تست جوش اسکلت فلزی و سوله ها

بازرسي صحت قطعات از دو دهه اخيرداراي اهميت خاصي بوده و در اين ميان بازرسي عيوب جوش داراي اهميت ويژه اي اين مقاله اشاره خواهد شد ،براي شدت صوت برگشتي از نقاط مختلف لوله ، رنگ خاصي در نظر گرفته شده و نرم افزار قابليت تست همه قطعات ساخته شده با تمامی فرايندهای توليدی و رسانای امواج صوتی، بخصوص انواع جوش را دارا ست .در اين مقاله کليات بازرسي با روش فراصوت(Ultrasonic) بيان شده و تجهيزات لازم ذکر گرديده و بعد از توضيح نرم افزار، نحوه تدوين برنامه،انجام آزمايش وهمچنين نتيجه بازرسي چندين لوله جوشی که دارای عيوب مرسوم بودند، آورده شده و نهايتا"بعضي از مزاياي اين روش نسبت به ساير روشهاي موجود ارائه شده است . بهترين دليل براي گسترش كاربرد اين برنامه، فراگير بودن تجهيزات آن ، جا افتاده بودن روش فراصوت و همچنين تفسيرساده نتايج بازرسی است. بعنوان مثال در صنايع خودرو سازی ، شرکت های نفت و گاز ، صنايع دفاع و ... مي توان از اين برنامه براحتی استفاده كرد.

واژه‌هاي كليدي : تست غير مخرب- فراصوت - اسکن – لوله -طراحی

:مقدمه

ايده بازرسی جوش با فراصوت برای اولين بار در سال 1980 در کانادا برای بازرسی مکانيزه جوشها شكل گرفت و روش ارائه شده در اين مقاله در سال 1993 در يک شرکت آمريکايی روی جوشکاری GMAW استفاده شد]1[ .در اين  مقاله تحقيق روی تست فراصوت جوش سربه سر (Video evaluation) متمرکز شده است ودر نظر است با استفاده ازموج عرضی، تصاوير اسکن از جوش تهيه شود که ارزيابی  آنرا آسانتر نمايد. روش فراصوت بعنوان يک

روش غير مخرب در بازرسی جوش ها کاربرد بالايی دارد. عموما" ناحيه جوش يک ناحيه آسيب پذير شناخته شده است و كيفيت اين منطقه را می توان با استفاده از تست فراصوت بررسی نمود. در گذشته روش راديوگرافی در اين مورد بکار می رفت که بدليل هزينه بالا و سرعت کم و خطرناک بودن اين روش برای اپراتور امروزه حداکثر برای 30% از جوشها بصورت تصادفی به کارگرفته می شود]2[ .که اين محدوديت ها شرايط را برای استفاده از فراصوت فراهم می نمايد.

افزايش کارايی روش فراصوت مکانيزه اخيرا" از منظر تصوير سازی  (Mapping enhancement)و فيلم سازی  (Video evaluation )  از داخل لوله بسيار پيشرفت کرده و مورد مطالعه مراکز علمی کشورهای پيشرفته قرار گرفته است]1[.

در کار تحقيقاتی حاضر ازنرم افزارLab view برای اين برنامه استفاده شده که يك زبان برنامه نويسي گرافيكي است و بصورت گسترده براي كارهاي مختلفي در صنايع ، آموزش و تحقيقات آزمايشگاهي براي كنترل و شبيه سازي ابزارهاي مجازي و جمع آوري و پردازش داده ها استفاده می شود. جهت نوشتن برنامه از يک بلوك دياگرام استفاده شده و سپس اين نمودار به كدهاي ماشين تبديل گرديده است. اين برنامه براي موارد بيشماري از كاربردهاي علمي و مهندسي ، عملي و ايده ال است و به ما كمك مي كند كه مشكلات موجود در زمينه بازرسی را در مدت زمان بسياركوتاهي و با دقت فوق العاده بالا و با در صد امنيت زياد حل كنيم . بهترين دليل براي گسترش كاربرد اين برنامه فراگير بودن تجهيزات آن ، جا افتاده بودن روش فراصوت و همچنين تفسيرساده بازرسی است. بعنوان مثال در صنايع خودرو سازی ، شرکت های نفت و گاز ، صنايع دفاع و ... مي توان از اين برنامه براحتی استفاده كرد.


تجهيزات لازم براي تست فراصوت:

مهمترين وسايلي كه برای آزمايشات نياز است ,عبارت ازيك پروب فرستنده , يك پروب گيرنده ، دستگاه فراصوت و يكسري فيکسچربرای مهار لوله يا هدايت صحيح پرابها مي باشد . پروبهاي استفاده شده و دستگاه فراصوت مورد استفاده ساخت شركت KARL DEUTSCH آلمان می باشدکه جدول(1) و شکل (1) بترتيب مشخصات و شکل آنها را نشان می دهد]11[.

 تدوين نرم افزار بازرسي عيوب جوش:

نرم افزار تدوين شده قادر به ترسيم شكل لوله ،نمايش محل ، شکل و اندازه عيب می باشد . با توجه به اينكه امواج مورد استفاده در اين روش فرا صوت مي باشد و امواج فرا صوت پارامترهاي مخصوص از قبيل شدت صوت ، فركانس ، طول موج و ... را دارا مي باشد . لذا ما با استفاده از ولتاژ امواج برگشتي از داخل لوله رنگها را تعريف كرده ايم . قابل ذكر است كه حداكثر ولتاژ برگشتي از داخل لوله 32 مي باشد . بنابراين حداكثر ولتاژ را با رنگ قرمز و حداقل ولتاژ را با رنگ آبي پر رنگ تعريف نموده ايم . به اين معني كه اگر هيچ امواجي از لوله رد نشود .و در همان نقطه برخورد همه امواج برگردد رنگ زمينه بطور كلي قرمز خواهد بود . و در صورتي كه همه امواج وارد لوله گردد و تا موقعيكه امواج به پروب گيرنده بر مي گردد مستهلك شده باشد . رنگ آبي را خواهيم داشت . بعبارت ديگر با افزايش عمق عيب رنگ مربوط به عيب به رنگ قرمز نزديك خواهد شد]11[ . فلوچارت برنامه مربوطه را در شکل (7) می بينيم.

چيدمان پراب ها ، دستگاه اكو گراف ، غوطه وری و غير غوطه وری بودن روش يا ساير تجهيزات و تکنيک ها در عملكرد اين برنامه هيچ تاثيري ندارد . به اين معني كه تنها نياز اين برنامه سيگنال گرفته شده از طريق مبدل گيرنده است ، خواه با دو پراب كار كرده باشيم يا با يك پراب و يا از اصول آرايه فازي، در اين برنامه قبل از هر چيز اپراتور بايستي مش بندي لوله و يا بعبارتي كورس حركت پروب در محورx و y را تعيين كند . بديهي است كه با افزايش تعداد مش بندي لوله در صورتي كه موج خروجي از پراب فرستنده مويي باشد دقت افزايش پيدا خواهد كرد. با اتصال كامپيوتر به موتور محرك پراب ها و يا لوله اين كورس حركت،دقيقا" به پراب يا لوله اعمال خواهد شد . اين مرحله اصولا" بايستي با توجه به توانمندي پراب و موتور محركه تعيين گردد . با توجه به اهميت زمان و مكان جوابهايي كه در آزمايشها بدست مي آيد ، لذا در برنامه تاريخ و ساعت انجام آزمايش نيز تعبيه شده است . و همچنين حداكثر ايندكس( حداكثر ولتاژ برگشتي از داخل لوله) نيز در كل دوره آزمايش قابل مشاهده است . كه با استفاده از اين و قانون افتdB 6 علاوه بر حصول تصوير C-Scan عيب ، مي توان تصوير B-Scan همان عيب را نيز با استفاده از نرم افزار Microsoft excel با استفاده از داده هاي position array بدست آورد . در واقع اطلاعات موجود در اين كادر ولتاژ برگشتي از داخل لوله و يا شدت صوت امواج فرا صوت مي باشد .

چيدمان وسايل تست و نحوه انجام آزمايش ها:

جنس قطعات تخت که روی آنها تست انجام گرفت از جنس فولاد معمولی (Mild steel) می باشد و هيچ گونه عمليات حرارتی اضافی روی قطعات انجام نگرفته است .پس‌  از  آماده‌  سازي قطعات‌  عمل‌  جوشكاري‌  روي‌  لوله‌ها انجام گرفته و لوله ها به‌  هم‌  متصل‌  مي‌شوند.  پس‌  از  آشنايي‌  با  قطعاتي‌  كه‌  تست‌  روي‌  آنها  آنجام‌  مي‌شود،  نوبت‌  به‌  تعيين‌  سطح‌تست(Test level) رسيد. البته‌  مسلم‌  است‌  كه‌  هر  چه‌  سطح‌  تست‌  بالاتر  رود،  هزينه‌  و  دقت‌  آن‌  نيزافزايش‌  مي‌يابد. تعيين‌  سطح‌  تست‌  با  توافق‌  طرفين‌  بايد  انجام‌  گيرد.پس‌  از  تعيين‌  سطح‌  تست‌،  بايد  دستگاهي‌  كه‌  عمل‌  تست‌  با  آن‌  صورت‌  مي‌گرفت ‌مشخص‌  مي‌شد.كه‌  در  اين‌مقاله  دستگاه‌ مورد نياز از طريق مکانيزم شکل (2) به پيروی از تکنيک تاندم(Tandem technique) ساخته شد . حال جهت تست لوله نياز به مکانيزمی داريم که لوله را بگيرد وپرابها را طبق تکنيک تاندم بچرخاند  ..مکانيزم مد نظر دراين مقاله طوری طراحی شده که برای لوله های مختلف قابليت استفاده دارد. در اين روش جفت پراب ها به طريق آرايه فازی چيده می شود تا کل ضخامت قطعه را در چهار نقطه اسکن کند و هر کدام از جفت پرا بهای فرستنده  (Transmitter) و گيرنده(Receiver) قابليت تغيير زاويه و ارتفاع نقطه اسکن را دارا هستند و هر کدام از جفت پراب ها ی فرستنده و گيرنده با برنامه صنعتی نوشته شده می تواند يک تصوير دايروی خطی را بدست دهد، که با تلفيق اين چهار تصوير تقريبا" تصوير کل ضخامت لوله و عيوب موجود در آن بدست خواهد آمد .بديهی است که در روش آرايه فازی هر چقدر تعداد پرا بها بيشتر باشد ، دقت کار بالا و به همان نسبت زمان اسکن نيز کاهش خواهد يافت . اصول کار مکانيزم طراحی شده طبق شکل (3) چنين است که ابتدا حلقه داخلی روی لوله تست شونده بسته می شود و سپس حلقه خارجی سوار لوله تست شونده در کنار جوش محيطی مد نظر می گردد.بعد حلقه داخلی به کمک بلبيرينگ های بالا و پايين در داخل حلقه خارجی حرکت داده می شود ( اين بلبيرينگ ها در داخل تکه بالا و پايين حلقه خارجی در داخل يک ريل مخصوصی قرار گرفته اند و قابليت خروج بلبيرينگها بکلی منتفی است. ) و دو عدد مانع در داخل حلقه خارجی تعبيه شده ، که هر وقت حلقه داخلی به آن نقطه رسيد، می ايستد و سپس گيره مخصوص که روی حلقه خارجی تعبيه شده بسته می شود ، بطوريکه چنگک اين گيره به داخل شياری که روی حلقه داخلی ايجاد شده وارد گردد . اين گيره جلوی هر گونه حرکت طولی ، عرضی و ارتعاشات حلقه داخلی را می گيرد . سپس با شروع دوران شافت الکتروموتور ، حرکت دورانی به چرخدنده بالايی منتقل شده و سپس حلقه داخلی شروع به گردش می کند . با طراحی مدار مناسب برقی برای اين موتور قابليت راستگرد و چپگرد بودن شافت الکتروموتور و توقف در نقطه دلخواه برای اين مکانيزم مقدور خواهد بود .با دوران حلقه داخلی ، پرابهاکه بطريق آرايه فازی بر روی امتداد يک تکه از چهار تکه حلقه داخلی جای دهی شده است خواهند چرخيدو اسکن را انجام خواهند داد .نحوه تنظيم هر کدام از پرابها ی فرستنده و گيرنده در آرايه فازی مستقل بوده و طبيعی است که با توجه به قطر و ضخامت لوله تست شونده ، زاويه بازوی فيکسچر پراب و طو ل موثر بازوی پراب تغيير خواهد کرد . شکل (3) ساختمان کلی مکانيزم را نشان می دهد.

نتايج کاربرد برنامه بازرسی قطعات به روش فراصوت:

در اين مقاله تست قطعات تخت از طريق روش غوطه وری( بطريق پالس اکو )  و به کمک تکنيک تاندم انجام گرفته است. که چند نمونه از کاربرد اين برنامه را در شکل(4) و (6) می بينيم. در شکل (4) تصوير C- Scan قطعه ای را که در اثر قرار گرفتن در محيط مرطوب خورده شده است را می بينيم.با توجه به تعريف انجام شده در رنگ بندی نرم افزار ،تمامی ولتاژهای بدست آمده بالاتر از 15 ولت يعنی رنگهای زرد ،نارنجی و قرمز متعلق به عيب می باشد .لذا در شکل فوق موقعيت و محل عيب بوضوح مشخص است.در شکل (6)تصوير سازی قطعه جوش شده شکل(5) را با استفاده از فراصوت در برنامه تدوين شده مشاهده می کنيم. با توجه به شکل متوجه می شويم که محل جوشکاری شده که در شکل خود قطعه هم مشخص است دارای ناپيوستگی هايی در سطح می باشد .که اين عوامل سبب افت کاهش شدت صوت و يا بعبارتی ولتاژ شده و رنگ منطقه جوش نسبت به ساير نقاط تغيير کرده است. که بازهم محل، موقعيت و اندازه عيوب را نشان می دهد. با توجه به اينکه توضيح دقيق نحوه انجام آزمايشات در اين مقاله مقدور نيست فقط به مراحل و اطلاعاتي كه قبل از هر چيز در آزمايش التراسونيك لوله ها مورد نياز هستند را بطور کلی می آوريم که تک تک اين پارامترها در ارزيابی عيوب قطعات موثر است و بايد بدقت تنظيم و اعمال گردند.

1- سطح تست.

2- جنس مواد پايه و نحوة شكل دهي آنها.

 3- توليدات و مراحلي كه قبل از تست التراسونيك در قطعة اعمال شده است نظير عمليات حرارتي و زمان و مدت انجام آن، آماده سازي اتصالات، شرايط سطحي.

4- آماده سازي محل اتصال براي انجام تست.

5- نوع كوپلينگ(Couplant) مورد استفاده

6- دستگاه و تجهيزاتي كه بوسيله آن آزمايش انجام مي گردد.

7- نحوه اسكن كردن محل مورد نظر تست.

8- انتخاب پراب مورد استفاده

9- روش تنطيم حساسيت

10- روش ارزيابي

11- بلوك هاي مورد استفاده در تست

12- ثبت نتايج

13- استاندارد مورد استفاده

نتيجه گيري و بحث:

کوشش نگارنده براين بوده است که تحقيق به گونه اي باشدکه تا علاوه بر مباني علمي و آموزشي از جنبه هاي کاربردي نيز به موضوع بپردازد. نهايتا" مزاياي زير بعد از مطالعات تئوري و كارهاي عملي انجام شده در مورد روش تست مكانيزه جوش با فراصوت بدست مي آيد]11[ که هر کدام از آنها برای يک کاربر کاملا" ملموس است.

1- توسعه يک نوع تکنيک بازرسی

2- حذف يکنواختی بازرسی و جلوگيری از خستگی اپراتور

3- امکان استفاده از اين تکنيک در محيطهای مخاطره آميز

4- حذف استرس اپراتور و خطای بوجود آمده در اثر خستگی

5- حذف شرح و توصيف اشتباه نتايج

6- عدم داشتن پرتو مضر مثل راديوگرافی يا کارهای شيميايی

7- ارائه نتايج بموقع(Real time ) و فوری( On line) و  در نتيجه اصلاح نوع جوش و جلوگيری از تعميرات بی مورد بعدی

8- کاهش قابل توجه زمان بازرسی

9- افزايش سرعت بازرسی جوش

10- عدم مزاحمت در کار کارگر جوش ( اين متد اپراتور نياز ندارد)

11- امکان تست جوش در دماهای بالا با پرابهای مخصوص مثلEMAT

12- قابل قبول بودن سطح بازرسی نسبت به روشهای ديگر و جلب نظر مشتری

13- هماهنگی و سازگاری با زاويه پخ های مختلف و روشهای متنوع جوش

14- استفاده از اين روش و پرابهای آرايه فازی برای ضخامتهای فوق العاده بالا(60 اينچ) که در روشهايی مثل راديوگرافی مقدور نيست

برگرفته ازسایت مغانشهر

5[