Transcript PAUT
Slide 1
دانشگاه آزاد اسالمی واحد اهواز
گروه مهندس مواد
روشهای پیشرفته غیر مخرب
موضوع :
PAUT
)(PHASE ARRAY ULTRASONIC
تهیه کننده :امین عموری
استاد راهنما:دکتر معینی فر
بهار 91
Slide 2
مقدمه:
از میان روشهای مختلف آزمونهای غیر مخرب معرفی شده توسط انجمن تست های غیر مخرب آمریکا ،از
مهمترین و پرکار ترین روشها ،روش آزمون امواج فراصوت است که کاربردی گسترده در تشخیص عیوب،
از جمله ترک ها ،عیوب ناش ی از جوشکاری ،ضخامت سنجی و ...دارد .در این روش امواج صوتی با
فرکانس باال ( محدوده فرکانس 0.1-25هرتز) توسط مواد پیزوالکترونیک به درون ماده تابانده می
شوند و بر اساس آنالیز امواج برگشت یافته از درون ماده ،اطالعات مورد نیاز را به ما ارائه می دهد .اما
تعیین ماهیت دقیق نقص نسبتا مشکل بوده و به مهارت و تجربه شخص اپراتور بستگی فراوان دارد.
][1
محدودیت های روش UTو نیاز به روشهایی بازرس ی با بازدهی زمانی و هزینه ای و کیفی بیشتر ،منجر به
ابداع روش های نوین تری برای بازرس ی از مواد شده است .از جمله این روش های نوین روش
Phased Array UTاست.
Slide 3
اصول PAUTعملکرد کلی PAUTهمانند روش UTمیباشد و تفاوت اصلی میان این دو روش در نوع پروب های
مورد استفاده در این روشهاست .تفاوت دیگر این دو روش را می توان در نوع اسکن مورد استفاده دید،
در UTاز اسکن مکانیکی استفاده می شود و در PAUTاز اسکن الکترونیکی[2].
پروبهای مورد استفاده در PAUTحاوی تعدادی زیاد سلول پیزوالکترونیک کوچک (اصوال 16تا )256
می باشند که با ارسال و دریافت امواج فراصوت بصورت مجزا ،توانایی نمایش عیوب موجود در قطعات
با جزئیات بیشتری را دارند .ماهیت متفاوت نمایش اطالاعات در ( PAUTکه عیوب را بصورت دو
بعدی و با جزئیات بیشتری نشان میدهد)
Slide 4
نخستین دستگاههای آزمایشگاهی PAUTدر سال 1992در امریکا ساخته شدند ولی اولین دستگاه
پروفایل Phased Arrayدر سال 2002ساخته شد و مدل x-32نام گرفت .علت این نامگذاری،
تجهیز دستگاه به 32کانال فرستنده و گیرنده امواج بود(شکل شماره .)1الزم به ذکر است پیش از این
تاریخ ،مبدل های چند جزئی UTدر پزشکی مورد استفاده بوده اند[3,4] .
شکل : 1اولین دستگاه پرتابل ساخته شده با سیستم ( PAUTراست ) و مقایسه با نمونه های اولیه
(چپ)
Slide 5
ساختار و تئوری : PAUT
در این سیستم ،پیزو الکترونیک های موجود در پروب های تک کریستال به تعداد زیادی املان
تقسیم می شوند که عرض هر یک بسیار کوچکتر از طول آنهاست ( شکل شماره .)2هر یک از این املان
ها ،بطور مستقل از املان های دیگر تبدیل به یک منبع صوتی شده و بصورت مستقیم و کامال مجزا و
مستقل تحریک می شوند و به ارسال و در یافت امواج می پردازند .در واقع با این تکنولوژی می توان
بجای استفاده از یک پروب در روش UTمعمولی ،از تعداد بیشتری پروب در کنار هم استفاده کرد( 16تا
1024پروب)[5].
شکل :2چیدمان پیزو الکترونیکها در
پروبهای PAUT
Slide 6
با اعمال تاخیردر فاز ،دامنه و زمان ارسال هر موج در هر املان نسبت به سایر املان ها و کنترل کامپیوتری
این امواج می توان امواج فراصوت متمرکز تری را با قابلیت هدایت موج و کنترل پارامترهای معمول
امواج صوت ( مانند زاویه تابش ،فاصله کانونی اندازه منطقه کانونی و )...ایجاد نمود .میزان این تاخیر
در موج به نوع موج ،زاویه بازگشت ،عمق کانونی و طول املان های فعال شده برای ارسال آن موج بستگی
دارد .اختالف فاز میان امواج 2املان ( ،) θΔنمونه فازی نامیده می شود[6].
می دانیم بر اساس ماهیت امواج صوت ،رابطه ( )1برقرار است:
رابطه بین مسافت طی شده توسط موج ( )xو فاصله میان دو املان تابش کننده موج ( )dو همچنین زاویه
تابش هر موج به سطح را می توان از طریق معادله ( )1بدست آورد و بر اساس روابط ( )2و ( )3نیز می
توان اختالف فاز میان هر دو موج را با کمک فاز هر موج تعیین نمود:
که در این رابطه λ ،طول موج است
Slide 7
±25°ارسال امواج و همچنین با توجه به هندسه و شکل املان های موازی
در این روش با توجه به ماهیت شرح داده شده
برای پروب های تماس ی و برای پروبهای امواج برش ی ( 30-70°عرض ی) هدایت
پیزو الکتریک ،امواج را در محدوده
نمود .این امر ،قابلیت متمرکز نمودن امواج در هر منطقه دلخواه و یا بررس ی سطح ماده بدست می آورد].[4
همچنین این روش می تواند به بازرسان قابلیت بررس ی ابعاد و هندسه کامل عیوب ناش ی از خوردگی در خط لوله ونیز
ردیابی انواع مختلف از ترکها در بدنه لوله و یا ساختار جوش – بدون توجه به جهت گیری ترک ها نسبت به راستای
لوله -را نمایان سازد .شماتیک ساختار یک پروب PAUTدر شکل شماره 4دیده می شوند] [7و شکل شماره 5
تفاوت میان نحوه و قابلیت تشخیص پروبهای ( PAUTسمت راست) را در مقایسه با پروبهای تک کریستال (UT
سمت چپ) نشان می دهند[2].
Slide 8
همچنین این روش قابلیت بررس ی ابعاد و هندسه کامل عیوب ،ردیابی انواع مختلف از ترکها در قطعات و یا ساختار
جوش ،بدون توجه به جهت گیری ترکها را دارد .شماتیک ساختار یک پروب PAUTدر شکل شماره 4دیده می
شوند] [7و شکل شماره 5تفاوت میان نحوه و قابلیت تشخیص پروبهای ( PAUTسمت راست) را در مقایسه با
پروبهای تک کریستال (UTسمت چپ) نشان می دهند[2].
شکل : 4ساختار یک پروب PAUT
شکل 5تفاوت میان نحوه و قابلیت تشخیص
پروبهای ( PAUTسمت راست) را در مقایسه با
پروبهای تک کریستال (UTسمت چپ)
Slide 9
با توجه به ساختار پروب PAUTو نحوه هدایت امواج توسط این روش ،همه عناصر توسط یک پالس الکتریکی
یکسان و بصورت تاخیر فازی های کنترل شده تهیج می شوند( .شکل شماره [2,8])6
دقت تصاویر حاصل از PAUTبه عوامل متعددی بستگی دارد که مهمترین آنها را تداوم پالس می توان دانست( .
سایر عوامل عبارتند از فرکانس ،دامنه و تاخیر فاز امواج ارسالی).
شکل : 6الگوی امواج التراسونیک ،هدایت کردن) تصویر سمت راست ) و تمرکز توسط
سیستم ( PAUTتصویر سمت چپ)
Slide 10
الگو های کنترل پرتوها در روش PAUTسه الگو کنترل کامپیوتری بر روی پرتوها در روش PAUTتعریف شده است که عبارتند از ].[5
الف) اسکن الکترونیکی:
در این روش اسکن ،تاخیر فازها بر روی املان های فعال پروب ،بصورت گروهی تقسیم می شوند و نهایتا اسکن در
طول پروب و در یک زاویه ثابت صورت می گیرد .بر اساس ثابت بودن این زاویه ،می توان این روش اسکن را با به
عنوان جایگزینی دقیق تر برای روش های سنتی UTتوسط حرکت مکانیکی پروب های تک کریستال بکار برد .با کمک
این تکنیک اسکن ،عالوه بر عدم نیاز به حرکت مکانیکی پروب ،می توان بازرس ی توسط امواج برش ی( عرض ی) و
بازرس ی و تست مناطق خورده شده را سرعت بخشید( شکل شماره )7
شکل 7
Slide 11
ب) هدایت الکتریکی :
در این روش ،می توان از اصل اعمال تاخیر فااز ماوج هاای ارساالی باه املاان هاای مختلاف پاروب بارای انحاراف بصاورت
کنترل شده و دلخواه استفاده نمود .به عبارت دیگردر این روش امکان ایجاد امواج صاوتی باا زاویاای مختلاف حاصال مای
شود می توان این تکنیک اسکن را جایگزینی برای روش UTتوسط پروب های تک کریستال باا زوایاای متفااوت دانسات.
بنااابراین بااا کمااک ایاان تکنیااک امکااان بازرسا ی در زوایااای مختلااف در قطعااات بااا اشااکال هندسا ی نیااز خااوردگی هااای باا اشااکال
متفاااوت و متریاار هماننااد خااوردگی حفااره ای را توسااط یااک پااروب وجااود دارد .تصااویر شااماره 8بیااانگر نحااوه اسااکن نمااودن
جوش و بدنه لوله ها توسط این تکنیک می باشد.
شکل : 8نحوه اسکن نمودن جوش و بدنه لوله ها توسط تکنیک هدایت الکتریکی در PAUT
Slide 12
ج) تمرکز الکترونیکی :
در این تکنیک ،توسط اعمال تاخیر در ارسال امواج به املان های متفاوت ،امواج صوتی در عمق های کانونی متفاوتی
در طول محور موج هدایت می شوند .بر این اساس ،این تکنیک را جایگزین مناسب برای استفاده از پروب های
مختلف تک کریستال UTاز نظر ابعاد جهت تمرکز در عمق های مختلف در نظر گرفت .شکل شماره 9بیانگر شماتیک
تاخیرهای فاز الکتریکی در این تکنیک و رابطه آن با میزان تمرکز عمق است.
شکل : 9شماتیک تاخیرهای فاز الکتریکی در تکنیک تمرکز الکترونیکی PAUT
Slide 13
تجهیزات مورد استفاده در روش Phased array
•دستگاه مختصات یاب
•دستگاه تولید کننده و آنالیز کننده امواج فرا صوت
•پروب
•مایع کوپلنت
برای ساخت پروب های PAUTاز مواد پیزوالکتریک استفاده می شود .از قرار دادن میله ای نازک سرامیکی در درون
مواد پلیمیری مانند رزین ساخته می شوند .خواص ماده پیزوالکتریک حاصل ،به خواص سرامیک ،پلیمر و ساختار
میکروسکوپی ماده پیزوالکتریک بستگی دارد .وظیفه ماده پلیمری یا رزین بکار رفته در میان پیزوالکتریک ها ،میرا
کنندگی امواج فراصوت است و مدت استمرار پالس را کاهش داده و قدرت تفکیک موج را بهبود می بخشد .شکل
شماره 11نشانگر نحوه چیدمان اجزاء سازنده ماده پیزوالکتریک پروب PAUTاست[2, 5] .
بر اساس نحوه استقرار و چیدمان املان ها درون ، PAUTانواع مختلف
پروب رامی توان بصورت زیر تعریف نمود:
شکل 10
پروبهای خطی
پروبهای دایروی
پروبهای حلقوی
پروبهای ماتریس ی
به عنوان مثال ،چیدمان املانهای یک نوع پروب ماتریس ی در شکل شماره 12
قابل مشاهده است.
شکل 11
Slide 14
کاربرد : PAUT
از این سیستم می توان برای تشخیص ترک ،تخلل ،حفرهای انقباض ی ،کاهش ضخامت ناش ی از خوردگی ،تورق،
عیوب جوش و نیز سایر ناپیوستگی های فلز استفاده نمود .کاربردهای صنعتی این روش شامل بازرس ی جوش مخازن
تحت فشار ،بازرس ی خودکار ( اتوماتیک) در حین ].[2,3
کاربرد دیگر این روش در بازرس ی قطعات از جنس مواد با قدرت میرایی صوت باال است ( مانند فوالد زنگ نزن .در این
مواد ،به دلیل دانه درشت بودن دانه ها و کریستالها ،پراکندگی و انحراف پرتوهای امواج فرا صوت بطور شدیدی
اتفاق می افتد .به همین دلیل میزان انتشار صوت درون ماده کاهش یافته و موجب بروز امواج مرتش بر روی صفحه
نمایش و یا سخت شدن تشخیص اکوی برگشتی از درون ماده می گردد .استفاده از روش PAUTموجب تمرکز صوت
در این نوع مواد و در نتیجه وضوح بیشتر ارتفاع پیک های اکوی دریافتی از ماده و نیز افزایش مقدار نسبت سیگنال
صحیح نسبت به سیگنالهای مرتش می گردد].[4
نکته بسیار مهم و مفید در این تکنیک ،وجود استاندارد ASME C 2235-Qاست که در آن شرایط خاص
قابلیت استفاده از PAUTبرای بازرس ی از جوشها و قطعات با ضخامت بزرگتر و یا مساوی 2/1اینچ در مخازن تحت
فشار ،لوله ها و نیروگاهها در جایگزینی روش RTمعمول گردیده است.
Slide 15
مزایا :
قابلیت مستند سازی گزارشات PAUT
امکان تعیین دقیق تر محل و ماهیت عیوب
امکان پردازش تصاویر از سه نما از عیب ) (side view , top view. End viewتوسط نرم افزارهای
مخصوص
نمایش تصویر همزمان B-Scan , C- Scanدر صفحه نمایش
ایجاد تصاویر با امکان تفسیر سریعتر و ساده تر
افزایش سرعت بازرس ی
امکان ایجاد پالس های صوتی با زوایای مختلف توسط یک پروب و در نتیجه تحت پوشش قرار دادن حجم بیشتری
از قطعه تحت بازرس ی با یک تابش
افزایش ضریب اطمینان بازرس ی
عدم ضرورت دسترس ی به دو طرف سطح مورد بازرس ی
قابلیت بازرس ی از قطعات با ضخامت متفاوت و ضخامت زیاد ( به دلیل قابلیت نفوذ صوت در فلزات)
صرفه جویی در هزینه ،به تمام دالیل مشروحه در باال.
Slide 16
محدودیت ها :
قابلیت استفاده فقط در موادی که امکان عبور صوت از آنها وجود دارد.
اماده سازی سطح مورد بازرس ی
خطای فراوان در بازرس ی از مواد اسفنجی شکل دارای خلل و فرج فراوان ( در صورتی که حفره ها ،تصویر حفره
های با عمق کمتر را نپوشانند).
عدم قابلیت بازرس ی از لوله ها و قطعات جوشکاری شده بصورت جوش شیاری با ضخامت کمتر از 6میلیمتر ( به
دلیل بروز خطای زیاد در نتایج بازرس ی)
بروز خطای نسبی در نتایج بازرس ی ازلوله های با قطر کمتر از 6اینچ ( البته استفاده از این روش نیز مانند UTبرای
لوله های با قطر 2اینچ با وجود خطا در نتایج امکانپذیر می باشد).
-6نیاز به صرف هزینه جهت خاکبرداری و پوشش برداری و آماده سازی سطح از لوله های مدفون
Slide 17
پیوستها
با توجه به امکان جایگزینی این روش با روش پرتونگاری ،مقایسه تصاویر مستند شده حاصل از RTبا PAUTمربوط به
یک مقطع جوش حاوی عیوب متفاوت و نیز تصویر ارائه شده نهایی PAUTاز این مقطع در تصاویر زیر نشان داده شده
اند.
Slide 18
در تصویر زیر برخی عیوب موجود در ماده و نمودار نمایانگر این عیوب در یک نرم افزار آنالیزکننده عیوب مشاهده میشود.
Slide 19
1.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
:منابع
ASM HANDBOOK VOL.17 , “NONDESTRUCTIVE EVALUATION AND QUALITY CONTROL” 9’th
EDDITION, ASM INTERNATIONAL : THE MATERIALS INFORMATION COMPANY.
1386 ، " در بازرسی خطوط لولهPHASED ARRAY "کاربرد آلتراسونیک.2
Olympus NDT Group, www.olympusndt.com
Harfang Microtechniques, Canada, www.harfangmicro.com
Ping Yang, Bin Chen, Ke-Ren Shi, “A novel method to design sparse linear arrays for
ultrasonic phased array”, Ultrasonics 44 (2006) e717–e721.
WWW.RADARTUTORIAL.COM
Ping Yang, Bin Chen, Ke-Ren Shi, “A novel method to design sparse linear arrays for
ultrasonic phased array”, Ultrasonics 44 (2006) e717–e721, www.phased-array.com
Sung-Jin Song, Hyeon Jae Shin, You Hyun Jang, “Development of an ultrasonic phased
array system for nondestructive tests of nuclear power plant components”, Nuclear
Engineering and Design 214 (2002) 151–161.
Imasonic Co., www.imasonic.com
Sonstest Group, www.sonatest.com
ASME C2235-9, CASES OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE, October 11, 2005.
www.aitechnologies.biz/phased_array_ultrasonic
Guillaume Neau and Deborah Hopkins, “The promise of ultrasonic phased arrays and the
role of modeling in specifying systems”, WWW.BERCLI.NET, + 1 510 292 12902813 Seventh
Street Berkeley, CA 94710
Weld Flaw Radiographgy by Sonainspection International Ltd., www.sonaspection.com
“Tube inspection using massively parallel systems” , WWW.BERCLI.NET
دانشگاه آزاد اسالمی واحد اهواز
گروه مهندس مواد
روشهای پیشرفته غیر مخرب
موضوع :
PAUT
)(PHASE ARRAY ULTRASONIC
تهیه کننده :امین عموری
استاد راهنما:دکتر معینی فر
بهار 91
Slide 2
مقدمه:
از میان روشهای مختلف آزمونهای غیر مخرب معرفی شده توسط انجمن تست های غیر مخرب آمریکا ،از
مهمترین و پرکار ترین روشها ،روش آزمون امواج فراصوت است که کاربردی گسترده در تشخیص عیوب،
از جمله ترک ها ،عیوب ناش ی از جوشکاری ،ضخامت سنجی و ...دارد .در این روش امواج صوتی با
فرکانس باال ( محدوده فرکانس 0.1-25هرتز) توسط مواد پیزوالکترونیک به درون ماده تابانده می
شوند و بر اساس آنالیز امواج برگشت یافته از درون ماده ،اطالعات مورد نیاز را به ما ارائه می دهد .اما
تعیین ماهیت دقیق نقص نسبتا مشکل بوده و به مهارت و تجربه شخص اپراتور بستگی فراوان دارد.
][1
محدودیت های روش UTو نیاز به روشهایی بازرس ی با بازدهی زمانی و هزینه ای و کیفی بیشتر ،منجر به
ابداع روش های نوین تری برای بازرس ی از مواد شده است .از جمله این روش های نوین روش
Phased Array UTاست.
Slide 3
اصول PAUTعملکرد کلی PAUTهمانند روش UTمیباشد و تفاوت اصلی میان این دو روش در نوع پروب های
مورد استفاده در این روشهاست .تفاوت دیگر این دو روش را می توان در نوع اسکن مورد استفاده دید،
در UTاز اسکن مکانیکی استفاده می شود و در PAUTاز اسکن الکترونیکی[2].
پروبهای مورد استفاده در PAUTحاوی تعدادی زیاد سلول پیزوالکترونیک کوچک (اصوال 16تا )256
می باشند که با ارسال و دریافت امواج فراصوت بصورت مجزا ،توانایی نمایش عیوب موجود در قطعات
با جزئیات بیشتری را دارند .ماهیت متفاوت نمایش اطالاعات در ( PAUTکه عیوب را بصورت دو
بعدی و با جزئیات بیشتری نشان میدهد)
Slide 4
نخستین دستگاههای آزمایشگاهی PAUTدر سال 1992در امریکا ساخته شدند ولی اولین دستگاه
پروفایل Phased Arrayدر سال 2002ساخته شد و مدل x-32نام گرفت .علت این نامگذاری،
تجهیز دستگاه به 32کانال فرستنده و گیرنده امواج بود(شکل شماره .)1الزم به ذکر است پیش از این
تاریخ ،مبدل های چند جزئی UTدر پزشکی مورد استفاده بوده اند[3,4] .
شکل : 1اولین دستگاه پرتابل ساخته شده با سیستم ( PAUTراست ) و مقایسه با نمونه های اولیه
(چپ)
Slide 5
ساختار و تئوری : PAUT
در این سیستم ،پیزو الکترونیک های موجود در پروب های تک کریستال به تعداد زیادی املان
تقسیم می شوند که عرض هر یک بسیار کوچکتر از طول آنهاست ( شکل شماره .)2هر یک از این املان
ها ،بطور مستقل از املان های دیگر تبدیل به یک منبع صوتی شده و بصورت مستقیم و کامال مجزا و
مستقل تحریک می شوند و به ارسال و در یافت امواج می پردازند .در واقع با این تکنولوژی می توان
بجای استفاده از یک پروب در روش UTمعمولی ،از تعداد بیشتری پروب در کنار هم استفاده کرد( 16تا
1024پروب)[5].
شکل :2چیدمان پیزو الکترونیکها در
پروبهای PAUT
Slide 6
با اعمال تاخیردر فاز ،دامنه و زمان ارسال هر موج در هر املان نسبت به سایر املان ها و کنترل کامپیوتری
این امواج می توان امواج فراصوت متمرکز تری را با قابلیت هدایت موج و کنترل پارامترهای معمول
امواج صوت ( مانند زاویه تابش ،فاصله کانونی اندازه منطقه کانونی و )...ایجاد نمود .میزان این تاخیر
در موج به نوع موج ،زاویه بازگشت ،عمق کانونی و طول املان های فعال شده برای ارسال آن موج بستگی
دارد .اختالف فاز میان امواج 2املان ( ،) θΔنمونه فازی نامیده می شود[6].
می دانیم بر اساس ماهیت امواج صوت ،رابطه ( )1برقرار است:
رابطه بین مسافت طی شده توسط موج ( )xو فاصله میان دو املان تابش کننده موج ( )dو همچنین زاویه
تابش هر موج به سطح را می توان از طریق معادله ( )1بدست آورد و بر اساس روابط ( )2و ( )3نیز می
توان اختالف فاز میان هر دو موج را با کمک فاز هر موج تعیین نمود:
که در این رابطه λ ،طول موج است
Slide 7
±25°ارسال امواج و همچنین با توجه به هندسه و شکل املان های موازی
در این روش با توجه به ماهیت شرح داده شده
برای پروب های تماس ی و برای پروبهای امواج برش ی ( 30-70°عرض ی) هدایت
پیزو الکتریک ،امواج را در محدوده
نمود .این امر ،قابلیت متمرکز نمودن امواج در هر منطقه دلخواه و یا بررس ی سطح ماده بدست می آورد].[4
همچنین این روش می تواند به بازرسان قابلیت بررس ی ابعاد و هندسه کامل عیوب ناش ی از خوردگی در خط لوله ونیز
ردیابی انواع مختلف از ترکها در بدنه لوله و یا ساختار جوش – بدون توجه به جهت گیری ترک ها نسبت به راستای
لوله -را نمایان سازد .شماتیک ساختار یک پروب PAUTدر شکل شماره 4دیده می شوند] [7و شکل شماره 5
تفاوت میان نحوه و قابلیت تشخیص پروبهای ( PAUTسمت راست) را در مقایسه با پروبهای تک کریستال (UT
سمت چپ) نشان می دهند[2].
Slide 8
همچنین این روش قابلیت بررس ی ابعاد و هندسه کامل عیوب ،ردیابی انواع مختلف از ترکها در قطعات و یا ساختار
جوش ،بدون توجه به جهت گیری ترکها را دارد .شماتیک ساختار یک پروب PAUTدر شکل شماره 4دیده می
شوند] [7و شکل شماره 5تفاوت میان نحوه و قابلیت تشخیص پروبهای ( PAUTسمت راست) را در مقایسه با
پروبهای تک کریستال (UTسمت چپ) نشان می دهند[2].
شکل : 4ساختار یک پروب PAUT
شکل 5تفاوت میان نحوه و قابلیت تشخیص
پروبهای ( PAUTسمت راست) را در مقایسه با
پروبهای تک کریستال (UTسمت چپ)
Slide 9
با توجه به ساختار پروب PAUTو نحوه هدایت امواج توسط این روش ،همه عناصر توسط یک پالس الکتریکی
یکسان و بصورت تاخیر فازی های کنترل شده تهیج می شوند( .شکل شماره [2,8])6
دقت تصاویر حاصل از PAUTبه عوامل متعددی بستگی دارد که مهمترین آنها را تداوم پالس می توان دانست( .
سایر عوامل عبارتند از فرکانس ،دامنه و تاخیر فاز امواج ارسالی).
شکل : 6الگوی امواج التراسونیک ،هدایت کردن) تصویر سمت راست ) و تمرکز توسط
سیستم ( PAUTتصویر سمت چپ)
Slide 10
الگو های کنترل پرتوها در روش PAUTسه الگو کنترل کامپیوتری بر روی پرتوها در روش PAUTتعریف شده است که عبارتند از ].[5
الف) اسکن الکترونیکی:
در این روش اسکن ،تاخیر فازها بر روی املان های فعال پروب ،بصورت گروهی تقسیم می شوند و نهایتا اسکن در
طول پروب و در یک زاویه ثابت صورت می گیرد .بر اساس ثابت بودن این زاویه ،می توان این روش اسکن را با به
عنوان جایگزینی دقیق تر برای روش های سنتی UTتوسط حرکت مکانیکی پروب های تک کریستال بکار برد .با کمک
این تکنیک اسکن ،عالوه بر عدم نیاز به حرکت مکانیکی پروب ،می توان بازرس ی توسط امواج برش ی( عرض ی) و
بازرس ی و تست مناطق خورده شده را سرعت بخشید( شکل شماره )7
شکل 7
Slide 11
ب) هدایت الکتریکی :
در این روش ،می توان از اصل اعمال تاخیر فااز ماوج هاای ارساالی باه املاان هاای مختلاف پاروب بارای انحاراف بصاورت
کنترل شده و دلخواه استفاده نمود .به عبارت دیگردر این روش امکان ایجاد امواج صاوتی باا زاویاای مختلاف حاصال مای
شود می توان این تکنیک اسکن را جایگزینی برای روش UTتوسط پروب های تک کریستال باا زوایاای متفااوت دانسات.
بنااابراین بااا کمااک ایاان تکنیااک امکااان بازرسا ی در زوایااای مختلااف در قطعااات بااا اشااکال هندسا ی نیااز خااوردگی هااای باا اشااکال
متفاااوت و متریاار هماننااد خااوردگی حفااره ای را توسااط یااک پااروب وجااود دارد .تصااویر شااماره 8بیااانگر نحااوه اسااکن نمااودن
جوش و بدنه لوله ها توسط این تکنیک می باشد.
شکل : 8نحوه اسکن نمودن جوش و بدنه لوله ها توسط تکنیک هدایت الکتریکی در PAUT
Slide 12
ج) تمرکز الکترونیکی :
در این تکنیک ،توسط اعمال تاخیر در ارسال امواج به املان های متفاوت ،امواج صوتی در عمق های کانونی متفاوتی
در طول محور موج هدایت می شوند .بر این اساس ،این تکنیک را جایگزین مناسب برای استفاده از پروب های
مختلف تک کریستال UTاز نظر ابعاد جهت تمرکز در عمق های مختلف در نظر گرفت .شکل شماره 9بیانگر شماتیک
تاخیرهای فاز الکتریکی در این تکنیک و رابطه آن با میزان تمرکز عمق است.
شکل : 9شماتیک تاخیرهای فاز الکتریکی در تکنیک تمرکز الکترونیکی PAUT
Slide 13
تجهیزات مورد استفاده در روش Phased array
•دستگاه مختصات یاب
•دستگاه تولید کننده و آنالیز کننده امواج فرا صوت
•پروب
•مایع کوپلنت
برای ساخت پروب های PAUTاز مواد پیزوالکتریک استفاده می شود .از قرار دادن میله ای نازک سرامیکی در درون
مواد پلیمیری مانند رزین ساخته می شوند .خواص ماده پیزوالکتریک حاصل ،به خواص سرامیک ،پلیمر و ساختار
میکروسکوپی ماده پیزوالکتریک بستگی دارد .وظیفه ماده پلیمری یا رزین بکار رفته در میان پیزوالکتریک ها ،میرا
کنندگی امواج فراصوت است و مدت استمرار پالس را کاهش داده و قدرت تفکیک موج را بهبود می بخشد .شکل
شماره 11نشانگر نحوه چیدمان اجزاء سازنده ماده پیزوالکتریک پروب PAUTاست[2, 5] .
بر اساس نحوه استقرار و چیدمان املان ها درون ، PAUTانواع مختلف
پروب رامی توان بصورت زیر تعریف نمود:
شکل 10
پروبهای خطی
پروبهای دایروی
پروبهای حلقوی
پروبهای ماتریس ی
به عنوان مثال ،چیدمان املانهای یک نوع پروب ماتریس ی در شکل شماره 12
قابل مشاهده است.
شکل 11
Slide 14
کاربرد : PAUT
از این سیستم می توان برای تشخیص ترک ،تخلل ،حفرهای انقباض ی ،کاهش ضخامت ناش ی از خوردگی ،تورق،
عیوب جوش و نیز سایر ناپیوستگی های فلز استفاده نمود .کاربردهای صنعتی این روش شامل بازرس ی جوش مخازن
تحت فشار ،بازرس ی خودکار ( اتوماتیک) در حین ].[2,3
کاربرد دیگر این روش در بازرس ی قطعات از جنس مواد با قدرت میرایی صوت باال است ( مانند فوالد زنگ نزن .در این
مواد ،به دلیل دانه درشت بودن دانه ها و کریستالها ،پراکندگی و انحراف پرتوهای امواج فرا صوت بطور شدیدی
اتفاق می افتد .به همین دلیل میزان انتشار صوت درون ماده کاهش یافته و موجب بروز امواج مرتش بر روی صفحه
نمایش و یا سخت شدن تشخیص اکوی برگشتی از درون ماده می گردد .استفاده از روش PAUTموجب تمرکز صوت
در این نوع مواد و در نتیجه وضوح بیشتر ارتفاع پیک های اکوی دریافتی از ماده و نیز افزایش مقدار نسبت سیگنال
صحیح نسبت به سیگنالهای مرتش می گردد].[4
نکته بسیار مهم و مفید در این تکنیک ،وجود استاندارد ASME C 2235-Qاست که در آن شرایط خاص
قابلیت استفاده از PAUTبرای بازرس ی از جوشها و قطعات با ضخامت بزرگتر و یا مساوی 2/1اینچ در مخازن تحت
فشار ،لوله ها و نیروگاهها در جایگزینی روش RTمعمول گردیده است.
Slide 15
مزایا :
قابلیت مستند سازی گزارشات PAUT
امکان تعیین دقیق تر محل و ماهیت عیوب
امکان پردازش تصاویر از سه نما از عیب ) (side view , top view. End viewتوسط نرم افزارهای
مخصوص
نمایش تصویر همزمان B-Scan , C- Scanدر صفحه نمایش
ایجاد تصاویر با امکان تفسیر سریعتر و ساده تر
افزایش سرعت بازرس ی
امکان ایجاد پالس های صوتی با زوایای مختلف توسط یک پروب و در نتیجه تحت پوشش قرار دادن حجم بیشتری
از قطعه تحت بازرس ی با یک تابش
افزایش ضریب اطمینان بازرس ی
عدم ضرورت دسترس ی به دو طرف سطح مورد بازرس ی
قابلیت بازرس ی از قطعات با ضخامت متفاوت و ضخامت زیاد ( به دلیل قابلیت نفوذ صوت در فلزات)
صرفه جویی در هزینه ،به تمام دالیل مشروحه در باال.
Slide 16
محدودیت ها :
قابلیت استفاده فقط در موادی که امکان عبور صوت از آنها وجود دارد.
اماده سازی سطح مورد بازرس ی
خطای فراوان در بازرس ی از مواد اسفنجی شکل دارای خلل و فرج فراوان ( در صورتی که حفره ها ،تصویر حفره
های با عمق کمتر را نپوشانند).
عدم قابلیت بازرس ی از لوله ها و قطعات جوشکاری شده بصورت جوش شیاری با ضخامت کمتر از 6میلیمتر ( به
دلیل بروز خطای زیاد در نتایج بازرس ی)
بروز خطای نسبی در نتایج بازرس ی ازلوله های با قطر کمتر از 6اینچ ( البته استفاده از این روش نیز مانند UTبرای
لوله های با قطر 2اینچ با وجود خطا در نتایج امکانپذیر می باشد).
-6نیاز به صرف هزینه جهت خاکبرداری و پوشش برداری و آماده سازی سطح از لوله های مدفون
Slide 17
پیوستها
با توجه به امکان جایگزینی این روش با روش پرتونگاری ،مقایسه تصاویر مستند شده حاصل از RTبا PAUTمربوط به
یک مقطع جوش حاوی عیوب متفاوت و نیز تصویر ارائه شده نهایی PAUTاز این مقطع در تصاویر زیر نشان داده شده
اند.
Slide 18
در تصویر زیر برخی عیوب موجود در ماده و نمودار نمایانگر این عیوب در یک نرم افزار آنالیزکننده عیوب مشاهده میشود.
Slide 19
1.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
:منابع
ASM HANDBOOK VOL.17 , “NONDESTRUCTIVE EVALUATION AND QUALITY CONTROL” 9’th
EDDITION, ASM INTERNATIONAL : THE MATERIALS INFORMATION COMPANY.
1386 ، " در بازرسی خطوط لولهPHASED ARRAY "کاربرد آلتراسونیک.2
Olympus NDT Group, www.olympusndt.com
Harfang Microtechniques, Canada, www.harfangmicro.com
Ping Yang, Bin Chen, Ke-Ren Shi, “A novel method to design sparse linear arrays for
ultrasonic phased array”, Ultrasonics 44 (2006) e717–e721.
WWW.RADARTUTORIAL.COM
Ping Yang, Bin Chen, Ke-Ren Shi, “A novel method to design sparse linear arrays for
ultrasonic phased array”, Ultrasonics 44 (2006) e717–e721, www.phased-array.com
Sung-Jin Song, Hyeon Jae Shin, You Hyun Jang, “Development of an ultrasonic phased
array system for nondestructive tests of nuclear power plant components”, Nuclear
Engineering and Design 214 (2002) 151–161.
Imasonic Co., www.imasonic.com
Sonstest Group, www.sonatest.com
ASME C2235-9, CASES OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE, October 11, 2005.
www.aitechnologies.biz/phased_array_ultrasonic
Guillaume Neau and Deborah Hopkins, “The promise of ultrasonic phased arrays and the
role of modeling in specifying systems”, WWW.BERCLI.NET, + 1 510 292 12902813 Seventh
Street Berkeley, CA 94710
Weld Flaw Radiographgy by Sonainspection International Ltd., www.sonaspection.com
“Tube inspection using massively parallel systems” , WWW.BERCLI.NET