باریکتر هستند و قدرت تفکیک بیشتر خواهند داشت .اما ساختار کریستالی ومیزان جذب موج بوسیله مواد مورد تست حد بیشینه ای برای فرکانس تعیین می کند. از نظر ساختار کریستالی ، هر دانه کریستال موجب انعکاس و پراکندگی امواج می گردد و در نتیجه نویز ساختاری (structure  noise یا grass) بر صفحه نمایش پدیدار خواهد شد . بازتاب دیواره پشتی در این حالت با نویز مخلوط خواهد شد و قابل تشخیص نیست. به همین علت است که نمی توان عیوبی را که اندازه آنها در حد ساختار کریستالی ماده ویا کوچکتر باشد تشخیص باشد مشخص کرد. تصویر بالا در شکل 58. نمونه ای از حالتی است که بازتاب دیواره پشت قطعه را نمی توان در میان پالس های ناشی از ساختار کریستالی تشخیص داد.

 

 

 

 

جذب امواج صوتی را می توان در مواد پلاستیکی ویا زرین مشاهده کرد. در این موارد میزان جذب امواج صوتی با افزایش فرکانس به شدت افزایش می یابد و حد بالائی فرکانس باین ترتیب مشخص می شود.

پس می توان قاعده کلی زیر را در مورد گزینش فرکانس تست ذکر کرد. برای بهره بردن از قدرت تفکیک بهتر و یافتن عیوب کوچک ، باید تا حد ممکن از فرکانس بالاتر استفاده کرد .دانه بندی یا میزان جذب امواج در قطعه حد بالای فرکانس را تعیین می کند. هنگامی که بازتاب دیواره پشت قطعه را نتوان تشخیص داد از این حد گذشته ایم . چنانکه ابهامی کار باشد، چند تست مقدماتی با فرکانس های مختلف وضع را روشن خواهد کرد.

معمولا فلزات فرزکاری شده ویا پرس شده را با فرکانس های بین 2 تا 6 مگاهرتز ، و قطعات ریخته گری شده را که دارای دانه بندی درشت هستند با فرکانس هائی بین 5/. تا 2 مگاهرتز تست می کنند. مواد سرامیک (برای مثال عایق های الکتریکی  ) صوت را به خوبی هدایت می کنند واغلب با فرکانس های بین 2 تا 3 مگاهرتز تست می شوند. مواد مصنوعی را معمولا بسته به ضخامت و میزان جذب امواج صوتی با فرکانس هائی بین 1 تا 4 مگاهرتز مورد تست قرار می دهند . فرکانس تست برای بتون و مواد مشابه بین 50 تا 200 کیلوهرتز است و به وسایل ویژه ای نیاز است .

 

 

 

 

34-3 گزینش اندازه ترانسدیوسر :

اغلب اندازه های مختلف کریستال در دسترس است که ناگزیر مساله انتخاب را پیش می آورد. اگر ابعاد قطعه محدودیتی در مورد اندازه پروب پیش نمی آورد ، باید در وهله اول تصمیم گرفت که آیا نیازی به تعیین اندازه معادل برای عیب هست یا خیر. چنانکه تعیین اندازه عیب مطرح باشد باید اندازه کریستال را چنان انتخاب کرد که طول میدان نزدیک پروب کمتر از فاصله ای باشد که انتظار می رود عیب با سطح قطعه داشته باشد ، زیرا تعیین اندازه معادل عیب تنها هنگامی که عیب در میدان دور پروب قرار بگیرد، ممکن است .برای محاسبه طول میدان نزدیک ، می توان در رابطه (XIII) ، بجای قطر موثر کریستال از قطر واقعی آن استفاده کرد . ضمنا قطر پرتو صوتی در عمق 1  باید تا حد ممکن کوچک باشد تا نسبت اندازه عیب به قطر پرتو بیشترین مقدار ممکن را داشته باشد و در تعیین مکان عیب حساسیت بالاتری بدست آید.

 

 

وقتی تعیین اندازه معادل برای عیب مورد نظر نیست، تست را می توان در میدان نزدیک پروب هم انجام داد. بیشترین میزان حساسیت دستگاه در عمقی در حدود طول میدان نزدیک پروب حاصل می شود. اگر عیب در عمقی کمتر از طول میدان نزدیک قرار گرفته باشد تعیین موضع عرضی آن پیچیده خواهد شد زیرا ممکن است در اثر تداخل امواج در میدان نزدیک، فشار صوتی (که حساسیت دستگاه را تعیین می کند) بر روی محور پروب مینیوم باشد و ماکزیموم فشار صوتی در نواحی کناری پرتو صوتی واقع شود. قطر پرتو اولتراسوند در میدان نزدیک تقریبا با قطر کریستال (یا قطر موثر کریستال ) برابر است :

 

 

درحالت هایی که تاکنون شرح داده شده است ، می توان بجای قطر موثر کریستال که فقط چند درصد کمتر است وباید بوسیله سازنده پروب مشخص شود، از قطر واقعی کریستال استفاده کرد. اشتباه ناشی از این نحوه محاسبه در عمل کمتر از نوسانات تصادفی ارتفاع پالس به dB خواهد بود.

 

 

 

روشن است که برای عمق l1 پروب 6 میلیمتری، برای عمق l2 پروب 24 میلیمتری و برای عمق l3 پروب 40 میلیمتری بهترین نتایج را در بر خواهند داشت . بطور کلی می توان گفت که برای قطعات کوچکتر باید از پروب های کوچکتر و برای قطعات بزرگتر باید از پروب های بزرگتر استفاده نمود.

4-3 تنظیم دستگاه

در اینجا فقط به چند مطلب کلی درباره تنظیم دستگاه اشاره می کنیم . جزئیات کار را باید در دستور العمل های که همراه با دستگاه می آید، آموخت . تنظیم دستگاه شامل دو مرحله است : (1) تنظیم عمق (depth range adjustment) ، (2) تنظیم حساسیت (sensitivity adjustment) .

تنظیم عمق باید قبل از تنظیم حساسیت انجام گیرد و خود شامل دو مرحله است : دستگاه باید به گونه ای تنظیم گردد که عمق مورد نظر قطعه کاملا بر صفحه  CRT گسترده باشد و فواصل را بتوان مستقیما از درجه بندی صفحه CRTتعیین کرد ، سپس محل مربوط به عمق صفر (سطح قطعه) تعیین می شود و قسمتی از نمودار صفحه نمایش که به ضخامت کلاهک محافظ و خطوط تاخیر مربوط است حذف می گردد. برای اطلاعات بیشتر به جزوه های استاندارد DIN  54   122 , DIN  54  120 (بلوک های مرجع 1 و 2 ) مراجعه کنید.

تنظیم حساسیت دومین مرحله تنظیم دستگاه است. اگر پیروی از دستورالعمل خاصی مطرح نباشد ، معمولا می توان دستگاه را طوری تنظیم کرد که ارتفاع پالس بازتاب دیواره پشت قطعه 6 تا 12 دسی بل از ارتفاع کامل صفحه نمایش بیشتر باشد. اگر هدف آشکار کردن کوچکترین عیوب باشد ، میزان تقویت را می توان تا پدیدار شدن نویز ناشی از ساختار کریستالی افزایش داد. نویز ساختاری را می توان با تنظیم آستانه (suppression  regulator) از صفحه نمایش حذف کرد اما وقتی بررسی ارتفاع پالس بازتاب صوتی مطرح است باید تنظیم مزبور را به صفر بازگرداند تا حذف غیر خطی (nonlinear  suppression) موجب اشتباه نگردد . در موارد دیگر، مثلا در کار با پروب های زاویه ای که بازتابی از دیواره پشت قطعه وجود ندارد استفاده از یک قطعه نمونه با عیب مصنوعی (مثلا سوارخی استوانه ای شکل به قطر 3 میلیمتر ) می توان مفید باشد.

بهتر است توان خروجی دستگاه تا حد ممکن مقداری کمتری داشته باشد تا پالس های باریکتری حاصل شوند، فقط در مواردی که به حداکثر حساسیت رسیده ایم به آزمایش در مکانی انجام می شود که میزان نویز الکتریکی (مثلا نویز ناشی از کلیدهای الکتریکی ویا دستگاه های جوشکاری) بالا است توان را باید افزایش داد.

5-3 روش تست شناور (Immersion  Technique)  

درروش تست شناور قطعه کاملا در درون یک مایع (اغلب آب ) قرار داده می شود و پرتو صوتی معمولا از فاصله دورتری نسبت به قطعه فرستاده می شود (شکل 61). مرز بین مایع و قطعه در این روش موجب یک اکوی سطح می شود که بجای پالس فرستنده برای تنظیم عمق صفر برروی صفحه نمایش ، مورد استفاده قرار می گیرد (زیرا بررسی فاصله ای که موج در خط تاخیر مایع طی می کند  اغلب مود توجه نیست و مثلا در شکل 61 فاصله بین پالس های 2 و 4 که مربوط به مسیر موج در قطعه است که کاملا بر صفحه CRT گسترده می شود.)

مزیت روش تست شناور یکدستی و یکنواختی جفت شدگی بین قطعه و نوسانات صوتی است .

 

 

 

 

 

 

1)پالس فرستنده                    2) اولین پالس بازتاب از سطح قطعه

3) پالس بازتاب از عیب           4) پالس بازتاب از دیواره پشت

5 تا 8 ) پالس های دوم تا پنجم بازتاب از سطح قطعه

شکل 61- روش تست شناور .(شکل بالا) نحوه معمول قرار گرفتن و پروب قطعه (شکل  وسط )خط تاخیر مایع بیش از اندازه کوتاه است و پالس های بازتاب چند گانه از سطح قطعه در حوزه تست قرار می گیرند (شکل پایین ) اندازه مکناسب برای خط تاخیر مایع

سطحی از پالس فرستنده باریک تر است و قدرت تفکیک حاصل در فواصل کم بیشتر خواهد بود. برخلاف روشهای معمولی که تماس مستقیم بین قطعه و پروب بر قرار است ، دیواره پشت قطعه موجب انعکاس کامل موج اولتراسوند نمی گردد (مایعات صوت را بهتر از هوا هدایت می کنند) ، در نتیجه قسمتی از انرژی صوتی وارد مایع می گردد و باید متوجه پالس های ناشی از محیط مایع در برگیرنده قطعه بود .این پالس های می توانند موجب نمایش های کاذب عیب شوند . اگر در تست از انعکاسات متعدد بر روی یک خط شکسته استفاده شود ، برد امواج اولتراسوند از حالت تماس مستقیم بین قطعه و پروب کمتر خواهد بود زیرا در هر انعکاس ، قسمتی از موج طولی به موج عرضی (ویا بالعکس ) تبدیل می شود وقسمتی از انرژی صوتی هم در اثر شکست موج به مایع منتقل می شود. به عنوان مثال در تست لوله  اگر لوله را درون مایع قرار دهیم پالس بازتاب مرجع (پالس محیطی ) به شدت تضعیف خواهد شد و ممکن است کاملا نا پدید شود.

 

 

 

 

تست شناور از پراکندگی امواج بوسیله سطوح زبر و ناهموار جلوگیری نمی کند. بنابراین مزیت عمده تست شناور در یکنواختی کیفیت جفت شدگی بین نوسانات صوتی و سطوحی صیقلی قطعه است .باید در انتخاب طول مناسب در خط تاثیر مایع دقت شود تا از وقوع بازتاب های چندگانه در حوزه تست پرهیز گردد. اصول کار کرد با بلوک های تاخیری در اینجا نیز صادق می باشند (به بخش 22-3 و رابطه  XXVIII مراجعه کنید ) و فقط باید بجای طول آداپتور و سرعت صوت در آن از مقادیر مربوط به خط تاخیر مایع استفاده کرد.

در تست های شناور معمولا از پروب های کانونی کننده (focusing probes) استفاده می شود. این پروب ها با تمرکز امواج در یک نقطه نسبتا کوچک حساسیت بالایی بدست می د هند . قوانین شکست نور (به بخش 22-3 رابطه IX مراجعه شود) نحوه عملکرد وسیله کانونی کننده (یا لنز ، شکل 63) را توضیح می دهد . استفاده از لنزهای محدب یا مقعر بستگی به سرعت صوت در لنز و مایع دارد. فاصله کانونی این چنین لنزهای اولتراسونیک را می توان از رابطه زیر بدست آورد:

f=r  /(1-c2 /c1)         (XXXI)

در این رابطه : فاصله کانونی = f ، شعاع انحنای سطح لنز = r

سرعت صوت در لنز = c1 ، سرعت صوت در مایع =c2

سرعت های c1 و c2  باید حتی الامکان متفاوت باشند تا ضریب شکست بزرگ حاصل شود و در عین حال مقاومت های صوتی باید تا حد ممکن به هم نزدیک باشند تا از ضایعات ناشی از انعکاس موج در سطح لنز کاسته شود. در این موارد هم ، پرسپکس مناسب ترین ماده است .برای تمرکز امواج در یک نقطه انحنای سطح لنز باید کروی باشد وبرای تمرکز امواج دریک خط ، استوانه ای . اگر کانون لنز باید در درون قطعه واقع شود، شکست موج در سطح قطعه نیز باید به حساب آید. این امر موجب کوتاه تر شدن فاصله کانونی لنز ، تقریبا به همان نسبت موجود بین سرعت های صوت در مایع و قطعه خواهد شد(.

 

 

 

6-3 تفسیر صفحه نمایش crt

چنانکه قبلا اشاره شد ، جابه جایی شعاع الکترونی درون لامپ اشعه کاتودیک (tube cathode ray با حروف ، اختصاری CRT) در جهت افقی متناسب با زمان و در جهت عمودی متناسب با ولتاژی است که در ترانسدیوسر ظاهر می شود (چه سیگنال فرستاده شده و چه سیگنال دریافت شده ) آنچه در اصل اندازه گیری میشود، زمان عبور موج اولتراسوند در قطعه است .با توجه به رابطه

(زمان t) / (فاصله a) = (سرعت c )

طول مسیری که موج اولتراسوند طی می کند و می تواند ضخامت قطعه ویا فاصله از عیب باشد از رابطه زیر به دست می آید :

a=t.c                         

بنابراین ، هنگامی که سرعت صوت دردست است، صفحه CRT را می توان مستقیما بر حسب طول درجه بندی (کالیبره ) کرد . پس از تنظیم صحیح دستگاه فاصله نقطه انعکاس امواج را می توان مستقیما از درجه بندی صفحه نمایش خواند .

 

برای تعیین فواصل باید از مشخص ترین نقطه پالس، مثلا لبه اولیه پالس استفاده کرد .

 

 

 

 

 

61-3 نمایش عیوب (Indications of Flaws)

عیوب بسته به فاصله ، ابعاد وشکل آنها به صورت های مختلف به نمایش در می آیند .

611-3 نمایش مستقیم (Direct  Indication)

این نحوه نمایش عیوب معمولترین نحوه و بیشتر مورد اطمینان است .تا حد امکان باید از این روش استفاده شود، زیرا از نظر ارزیابی و تشخیص عیب نتایج حاصل، بیشتر قابل اطمینان است . در نمایش مستقیم ، عیب یک پالس اضافی بر روی صفحه CRT به وجود می آورد.

6111-3 مکان پالس بازتاب عیب :

 

هنگامی که دستگاه درست تنظیم شده باشد. مکان عیب مثلا فاصله عیب را از سطح قطعه ، می توان مستقیما از صفحه CRT به دست آورد . به این منظور دستگاه را طوری تنظیم می کنند که یک فاصله معین (که معمولا عددی زوج است ) متناظر با عرض کامل صفحه نمایش باشد و آنگاه موقعیت هر پالس ، کسری از این طوری را مشخص خواهد کرد . (شکل 66).

 

 

 

 

 

 

روش دیگر درجه بندی ( یا کالیبراسیون ) دستگاه به نحوی است که فاصله بین پالس فرستنده و پالس دیواره پشت قطعه کاملا عرض صفحه CRT را پر کند در این صورت فاصله عیب به صورت کسری از ضخامت قطعه بدست می آید . (شکل 67).

 

 

 

اگر دستگاه مجهز به تنظیم پیوسته عمق باشد می توان پالس عیب را به سمت راست صفحه انتقال داد و فاصله را مستقیما از دکمه تنظیم بدست آورد.

 

 

 

 

درکار با پروب های زاویه ای ، اغلب ساده تر است که با مشخص کردن فاصله افقی عیب (تصویر فاصله عیب در جهت افقی ) یا فاصله عمودی (عمق عیب ) بجای مسیری که موج طی کرده است ، موقعیت عیب را مشخص کنند. در عمل ، با استفاده از قواعدی که در بالا گفته شد و تصحیح فواصل با ضرایب مثلثاتی مربوط به زاویه پروب مکان عیب کاملا مشخص می شود.

اغلب اگر توان پالس فرستنده بالا باشد ، قدرت تفکیک و حساسیت تست در نزدیکی سطح قطعه تحت تاثیر قرار می گیرد . ممکن است به نظر آید که بهتر است فاصله بین پالس اول و پالس دوم بازتاب از پشت قطعه را بر صفحه CRT نمایش داد چرا که همه پالس ها در این فاصله تکرار می شوند و اولین پالس بازتاب پشت قطعه از پالس فرستنده باریک تر است .اما چون در این فاصله خطر وقوع نشانه های کاذب عیب وجود دارد ، استفاده از این روش توصیه نمی شود . همواره باید از فاصله بین پالس فرستنده و اولین پالس بازتاب از دیواره پشت قطعه ، و برای یافتن عیوب در نزدیکی سطح قطعه از پروب های ، دو کریستاله استفاده شود.

612-3 ارتفاع پالس بازتاب (Echo  Height)

به طور کلی می توان گفت که اندازه یک عیب را نمی توان دقیقا از ارتفاع پالس بازتاب آن عیب تعیین کرد . همانطور که از تصاویر کمی ساده شده شکل 69 دیده می شود، ارتفاع پالس به جهت قرارگرفتن عیب در قطعه ، ناهمواری های عیب ( در مقایسه با طول موج) ، شکل عیب و البته به جنس عیب (حباب گاز ، گسستگی ، آخال غیر فلزی ) بستگی دارد. با این همه می توان با انجام آزمایشات پی در پی (بخصوص در خط تولید انبوه ) و به کمک تست های مخرب ، تجربه کافی در مورد عیوب حاصل در یک نحوه خاص تولید بدست آورد تا بتوان از ارتفاع وشکل پالس به اطلاعاتی درباره اندازه عیب دست یافت . اما این تجربیات فقط در همان نحوه خاص تولید به کار می آید و عمومیت ندارد.

همچنین می توان ارتفاع پالس ها را با ارتفاع پالس های ناشی از پاره ای عیوب مصنوعی که خصوصیات مشخصی دارند (سوراخ با ته تخت : flat – bottomed  holes سوراخ استوانه ای ، شیار و غیره ) مقایسه کرد .به این ترتیب می توان ن برای روش تست ، استاندارد به وجود آورد و بازتاب دهنده های مرجع (refernce  reflectors) برای گزارش نتایج آزمایش مشخص نمود .

6113-3 شکل پالس :

از شکل یک پالس بر صفحه CRT می توان در مورد شکل سطح عیب حدسهایی زد. تجربه نشان می دهد که عیوب با سطح صاف تحت یا خمیده ، یک پالس باریک به وجود می آورند در حالیکه عیوب با سطوح ناهموار پالس های گسترده ، با شکل در هم و بدون نقطه اوج مشخص تولید می کنند .

 

6114-3 ارسال موج از جهت های مختلف:

اگر عیب یافته شده ، از جهات دیگر ، تحت تابش پرتوهای اولتراسوند قرار گیرد، ممکن است بتوان اطلاعات بیشتری درباره اندازه و شکل آن بدست آورد. اگر عیب کروی شکل باشد بازتاب حاصل ، در تمام جهات تقریبا یکسان خواهد بود (ارتفاع پالس تغییری نخواهد کرد)، در حالیکه بیشترین بازتاب از یک عیب تخت هنگامی است که جهت تابش پرتوی اولتراسوند بر عیب عمود باشد، و کمترین بازتاب هنگامی که جهت تابش با عیب موازی باشد .

 

 

 

 

612-3 نشانه های غیر مستقیم عیب (Indirect flaw indication ):

در پاره ای موارد که عیب مستقیما ، نشانه ای بدست نمی دهد مثلا در حالت های خاصی از تخلخل (porosity) یا اسفنج گونگی (spongiosity) ، عیوب را چنانکه در تصویر پایین سمت چپ در شکل 69 نشان داده شده است ، می توان به طور مستقیم تشخیص داد .ارتفاع پالس بازتاب دیواره پشت قطعه در صورت پدیدار شدن پالس عیب به نحو قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. در روش غیر مستقیم ارتفاع پالس بازتاب دیواره پشت قطعه ، مثلا در موارد فوق بدون اینکه بازتاب عیب مشاهده شود کاهش می یابد . امروزه در تست های غیر مخرب نظارت بر ارتفاع پالس بازتاب پشت قطعه بسیار معمول است . اما این مطلب هم باید در نظر داشت که کاهش ارتفاع پالس بازتاب پشت قطعه می تواند ناشی از ناهمواری یا انحنای سطح قطعه ویا جفت شدگی نامناسب بین پروب و قطعه باشد . در روش انتقال امواج نیز همین اصول بطور کلی صادق است .اغلب می توان با بررسی همزمان چند پالس بازتاب از پشت قطعه به نتایج بهتری رسید .

63-3 نشانه های کاذب (Apparent Flaw Indications) :

نشانه های کاذب پالس هایی هستند که در اثر عوامل دیگری به غیر از عیوب به وجود آمدند . عوامل زیر می تواند موجب بوجود آمدن نشانه های کاذب گردد. شکل هندسی قطعه یا نحوه به قرار دادن  پروب ، تبدیل نوع موج از طولی به عرضی و عرضی به طولی ، پالس های اضافی در اثر آهنگ بیش از حد تولید پالس .نشانه های کاذب ، تفسیر نتایج تست را با شکل را با مشکل مواجه می سازد و باید تا حد امکان از ایجاد آنها پرهیز گردد و نکات زیر رعایت شود .

الف ) بهترین نحوه قرار دادن پروب و مناسب ترین جهت برای ارسال امواج اولتراسوند انتخاب شود.

ب) فاصله بین پالس فرستنده و اولین پالس بازتاب از پشت قطعه برای بررسی انتخاب شود زیرا نشانه های کاذب بعلت طی فواصل بیشتر ، اغلب پس از اولین پالس دیواره پشت ظاهر می شوند.

اگر رعایت نکات فوق ممکن نیست ، اغلب می توان محل ظهور نشانه های کاذب را پیش بینی و تعیین کرد و بررسی صفحه نمایش آن را در نظر داشت .

621-3 تبدیل نوع موج (Wave Type Conversion) و دوتا شدگی (Splitting)

6211-3 تابش جانبی امواج (Grazing incidence of waves)

وقتی امواج طولی اولتراسوند ، مثلا در قطعات استوانه ای که قطرشان با قطر کریستال ترانسدیوسر برابر است ، به موازات و از نزدیکی سطح قطعه عبور می کنند، احتمال دارد که امواج عرضی تولید شوند و از موج اصلی جدا شوند و براساس قوانین انکسار در جهت دیگر و با سرعت متفاوت انتشار یابند .

 

 

 

 

 

1-  اولین پالس بازتاب از پشت قطعه

2-  اولین پالس کاذب

3-  دومین پالس کاذب

4-  دومین پالس بازتاب از پشت قطعه

ایجاد پالس های کاذب در اثر جدا شدن و تبدیل مجدد امواج عرضی

این دو تا شدن موج و تبدیل نوع موج می تواند یک بار ، دوبار یا چند بار ، هنگام رفت یا هنگام برگشت موج و در هر نقطه ای از سطح قطعه اتفاق افتد . هم به علت طی فواصل بیشتر و هم به علت سرعت کم تر امواج عرضی این نشانه های کاذب همیشه پس از اولین بازتاب پشت قطعه ظاهر می شوند . مدت زمان اضافی برای عبور این امواج در قطعه مضربی از مدت زمانی است که امواج عرضی عرض قطعه را طی می کنند که می تواند به شرح زیر محاسبه گردد:

دراین رابطه   فاصله صوتی بین اولین بازتاب پشت قطعه و اولین پالس کاذب یا بین دو پالس کاذب مجاور است ، D قطر (یا عرض ) قطعه کار ، cl سرعت موج طولی ، ct سرعت موج عرضی ،  زاویه جدایی موج عرضی است که از قوانین شکست موج قابل محاسبه  است .

از این رابطه می توان برای به دست آوردن سرعت موج عرضی هم استفاده کرد . از حل این معادله برای سرعت موج عرضی ، رابطه زیر به دست می آید :

 

 

6122-3 تبدیل نوع موج تحت زوایای 29و 61 درجه (29/61 Wave Type Conversion)

چنانکه قبلا در بخش 422-1 اشاره شد در اثر برخورد مایل امواج طولی به یک سطح ، دو نوع موج طولی و عرضی منعکس می شود . معمولا انرژی دو موج با هم برابر نیست و انرژی هر موج بستگی به زوایای تابش و انعکاس دارد .

 

 

 

در فاصله زوایای 60 و 75 درجه ، فشار موج طولی به حداقل می رسد در حالیکه موج عرضی قوی تر است . پس هر گاه موج طولی تحت این زوایا با سطح برخورد کند موج منعکس شده عمدتا موج عرضی خواهد بود و موج طولی منعکس شده بسیار ضعیف خواهد بود . زوایه انعکاس موج عرضی را می توان با استفاده از قانون انکار به دست آورد . این پدیده وضعیت تست را هنگامی که هر دو نوع موج از یک گوشه قطعه با زاویه قائمه منعکس می شود. پیچیده می کند . در این حالت مسیر موج اولتراسوند مطابق با شکل 74 – الف خواهد بود. فشار موج اولتراسوند در جهتی که انتظار می رود مسیر بازگشت پالس باشد ضعیف است و موج عرضی تولید شده به مراتب قوی تر است اما مسیر دیگری را طی می کند . در نتیجه خاصیت انعکاس موج گوشه های قائم به مقدار زیادی کاهش پیدا می کند . حالت متناظر با این حالت در شکل 74- ب نمایش داده شده است و هنگامی که از پروب های زاویه ای با زاویه 60 استفاده می شود ، در نظر گرفته شود.

 

 

 

برای هر ماده زوایایی را که می تواند موجب پیدایش پدیده فوق گردد، از طریق روابط  زیر می توان بدست آورد :

 

از روابط فوق ، برای فولاد مقادیر 29 و 61 درجه کد در بالا بدان اشاره شد ، به دست می آید . این بدین معنی است که امواج طولی که تحت زاویه 61 درجه در فولاد به سطح قطعه برخورد می کنند تقریبا تماما تبدیل به امواج عرضی با زاویه انعکاس  29 درجه می شوند . این گونه تبدیل نوع موج همراه با شکل خاص قطعات می تواند موجب پدید آمدن نشانه های کاذب گردد.

6213-3 امواج سطحی ( Surface Waves)

هنگامی که از پروب های اولتراسوند با زوایای بزرگ استفاده می شود ، واگرائی پرتوی صوتی می تواند موجب پدید آمدن امواج سطحی گردد. این امواج در سطح قطعه با سرعتی متفاوت با سرعت امواج عرضی انتشار پیدا می کنند ( به بخش 41-1 مراجعه شود) و نسبت به کوچکترین ناهمواری های سطحی واکنش نشان می دهند و می توانند موجب نشانه های کاذب شوند . بازتاب های مربوط به امواج سطحی به نحوی آشکار در اثر لمس قطعه با انگشتان آلوده به روغن ، تضعیف خواهند شد و به این ترتیب قابل شناساییند .

6214-3 امواج لمب (Lamb  Waves) :

هنگام بررسی قطعات نازک و ورقه ها را با پروب های زاویه ای ، اغلب امواج لمب تولید می شود . سرعت امواج لمب تابعی از حاصلضرب ضخامت قطعه در فرکانس است و به نوع موج لمب هم بستگی دارد . در این موارد باید کار بازرسی  قطعه رابا پروب های مخصوص امواج لمب انجام داد. میزان میرایی امواج لمب در قطعه بسیار کمتر از امواج عرضی است و حساسیت تست بسیار بیشتر خواهد بود.

622-3 شکل قطعه

6221-3 وجود موانع منعکس کننده امواج در مسیر امواج : نشانه های کاذب را گاه لبه های قطعه به وجود می آورند که بطور عمودی ویا مایل در مسیر امواج قرار گرفته اند (شکل 56) . اغلب اوقات می توان با انتخاب پروب مناسب و نحوه مناسب قرار دادن آن نسبت به قطعه از ایجاد این نشانه ها جلوگیری کرد . در عین حال تعیین محل این نشانه ها بر صفحه CRT کار ساده ای است و محل ظهور آنها را از قبل می توان پیش بینی کرد .

6222-3 بازتاب فرعی (Detour  Echoes):

بازتاب های فرعی نیز در اثر شکل هندسی قطعه به وجود می آیند (شکل 56). هنگامی که شمش های استوانه ای شکل و میله ها از جهت سطح استوانه ای خود تست می شوند، بازتاب های فرعی پس از بازتاب پشت قطعه دیده خواهند شد .

واگرایی پرتوی صوتی در اثر انحنای سطح ، علت پدید آمدن این بازتاب ها است . در اثر انعکاس قسمتی از پرتوی اولتراسوند در جهت اضلاع یک مثلث بدون تبدیل نوع موج و انعکاس قسمتی دیگر در جهت اضلاع مثلثی دیگر با تبدیل نوع موج ، دو پالس کاذب ، حاصل می شود . اغلب ، مدت زمان عبور یا به عبارت دیگر فاصله صوتی طی شده توسط امواج مربوط به این بازتاب ها ، از مدت زمان عبور و فاصله صوتی امواج مربوط به بازتاب پشت قطعه بیشتر است .اگر تبدیل موج طولی به موج عرضی در کار باشد سرعت کمتر امواج عرضی این فاصله زمانی را افزایش می دهد بنابراین بازتاب های فرعی پس از بازتاب پشت قطعه ظاهر می شوند.

 

 

 

 

 

 

1-  اولین بازتاب از پشت قطعه

2-  بازتاب فرعی بدون تغییر نوع موج :

3-  بازتاب فرعی با تغییر نوع موج :

4-  دومین بازتاب از پشت قطعه

 ایجاد بازتاب های فرعی در تست میل گرد

623-3 بازتاب های شبح گونه (Ghost Echoes)

بازتاب های شبح گونه به علت فرکانس بالای تکرار پالس (Repetition Frquency Pulse) بوجود می آیند ، یعنی هنگامی که فاصله زمانی بین دو پالس متوالی فرستنده بیش از حد کوتاه می باشد . حرکت افقی شعاع الکترونی اسیلوسکوپ با فرستادن پالس آغاز می شود و بازتاب های شبح گونه هنگامی ظاهر می شوند که فاصله زمانی بین پالس فرستنده و یک بازتاب خاص بیشتر از فاصله زمانی بین دو پالس متوالی فرستنده است .دراین صورت بازتاب مزبور بلا فاصله بعد از شروع حرکت افقی شعاع الکترونی لامپ CRT پس از پالس فرستنده به نمایش در خواهد آمد ، در حالیکه این بازتاب دراثر پالس قبلی به وجود آمده است (شکل 76).

 

 

 

 

رین بازتابهای چندگانه از دنباله قبلی بین بازتاب های دنباله جدید دیده می شوند .

پالس های شبح گونه را می توان با تغییر فرکانس تکرار پالس فرستنده تشخیص داد . در این صورت پالس های شبح گونه بر روی صفحه CRT تغییر مکان خواهند داد و وقتی فرکانس تکرار پالس به اندازه کافی کاهش داده شود ، ناپدید خواهند شد .در دستگاههایی که برای تست دستی ساخته شده اند ، فرکانس تکرار پالس با تغییر تنظیم فاصله اندازه گیری به طور اتوماتیک تغییر می کند و همیشه مقدارآن به اندازه ای خواهد بود که پالس های شبح گونه ایجاد نشود. دستگاههای اولتراسوند مخصوص تست اتوماتیک معمولا تنظیم جداگانه ای برای فرکانس تکرار پالس دارند که ایجاد پالس های شبح گونه را متحمل می سازد.

7-3 در نظر گرفتن شرایط تست

هنگامی که قطعه ای مورد آزمایش قرار می گیرد، همواره با در نظر گرفتن جنس قطعه و ماشینکاری انجام شده روی قطعه می توان محل حادث شدن عیوب و نوع عیوب را به طور تقریبی حدس زد و نحوه قرار دادن پروب و محل جفت سازی پروب با قطعه و جفت ارسال امواج صوتی را بگونه ای تعیین کرد که تفسیر نتایج آزمایش آسان باشد . بازتابهایی را که در اثر شکل قطعه ویا تبدیل نوع موج به وجود می آیند ،می توان با انتخاب نحوه مناسب قرار دادن پروب از بین برد . متاسفانه امروزه هنوز قبل از انجام تست بررسی کافی در مورد این شرایط انجام نمی شود ، در نتیجه ها تست مشکل و پر هزینه می شوند.

 

8-3 روش های کلی تست اولتراسوند

استفاده از روشهای تست اولتراسوند سابقه ای طولانی دارد و این روشها به صورت استاندارد در آمده اند . این استاندارد ها که شرح آنها در جزوات و نوشته های بسیاری در دسترس است ، نتیجه رعایت اصولی است که شرح آن در زیر خواهد آمد .

اصل اساسی :

نحوه مناسب انجام تست و جهت مناسب برای ارسال امواج بستگی به نوع عیب دارد.

اغلب نیاز است که شکل قطعه با مقیاس مناسب رسم شود. اکثر اوقات عیوبی که ممکن است در قطعه به وجود آیند (مثلا با بررسی قطعات شکسته شده ویا بریدن قطعات ) شناخته شده هستند یا حداقل می توان محل وقوع عیب و شکل و جهت آنرا با در نظر گرفتن جنس قطعه و خواص آن و عملیات انجام شده بر روی قطعه تخمین زد .برای تعیین جهت مناسب ارسال امواج باید فاصله عیب تا سطح قطعه را در جهت حرکت از عیب به سطح در نظر گرفت . برای عیوب پر حجم (عمدتا عیوب کروی ) جهت ارسال امواج را می توان به دلخواه انتخاب کرد . عیوب استوانه ای را می توان از تمام جهات عمود بر محور عیب بررسی کرد .بیشتر محدودیت ها در مورد عیوب تخت پیش می آید که فقط از یک جهت قابل تشخیصند و برای آنها آزادی عمل چندانی در انتخاب جهت ارسال امواج وجود ندارد.

نکته بعدی که برای تست باید در نظر گرفت این است که قسمتی ازسطح قطعه که برای قرار دادن پروب انتخاب شده قابل دسترس و برای جفت سازی پروب با قطعه مناسب باشد ، روش تست را می توان با توجه به این مساله انتخاب کرد : بسته به زاویه ای که عیب با سطح قطعه می سازد می توان درباره استفاده از پروب نرمال یا پروب زاویه ای و انجام تست به صورت تماس مستقیم بین پروب و قطعه یا بصورت تست شناور تصمیم گیری کرد درحالت تماس مستقیم  برای عیب یابی در نزدیکی سطح قطعه باید از پروب های دو کریستاله استفاده شود .در حالت ارسال امواج به صورت مایل، ممکن است لازم باشد زوایا را با استفاده از قوانین شکست امواج محاسبه کرد . در تست شناور باید دقت شود که مدت زمان انتشار امواج در خط تاخیر مایع از مدت زمان حرکت امواج در قطعه کمتر نباشد تا پالس بازتاب دوم و بازتابهای بعدی از سطح قطعه در حوزه بررسی قرار نگیرند (به بخش 5-3 مراجعه کنید ).

وقتی که سطح مورد نظر قطعه غیر قابل دسترسی است ویا امکان دارد نشانه های کاذب در حوزه تست قرار گیرند. باید از روش های دیگر استفاده شود . امکانات زیر در نظر گرفته شود :

1)اگر بتوان با ارسال مایل ، عیب را در مسیر امواج قرار داد ، با در نظر گرفتن قوانین انعکاس ، جهت تازه ای یافته می شود که ممکن است سطح قطعه در آن جهت بیشتر قابل استفاده باشد .

2) ممکن است بتوان جهتی برای ارسال امواج انتخاب کرد که بر سطح عیب عمود نباشد . در مورد عیوبی که نزدیک سطح قطعه واقع شده اند می توان از اثر لبه قطعه (Edge  effect) که در بخش 3321-2 ، شکل 37 شرح داده شده استفاده کرد .مسیر رفت و برگشت امواج اولتراسوند در این حالت یکی است ویا تقریبا بر هم منطبق است و می توان فقط از یک پروب استفاده کرد.

3) چنانچه نتوان از اثر لبه قطعه استفاده کرد با ارسال امواج در جهت مایل نسبت به سطح قطعه و براساس قوانین انعکاس جهت بازتاب امواج از یک عیب تخت را می توان مشخص کرد. در این حالت جهت عمود بر سطح عیب ، نیمساز زوایه بین موج وارد و موج منعکس شده است . در این روش تست که به فن پروبهای پی در پی (Tandem  technique) ویا گاه به فن انداختن و گرفتن (pitch and catch technique) موسوم است ، معمولا به دو پروب برای ارسال و دریافت امواج نیاز است . ملاحظات پیشین درباره سطح قطعه باید جداگانه برای هرپروب در نظر گرفته شود .

4) وقتی عیب امواج را به شدت پراکنده می کند، می توان از روش مشابه با روش 3 استفاده کرد . این روش به روش دلتا (Deta technique) موسوم است و مجددا نیاز به پروب های جداگانه برای ارسال و دریافت امواج و در نظر گرفتن تعیین گردد:

1- برای یافتن عیوب تخت ، امواج در جهت عمود بر عیب ارسال گردند . در این صورت بررسی نتیجه تست ساده است و به بیش از یک پروب نیاز نیست .

2- استفاده از پروب های نرمال آسان تر از پروب های زاویه ای است .

3- مسیر امواج در قطعه باید حتی المقدر مستقیم و بدون تغییر جهت باشد .

4- روش تست با یک پروب عموما از روش های پروب های پی در پی ویا روش دلتا ساده تر است و برآنها ترجیح دارد.

5- همیشه هنگامی که یک بازتاب مرجع مثلا بازتاب از پشت قطعه یا از لبه قطعه وجود دارد نتیجه تست بیشتر قابل اطمینان است .

6- باید از انجام تست به گونه ای که وقوع نشانه های کاذب را محتمل می سازد پرهیز کرد.

7- باید در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی ، باید تا حد امکان سطح مورد تست کمتر و حجمی از قطعه که مورد تست قرار می گیرد بیشتر باشد .

8- وقتی جهت قرار گرفتن عیوب نسبت به سطح قطعه نامشخص است تست باید از چند نقطه مختلف بر سطح قطعه انجام شود.

9- از روش انتقالی فقط زمانی باید استفاده شود که روش بازتاب نمی تواند موفق باشد ، و همواره باید مشکلات ناشی از استفاده از دوپروب مانند نحوه قرار گرفتن آنها ، جفت سازی دو پروب با قطعه و عدم امکان یافتن مکان عیب را در نظر داشت .دراین مقاله مهمترین نکات درباره انتخاب و قضاوت درمورد امکانات مختلف تست اولتراسوند شرح داده شد. کمی تجربه ، تشخیص سریع مناسب ترین روش تست را ممکن می سازد . استانداردهای زیادی موجود است که مشخصات تست را تعیین می کنند و می توان آنها را در مورد قطعات هم شکل بکار برد.

 

 



> php -S localhost:8000