الاختبار غير المدمر بالموجات فوق الصوتية، والمعروف أيضًا باسم NDT بالموجات فوق الصوتية أو ببساطة UT، هو طريقة لتحديد سمك أو البنية الداخلية لقطعة الاختبار من خلال استخدام موجات صوتية عالية التردد. الترددات، أو النغمة، المستخدمة في الاختبار بالموجات فوق الصوتية أعلى بعدة مرات من حد السمع البشري، وغالبًا ما تكون في النطاق من 500 كيلو هرتز إلى 20 ميجا هرتز.
ما هي أنواع المواد التي يمكن اختبارها؟
في التطبيقات الصناعية، تُستخدم الاختبارات بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع على المعادن والبلاستيك والمركبات والسيراميك. المواد الهندسية الشائعة الوحيدة التي لا تصلح للاختبار بالموجات فوق الصوتية باستخدام المعدات التقليدية هي منتجات الخشب والورق. تُستخدم تقنية الموجات فوق الصوتية أيضًا على نطاق واسع في المجال الطبي الحيوي للتصوير التشخيصي والبحث الطبي.
مبدأ الاختبار بالموجات فوق الصوتية.
على اليسار.. يرسل المسبار موجة صوتية إلى مادة الاختبار. هناك مؤشران، أحدهما من النبضة الأولية للمسبار، والثاني بسبب صدى الجدار الخلفي.
على اليمين.. يخلق الخلل مؤشرًا ثالثًا ويقلل في نفس الوقت من سعة مؤشر الجدار الخلفي.
كيف يعمل؟
الموجات الصوتية عالية التردد هي موجات اتجاهية للغاية، وسوف تنتقل عبر وسط (مثل قطعة من الفولاذ أو البلاستيك) حتى تصادف حدودًا مع وسط آخر (مثل الهواء)، وعند هذه النقطة تنعكس مرة أخرى إلى مراجعها. من خلال تحليل هذه الانعكاسات، من الممكن قياس سمك قطعة الاختبار، أو العثور على دليل على وجود شقوق أو عيوب داخلية مخفية أخرى.
في الاختبار بالموجات فوق الصوتية، يتم تمرير محول الموجات فوق الصوتية المتصل بجهاز التشخيص فوق الجسم الذي يتم فحصه. وعادة ما يتم فصل المحول عن الجسم الذي يتم اختباره بواسطة مادة موصلة (مثل الزيت) أو بالماء، كما هو الحال في الاختبار بالغمر.
هناك طريقتان لاستقبال موجة الموجات فوق الصوتية: الانعكاس والتوهين.
في وضع الانعكاس (أو صدى النبضات)، يقوم المحول بإرسال واستقبال الموجات النبضية بينما ينعكس “الصوت” مرة أخرى إلى الجهاز. تأتي الموجات فوق الصوتية المنعكسة من واجهة، مثل الجدار الخلفي للجسم أو من عيب داخل الجسم. يعرض جهاز التشخيص هذه النتائج في شكل إشارة بسعة تمثل شدة الانعكاس والمسافة، تمثل وقت وصول الانعكاس.
في وضع التوهين (أو النقل عبر الموجات)، يرسل المرسل الموجات فوق الصوتية عبر سطح واحد، ويكتشف مستقبل منفصل الكمية التي وصلت إليه على سطح آخر بعد المرور عبر الوسط. تقلل العيوب أو الظروف الأخرى في المساحة بين المرسل والمستقبل من كمية الصوت المنقول، وبالتالي تكشف عن وجودها. يزيد استخدام الموصل من كفاءة العملية عن طريق تقليل الخسائر في طاقة الموجات فوق الصوتية بسبب الانفصال بين الأسطح.
فحص الأنابيب باستخدام جهاز كشف العيوب بالموجات فوق الصوتية
ما هي فوائد الفحص بالموجات فوق الصوتية؟
الاختبار بالموجات فوق الصوتية غير مدمر تمامًا. لا يلزم قطع قطعة الاختبار أو تقسيمها أو تعريضها لمواد كيميائية ضارة. لا يلزم الوصول إلى جانب واحد فقط، على عكس القياس باستخدام أدوات السماكة الميكانيكية مثل الفرجار والميكرومتر. لا توجد مخاطر صحية محتملة مرتبطة بالاختبار بالموجات فوق الصوتية، على عكس التصوير الشعاعي. عندما يتم إعداد الاختبار بشكل صحيح، تكون النتائج قابلة للتكرار وموثوقة للغاية.
ما هي القيود المحتملة لاختبار الموجات فوق الصوتية؟
يتطلب اكتشاف العيوب بالموجات فوق الصوتية عاملاً مدربًا يمكنه إعداد اختبار بمساعدة معايير مرجعية مناسبة وتفسير النتائج بشكل صحيح. قد يكون فحص بعض الأشكال الهندسية المعقدة أمرًا صعبًا. يجب معايرة مقاييس سمك الموجات فوق الصوتية فيما يتعلق بالمادة التي يتم قياسها، وقد تتطلب التطبيقات التي تتطلب مجموعة واسعة من قياسات السمك أو قياس المواد المتنوعة صوتيًا إعدادات متعددة. مقاييس سمك الموجات فوق الصوتية أكثر تكلفة من أجهزة القياس الميكانيكية.
في موقع البناء، يقوم فني باختبار لحام خط الأنابيب بحثًا عن عيوب باستخدام جهاز الموجات فوق الصوتية المصفوفة المرحلية. يقوم الماسح الضوئي، الذي يتكون من إطار بعجلات مغناطيسية، بتثبيت المجس على اتصال بالأنبوب بواسطة زنبرك. المنطقة الرطبة هي الموصل بالموجات فوق الصوتية الذي يسمح للصوت بالمرور إلى جدار الأنبوب.
اختبار اللحامات بالموجات فوق الصوتية
من أهم خصائص الاختبار بالموجات فوق الصوتية قدرته على تحديد الموضع الدقيق لانقطاع في اللحام. تتطلب طريقة الاختبار هذه مستوى عاليًا من تدريب المشغل والكفاءة وتعتمد على إنشاء وتطبيق إجراءات الاختبار المناسبة. يمكن استخدام طريقة الاختبار هذه على المواد الحديدية وغير الحديدية، وهي مناسبة غالبًا لاختبار المقاطع الأكثر سمكًا والتي يمكن الوصول إليها من جانب واحد فقط، ويمكنها غالبًا اكتشاف الخطوط الدقيقة أو العيوب الأكثر وضوحًا والتي قد لا يتم اكتشافها بسهولة عن طريق الاختبار الشعاعي.
المعايير
المنظمة الدولية للمعايير (ISO)
- ISO 7963، الاختبار غير المدمر – الاختبار بالموجات فوق الصوتية – مواصفات كتلة المعايرة رقم 2
- ISO/DIS 11666، الاختبار غير المدمر للوصلات الملحومة – الاختبار بالموجات فوق الصوتية للوصلات الملحومة – مستويات القبول
- ISO/DIS 17640، الاختبار غير المدمر للوصلات الملحومة – الاختبار بالموجات فوق الصوتية للوصلات الملحومة
- ISO 22825، الاختبار غير المدمر للوصلات اللحامية – الاختبار بالموجات فوق الصوتية – اختبار الوصلات اللحامية في الفولاذ الأوستنيتي والسبائك القائمة على النيكل
اللجنة الأوروبية للمعايير (CEN)
- EN 583، الاختبار غير المدمر – الفحص بالموجات فوق الصوتية
- EN 1330-4، الاختبارات غير المدمرة – المصطلحات – الجزء 4.. المصطلحات المستخدمة في الاختبارات بالموجات فوق الصوتية
- EN 1712، الاختبار غير المدمر للوصلات الملحومة – الاختبار بالموجات فوق الصوتية للوصلات الملحومة – مستويات القبول
- EN 1713، الاختبار غير المدمر للحام – الاختبار بالموجات فوق الصوتية – توصيف المؤشرات في اللحامات
- EN 1714، الاختبار غير المدمر للوصلات الملحومة – الاختبار بالموجات فوق الصوتية للوصلات الملحومة
- EN 12223، الاختبار غير المدمر – الفحص بالموجات فوق الصوتية – مواصفات كتلة المعايرة رقم 1
- EN 12668-1، الاختبارات غير المدمرة – توصيف وتحقق معدات الفحص بالموجات فوق الصوتية – الجزء 1.. الأجهزة
- EN 12668-2، الاختبارات غير المدمرة – توصيف وتحقق معدات الفحص بالموجات فوق الصوتية – الجزء 2. المجسات
- EN 12668-3، الاختبارات غير المدمرة – توصيف وتحقق معدات الفحص بالموجات فوق الصوتية – الجزء 3. المعدات المدمجة
- EN 12680، التأسيس – الفحص بالموجات فوق الصوتية
- EN 14127، الاختبار غير المدمر – قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية
الأسئلة الشائعة حول اختبار الموجات فوق الصوتية
- ما هو المحول بالموجات فوق الصوتية..
المحول هو أي جهاز يحول شكلاً من أشكال الطاقة إلى شكل آخر. يحول المحول بالموجات فوق الصوتية الطاقة الكهربائية إلى اهتزازات ميكانيكية (موجات صوتية)، والموجات الصوتية إلى طاقة كهربائية. عادةً ما تكون عبارة عن مجموعات صغيرة محمولة باليد تأتي بمجموعة متنوعة من الترددات والأنماط لتلبية احتياجات الاختبار المحددة. - ما هو مقياس سمك الموجات فوق الصوتية..
مقياس سمك الموجات فوق الصوتية هو جهاز يولد نبضات صوتية في قطعة اختبار ويقيس بدقة شديدة الفترة الزمنية حتى يتم استقبال الصدى. بعد برمجته بسرعة الصوت في مادة الاختبار، يستخدم المقياس معلومات سرعة الصوت والفترة الزمنية المقاسة لحساب السمك من خلال العلاقة البسيطة [المسافة] تساوي [السرعة] مضروبة في [الوقت]. - في ظل الظروف المثلى، يمكن لأجهزة قياس سمك الموجات
فوق الصوتية التجارية تحقيق دقة تصل إلى +/- 0.001 مم، مع دقة +/- 0.025 مم أو أفضل في معظم المواد الهندسية الشائعة. تشمل العوامل التي تؤثر على الدقة اتساق سرعة الصوت في مادة الاختبار، ودرجة تشتت الصوت أو امتصاصه، وحالة السطح، والدقة والعناية التي تمت بها معايرة الجهاز للتطبيق قيد الاستخدام. - من يستخدم أجهزة قياس الموجات فوق الصوتية..
من الاستخدامات الرئيسية لأجهزة قياس الموجات فوق الصوتية قياس سمك الجدار المتبقي في الأنابيب والخزانات المتآكلة. يمكن إجراء القياس بسرعة وسهولة دون الحاجة إلى الوصول إلى الداخل أو الحاجة إلى إفراغ الأنبوب أو الخزان. تشمل التطبيقات المهمة الأخرى قياس سمك الزجاجات البلاستيكية المصبوبة والحاويات المماثلة، وشفرات التوربينات وغيرها من الأجزاء الدقيقة المصنعة أو المصبوبة، والأنابيب الطبية ذات القطر الصغير، والإطارات المطاطية وأحزمة النقل، وهياكل القوارب المصنوعة من الألياف الزجاجية، وحتى العدسات اللاصقة. - ما هو جهاز كشف العيوب بالموجات فوق الصوتية..
تنعكس الموجات الصوتية التي تنتقل عبر مادة بطرق يمكن التنبؤ بها عن العيوب مثل الشقوق والفراغات. جهاز كشف العيوب بالموجات فوق الصوتية هو جهاز يقوم بتوليد ومعالجة الإشارات فوق الصوتية لإنشاء عرض شكل موجة يمكن أن يستخدمه عامل مدرب لتحديد العيوب المخفية في قطعة الاختبار. يحدد العامل نمط الانعكاس المميز من قطعة جيدة، ثم يبحث عن التغييرات في نمط الانعكاس هذا والتي قد تشير إلى وجود عيوب. - ما هي أنواع العيوب التي يمكنك اكتشافها باستخدام جهاز واحد..
يمكن تحديد وقياس مجموعة متنوعة من الشقوق والفراغات والانفصالات والشوائب والمشكلات المماثلة التي تؤثر على سلامة البنية باستخدام أجهزة الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية. يعتمد الحد الأدنى لحجم العيب القابل للكشف في تطبيق معين على نوع المادة التي يتم اختبارها ونوع العيب قيد النظر. - من يستخدم أجهزة كشف العيوب بالموجات فوق الصوتية؟
تُستخدم أجهزة كشف العيوب بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في التطبيقات الحرجة المتعلقة بالسلامة والجودة والتي تشمل اللحامات الهيكلية، وعوارض الفولاذ، والمسبوكات، وخطوط الأنابيب والخزانات، ومحركات الطائرات والهياكل، وهياكل السيارات، وقضبان السكك الحديدية، والتوربينات الكهربائية وغيرها من الآلات الثقيلة، وهياكل السفن، والمسبوكات، والعديد من التطبيقات المهمة الأخرى. - ما هي الأنواع الأخرى من الأجهزة المتوفرة..
تُستخدم أنظمة التصوير بالموجات فوق الصوتية لتوليد صور عالية التفصيل تشبه الأشعة السينية، ورسم خريطة للهيكل الداخلي للجزء باستخدام الموجات الصوتية. تُستخدم تقنية المصفوفة الطورية التي تم تطويرها في الأصل للتصوير التشخيصي الطبي في المواقف الصناعية لإنشاء صور مقطعية. تستخدم صناعة الطيران وموردي الأعمال المعدنية أنظمة المسح الكبيرة للتحقق من العيوب الخفية في كل من المواد الخام والأجزاء النهائية. تُستخدم أجهزة النبض/الاستقبال بالموجات فوق الصوتية ومحللات الإشارات في مجموعة متنوعة من تطبيقات أبحاث المواد.