مرکز پروژه ومقاله های علمی ومهندسی

دانشکده مهندسی مکانیک و مواد-گروه مهندسی مواد و متالورژی

مقایسه تست التراسونیک و تست رادیوگرافی

استاد:دکتر

دانشجویان:

تاریخ:بهار1400

 

 

 

 

چکیده:

تست­های غیرمخرب از مهم­ترین فرآیندها در حین ساخت،راه­اندازی،بهره­برداری و تعمیرات صنایع بزرگ مخصوصا صنایع نفت و گاز است.آزمون التراسونیک به عنوان یکی از سریع­ترین روش­های پیشرفته در تست­های غیرمخرب درنظر گرفته می­شود.نبود استاندارد پذیرش به صورت عمومی و سختی تفسیر از جمله موانع در گسترش این روش است.در مقابل اگرچه روش رادیوگرافی به عنوان یک روش مرسوم و قابل اعتماد در بررسی کیفیت جوش قلمداد می­شود اما محدودیت­های به کار بردن این روش به دلیل آسیب به بهداشت فردی بالا است.به علاوه این روش وابستگی بسیار زیادی به هندسه و پارامترهای تنظیمی در حین تست دارد.در این پژوهش شناسایی عیوب خطرناک مانند ترک،عدم نفوذ و عدم ذوب کافی در اتصالات جوشی لب به لب ورق­های ضخیم با استفاده از دو روش التراسونیک و رادیوگرافی مورد ارزیابی قرار گرفته و باهم مقایسه شده­اند.بررسی­ها بیانگر قابلیت­های بالاتر روش التراسونیک در یافتن عیوب در مقایسه با روش رادیوگرافی است.­

کلمات کلیدی:آزمون التراسونیک،آزمون رادیوگرافی،عیوب،موج

 

فهرست مطالب

1-مقدمه..................................................................................................................................................................................1

2-روش بازرسی التراسونیک...............................................................................................................................................2

1-2-کاربرد امواج التراسونیک.................................................................................................................................................2

2-2-انواع امواج التراسونیک....................................................................................................................................................3

1-2-2-امواج طولی.............................................................................................................................................................3

2-2-2-امواج عرضی............................................................................................................................................................4

3-2-2-امواج سطحی.........................................................................................................................................................4

3-2-فرآیند انتشار امواج التراسونیک.....................................................................................................................................6

4-2-انواع تکنیک اسکن عیوب..............................................................................................................................................6

1-4-2-روش عبوری..........................................................................................................................................................6

2-4-2-روش انعکاسی........................................................................................................................................................7

3-4-2-روش غوطه­وری......................................................................................................................................................8

4-4-2-روش فواره­ای..........................................................................................................................................................8

5-4-2-روش استفاده از چرخ لاستیکی..................................................................................................................................8

5-2-انتخاب طول موج مناسب............................................................................................................................................9

6-2-مزایا و محدودیت­های روش التراسونیک.....................................................................................................................10

7-2-روش­های التراسونیک پیشرفته.................................................................................................................................10

3-روش رادیوگرافی.........................................................................................................................................................11

1-3-اصول کلی.................................................................................................................................................................12

 

 

2-3-اشعه مورد استفاده در تستRT.......................................................................................................................................13

1-2-3-اشعه X....................................................................................................................................................................13

2-2-3-اشعه گاما................................................................................................................................................................14

3-3-دستگاه­های مولد اشعه X................................................................................................................................................14

4-3-اشعه X ادامه­دار..............................................................................................................................................................14

5-3-اشعه X مشخصه...........................................................................................................................................................15

6-3-ترانسفرمر......................................................................................................................................................................15

7-3-منابع اشعه xبا قدرت بالا.............................................................................................................................................15

1-7-3-شتاب­دهنده واندوگراف..........................................................................................................................................15

2-7-3-شتاب­دهنده خطی................................................................................................................................................15

3-7-3-شتاب­دهنده بتاترون..............................................................................................................................................16

8-3-دوربین رادیوگرافی......................................................................................................................................................16

9-3-ساختمان فیلم صنعتی.................................................................................................................................................17

1-9-3-تفاوت سرعت فیلم­ها..............................................................................................................................................18

2-9-3-صفحه سربی...........................................................................................................................................................18

10-3-روش انجام تست......................................................................................................................................................18

11-3-انواع عیوب..............................................................................................................................................................20

4-مقایسه تست RT و UT..............................................................................................................................................22

5-نتیجه­گیری...................................................................................................................................................................25

 

 

6-مراجع...........................................................................................................................................................................25

 

فهرست اشکال

تصویر3-1-اجزا تیوب اشعه X.................................................................................................................................................................13

تصویر2-4-امواج ورقه­ای خمشی..............................................................................................................................................................5

تصویر2-5-امواج ورقه­ای قرینه.................................................................................................................................................................5

تصویر2-3-انتشار موج سطحی ری-لای در فولاد................................................................................................................................5

تصویر2-1-انتشار موج طولی در محیط جامد.......................................................................................................................................3

تصویر3-2-به دام افتادن الکترون در میدان پروتون...........................................................................................................................14

تصویر3-10-تعقر در پاس ریشه.............................................................................................................................................................20

تصویر3-5-شتاب­دهنده بتاترون.............................................................................................................................................................16

تصویر3-4-شتاب­دهنده خطی...............................................................................................................................................................16

تصویر3-3-شتاب­دهنده واندوگراف......................................................................................................................................................15

تصویر2-6-شماتیک تست التراسونیک روش عبوری........................................................................................................................6

تصویر3-7-شماتیک تست رادیوگرافی...............................................................................................................................................19

تصویر2-8-شماتیک روش استفاده از چرخ لاستیکی.....................................................................................................................8

تصویر2-7-شماتیک روش انعکاسی....................................................................................................................................................6

تصویر3-6-شماتیک مواد تشکیل­دهنده فیلم صنعتی...................................................................................................................17

تصویر3-9-عیب نفوذ بیش از حد در ریشه....................................................................................................................................20

تصویر3-11-عیب عدم نفوذ...............................................................................................................................................................21

تصویر4-3-فیلم رادیوگرافی از عیب عدم نفوذ در دیواره.............................................................................................................23

تصویر4-1-فیلم رادیوگرافی نمونه ترک­دار.....................................................................................................................................22

تصویر4-5-فیلم­ رادیوگرافی نمونه دارای عیب عدم ذوب در ریشه و عدم نفوذ.....................................................................24

 

 

تصویر3-8-مشاهده تفاوت ضخامت نمونه در فیلم رادیوگرافی.................................................................................................................19

تصویر4-2-موقعیت و هندسه ترک در تفسیر تست التراسونیک..............................................................................................................23

تصویر4-4-موقعیت و هندسه عیب عدم ذوب در دیواره در تفسیر التراسونیک...................................................................................24

تصویر4-6-موقعیت و هندسه عیوب عدم ذوب در ریشه و عدم نفوذ در روش التراسونیک..............................................................25

تصویر3-11-ناخالصی اکسیدی......................................................................................................................................................................21

تصویر2-2-وضعیت ارتعاش ذرات و جهت انتشار امواج عرضی................................................................................................................4

 

فهرست جداول

جدول2-1-روش­های التراسونیک پیشرفته...........................................................................................................................................11

جدول4-1-هندسه موقعیت عیوب در نمونه­ها....................................................................................................................................22

 

 

 

 

1-مقدمه

آزمايش­هاى پرتونگارى و فراصوتی بطور وسیع در ميان روشهاى NTDبراى عيب يابى در سازه­ها، مثل جوش استفاده مي شوند. كوشش­هاى بسيارى براى مقايسه قابليت هاى اين دو بکار رفته است، ولى با توجه به اينکه اصول اساسى اين دو روش، متفاوت است، بايدگفت كه اين مقايسه زير سوال است.

آشكارسازى ترك در فراصوتی بستگى به انعكاس و پراكندگی انرژی فراصوتی از وجه ترک دارد. لذا پهناى بازشدگى ترک، در معادله وارد نمى­شود، مگر اينكه ترک بسيار بسته بوده و اجازه دهد مقدارى انرژی فراصوتی از وجوهش عبوركند که اين وضعيت نادرى است.

نمايان سازى ترك توسط پرتو نگاری و فراصوتی، آشكارا به سايز ترک (طول و ارتفاع) وابسته است. بطوركلى هرچه پیچيدگی شکل ترک بيشتر شود، آشكارسازى بوسيله پرتو نگاری نامتحمل مى­شود، در حاليكه در آزمايش فراصوتی، مقدارى انرژی پراكنده فراصوتی آشكار مى شود. اصولاً درآزمون فراصوتی، ترك­هایی كه در پرتو نگاری بسياركوچک يا داراى شكل پيجيده هستند، آشكار مى­شوند. مشكل اصلی درآزمايش فراصوتی، تشخيص نوع عيب و اندازه گيرى آن است تا آشكارسازى آن، به این معنى که مشابه انرژی پراكنده شده از وجه یک ترک معین، ممکن است ازیک عيب داخلى از نوع دیگر و با اندازه مشابه نیز دریافت شود.

مشكل دیگر در مقايسه پرتو نگاری با فراصوتی اين است كه همچنان که ضخامت جسم زياد مى­شود، اشعهx با انرژی بالاترى براى توليد راديوگراف ها مورد نياز است. ازدياد انرژى واضحى تصوير را کاهش مى­دهد، لذا آشكارسازى ترک ضعيف­تر مى شود. بعلاوه با افزايش ضخامت قطعه، بخصوص براى فولاد، قيمت لوازم پرتونگارى به سرعت افزايش مى­يابد. ولى در آزمون فراصوتی افزايش ضخامت تاثير زيادى بر ترك يابى ندارد.

اين مطلب براى اكثر فولادهاى كربنى صادق است ولى تعدادى فولادهای آستنتيك و زنگ نزن بطور قوى انرژی فراصوتی، پراكنده مى­كنند و غير ايزوتوپ هستند. این مشکلات بسیاری براى آزمايش موفق فراصوتی پديد مى­آورد. اين امر براى تعدادی از آلياژهاى مس نيز وجود دارد. به هرحال پرتونگارى و فراصوتی، بطور موفقيت آميز براى رديابى عيوب داخلى كه خوب زيرسطح قرارگرفته­اند، بكار مى­رود. نتیجه گیری مهم این است که اين دو روش مكمل يكدیگرند. بصورتى كه پرتو نگاری براى عيوب غيرصفحه اى و آزمون فراصوتی براى عيوب صفحه اى بكار مى­رود.

مطلب دیگر درمورد قابليت­ها و محدوديت­های پرتو نگاری روى فيلم يا راديوسکوپى با صفحه تصوير یا توليد تصوير كامپيوترى، توليد عكس عيب است. يک عيب به آسانى شناخته شده و بصورت ترک، حفره و... تعبير مى شود و طول و پهناى آن بطور دقيق قابل اندازه گيرى است ولى ارتفاع درون ضخامت قابل اندازه گيرى نيست. در فراصوتی طول و ارتفاع به آسانى اندازه گيرى مى­شود، ولى طبیعت عيب مشکل تر از پرتونگارى مشخص مى­شود، گرچه با توسعه سريع تجزيه و تحليل داده توسط كامپيوتر، در اين زمينه، جاى اميدوارى وجود دارد.

درهردو روش احتمال و توانائى تفسير نتايج مهم مى باشد.

امكان ثبت دائمى بازرسى به آسانى مكان پذير است. در همه روشهاى آزمون غیرمخرب تفسير اشتباه تصوير ممکن است رخ دهد يا امکان بکارگیری تکنیک های بد با قابليت هاى عيب يابى ضعيف وجود دارد.

 

 

2-روش بازرسی التراسونیک

هرگاه به يك ذره يا مولكولي از يك ماده الاستيك، نيروي مكانيكي مانند ضربه وارد شود، ذره مرتعش شده و اثر ضربه را به ذرات مجاور منتقل مي­كند. در طي چنين فرايندي انرژي ارتعاشي از هر ذره به ذره مجاور، به صورت موج صوتي انتشار مي­يابد.

سرعت انتشار امواج صوتي در هر محيط همگن ثابت است و تنها با تغيير طول موج و يا فركانس مي­توان ارتباط بين مولكول ها را براي انتقال انرژي برقرار نمود. هرچه فركانس ارتعاش و نوسان ذرات افزايش يابد، طول موج كوتاه تر خواهد شد و به همين دليل امواجي كه فركانس بالايي دارند، قادر به انتشار در هوا نيستند.

حداكثر فركانس قابل شنوايي براي گوش انسان 20000 هرتز در ثانيه مي باشد. امواج صوتي با فركانس بالاتر از آن را امواج ماوراء صوت(Ultrasonic)و كمتر از 20 هرتز در ثانيه را مادون صورت(Infrasonic) مي­گويند.

امواج التراسونيك مي توانند در هر محيطي نظير جامدات، سيالات و حتي برخي از گازها كه خاصيت انتقال امواج را داشته باشند انتشار يابند. امواج ماوراء صوت از نوع امواج مكانيكي هستند كه به كمك فرآيندهاي متفاوتي قابل توليد هستند.

. بعضي از مواد مانند نيكل،با قرار گرفتن در ميدانهاي مغناطيسي تغيير شكل داده و امواج التراسونيكي توليد مي­كنند. از مولدهاي الكترومغناطيسي و خازن‌ها نيز مي توان امواج توليد نمود، اما شاخص ترين مولد امواج ماوراء صوت در بحث آشكار سازي عيوب، كريستالهاي پيزوالكتريك هستند.[1]

2-1-کاربرد امواج التراسونیک

امواج ماوراء صوت در بسياري از مواد نفوذ مي­كنند و قادرند تغييرات مهمي را در آن­ها ايجاد كنند. بطور مثال، اگر جسمي را در سيالي متاثر از امواج ماوراء صوت غوطه ور كنيم و جسم در مركز كانوني امواج قرار گيرد، شكسته و خرد خواهد شد.

در آزمايشگاه‌ها، براي زدايش مواد رسوبي روي قطعات، از ظروف التراسونيكي استفاده مي گردد. در اين روش قطعه مورد نظر در يك ظرف مخصوص قرار داده مي شود. كف ظرف تحت پديده الكترومغناطيسي به ارتعاش درآمده و در نتيجه ارتعاش قطعه، به تدريج مواد چسبيده، از سطح آن جدا خواهند شد.[1]

در اماكن و سالن‌هاي مرتفع نظير فرودگاه ها، كه به علت ترافيك و تردد مستمر مسافران تميزكاري سقف آنها مشكل است. به منظور پيشگيري از بالا رفتن آلاينده­هاي دودي و تيره شدن سقف، از امواج ماوراء صوت استفاده مي­شود. براي اين منظور تا ارتفاع معيني از سقف، تحت پوشش پيوسته امواج التراسونيكي قرار مي­گيرد. در نتيجه برخورد امواج با مولكول­هاي دود آنها را بهم پيوند داده و موجب سقوط دوده­هاي سنگين مي شود.[1]

از امواج ماوراء صوت با فركانس­هاي بسيار زياد (بيش از 15 مگا هرتز و كمتر از يك گيگاهرتز) براي فرآيند عيب يابي در ميكروسكوپ­هاي صوتي‌استفاده مي­گردد.

 

 

 

 

بعضي از حيوانات مانند اسب و سگ قادر به حس امواج ماوراء صوت هستند و خفاش ها به كمك امواج، مسير حركت خود را در تاريكي تعيين مي­كنند. امواج ماوراء صوت در امور پزشكي و صنايع غذايي نيز كاربرد گسترده­اي دارد.

استفاده از پديده امواج اولين بار در بازرسي خطوط راه­آهن به خدمت گرفته شد. در يك نقطه به خط آهن ضربه زده مي­شد و در فاصله­اي معين به انعكاس صداي ارتعاش آن، گوش مي­دادند. شدت صوت در خطوط سالم يكسان شنيده مي شد، اما چنانچه در قسمتي از خط آهن ترک و يا خوردگي وجود داشت شدت صوت كاهش مي­يافت و متوجه عيب در خط آهن مي­شدند.با چنين روشي فقط ترک­هاي درشت قابل تشخيص بود اما با ورود امواج ماوراء صوت با طول موجهاي بسيار كوتاه، آشكار سازي عيوب بسيار ريز نيز ميسر گرديد.[1]

امواج ماوراء صوت (التراسونيک) براي ارزيابي كيفيت اكثر مواد مهندسي و تشخيص عيوب درون آنها به كار مي­رود. عيوبي نظير انواع حفره­هاي گازي، ناخالصي‌ها، ترک­ها و كليه پديده هايي كه عامل ناهمگني در اتصالات جوش و مواد مي¬شوند با اين روش قابل آشكار سازي هستند.

اما برتري قابل توجه روش التراسونيك توانايي ارزيابي هرسه بعد يك عيب بدون محدوديت فاصله و ضخامت است. به همين جهت در بررسي­هاي تحقيقاتي ارزيابي عيوب ( Non-Destructive Evaluation) فقط از آزمايش التراسونيك بهره گرفته مي­شود.

2-2-انواع امواج التراسونیک

2-2-1-امواج طولی

همان طور كه در تعريف امواج گفته شد، ذرات يك ماده، در زمان ارتعاش، متناسب با جهت نيروي وارده در محدوده خاصيت الاستيكي خود، نوسان خواهند نمود. چنانچه جهت انشار امواج با جهت ارتعاش ذرات يكسو باشد. امواج طولي توليد مي­گردد.

ضمنا چون مواد داراي خواص انبساط و انقباض الاستيكي هستند، انتشار امواج طولي به حالت هاي انبساطي و انقباضي نيز صورت

.

.

.

تعداد صفحات:34