دات نت نیوک
X
GO

کتاب آزمون های غیرمخرب - روش فراصوتی

کتاب آزمون های غیرمخرب - روش فراصوتی تالیف جناب آقای دکتر ابراهیم حشمت دهکردی منتشر شده و در دسترس متخصصان و فعالان عرصه آزمون های غیرمخرب (NDT) قرار دارد. چاپ اول این کتاب در یکهزار نسخه و توسط انجمن خوردگی ایران (ICA) در سال 1391 به چاپ رسیده است.

 

 

مقدمه مولف

امروزه استفاده از آزمون های غیرمخرب (NDT) در اطمینان از کارآیی سازه ها، تجهیزات، خطوط لوله، مخازن تحت فشار، پل ها خطوط ریلی، صنایع هوافضا، نیروگاه های تولید انرژی، حرارتی، هسته ای، صنایع دریایی، مجتمع های پالایشگاهی و پتروشیمیایی، ساختمان سازی و وسایل تفریحی نهادینه گردیده است.

در قرن گذشته حداقل ضخامت هایی که تحمل تنش های اعمالی را در سازه ها برآورده می کرد، محاسبات اولیه ای بود که توسط مهندسان طراح انجام می گرفت. از آنجایی که بدون توجه به علم NDT چنین محاسباتی همیشه نتایج صحیحی را به همراه نداشت، لذا طراحان به منظور افزایش استحکام و عمر سازه از ضخامت اضافی استفاده می کردند. خوشبختانه با توجه به پیشرفت علم آزمایش های غیرمخرب در جوامع صنعتی از یک طرف و قیمت گزاف تولید آلیاژهای صنعتی و کاهش تدریجی معیار معادن همه کارشناسان صنعتی و طراحان را بر آن داشت تا از انتخاب ضخامت های بیش از حد پرهیز کرده و براساس مکانیک شکست و ارزیابی بحرانی مهندسی (Engineering Critical Assessment) و به کمک آزمایش های غیرمخرب به ایده مناسب بودن تجهیز برای سرویس (Fitness for Service) بسنده کنند.

با نگاهی کوتاه به وزن محصولات کارخانه های تولیدی خودروسازی در چند دهه، روند این موضوع کاملا قابل فهم می باشد. در زمان های جنگ های جهانی اول و دوم هر ارابه ای که می شکست، مشکل را با اضافه ضخامت جبران می کردند ولی امروزه با توسعه علم NDT در جهان و به خصوص کشور جمهوری اسلامی ایران که یکی از قطب های اقتصادی منطقه و جهان می باشد، شایسته است فراگیری علم NDT و کاربرد آن در کشور توسعه یابد و با بهره مندی از آن و به کمک معیار ECA و FFS و علم مکانیک شکست بتوان اولا به صحت و کارآیی تجهیزات در مراحل طراحی، ساخت و بهره برداری پی برد، ثانیا در زمان بهره برداری، هر تجهیزی می تواند با پدیده هایی نظیر خستگی، خزش، سایش، خوردگی و غیره روبرو شود که سازه تحمل آن را نداشته باشد و شکست های غیرمنتظره و از دست رفتن جان انسان های بی گناه را به همراه داشته باشد. لذا فرهنگ بازرسی حین بهره برداری جای خود را در کشور باز کند.

در عصر حاضر که علم ارتباطات بیش از گذشته در جهان پیشرفت شایانی کرده است، فرصتی است تا نسل جدید جوامع بشری بتوانند کمبودهای فنی و مهندسی را برطرف نموده و جامعه ای ایمن و در تناسب شان و منزلت ملی با توجه به سوابق تاریخی تمدنی خود ایجاد کنند. کشور جمهوری اسلامی ایران نیز با توجه به قدمت و منزلت خود لازمست با تربیت نسل حاضر و آتی در راستای بهبود جایگاه صنعتی کشور در این راستا تلاش وافر نماید.

کتاب پیش رو که فراگیری یکی از روش های بسیار مهم آزمون های غیرمخرب (NDT) به صورت حجمی را بیان می کند از اولین کتاب های موجود به زبان فارسی می باشد. نویسنده با توجه به گذراندن دوره های آموزشی در مراکز اتمی کشورهای پیشرفته و همچنین دوره های آزمایش های غیرمخرب در آژانس بین المللی انرژی اتمی و سایر انجمن های بین المللی و ملی نظیر انجمن جوشکاری و آزمایش های غیرمخرب ایران و انجمن خوردگی ایران و کمپانی های خارجی این اثر را از کتاب های آژانس بین المللی انرژی اتمی ترجمه و تالیف نموده است.

نظر به اینکه در فرایند تدوین این اثر توسعه علم NDT و ابداع روش های نوین (Innovations) متوقف نگردیده و در حال پیشرفت و ابداع روش های جدیدی می باشد، نویسنده در فصل نهم گذر کوتاهی به روش های جدید نظیر G. W. MFL ،Phased Array ،TOFT ،EMAT ،MMM و Ultrasonic داشته است تا جوانان فرهیخته کشور بتوانند با دسترسی های موجود و توسعه شبکه های اطلاعاتی نیازهای فنی و مهندسی خود و جوامعی که در آن کار می کنند را برطرف سازند. آزمایش های فراصوتی، یکی از آزمون های غیرمخرب ایمن، پاک و بدون هیچ گونه اثرات سوء زیست محیطی و یا غیره می باشد. از این رو استفاده از آن در هر کارگاه و دفتری در هر ساعتی از روز در حضور همکاران بلامانع می باشد، ضمن اینکه یک روش کنترل حجمی است و محدودیت های روش رادیوگرافی از منظر پرتوگیری و ملاحظات حفاظت در برابر پرتوهای یون ساز را ندارد.

مطالعه این اثر را به دانشجویان رشته های بازرسی، جوشکاری، خوردگی، متالورژی، مکانیک، ساختمان، فیزیک و غیره توصیه می نماید.

در پایان از همکاران جناب آقایان مهندسین محمدرضا اعرفی، مجید خائفی، کیومرث کرباسیون، محمدرضا روحانی و سایر همکاران بازرسی شرکت متصا که قسمت هایی از متون را بازخوانی کرده اند، تشکر می نمایم. از جناب آقای مهندس رستخواه، معاونت محترم نظام ایمنی هسته ای کشور، جناب آقای مهندس عبدالوهاب ادب آوازه، ریاست محترم انجمن جوشکاری و آزمایش های غیرمخرب ایران و جناب آقای مهندس محمدرضا خاتم سازان که در راستای توسعه فرهنگ بازرسی و آموزش های NDT در کشور تلاش به عمل می آورند، تشکر می نمایم و همچنین از آقای مهندس رضا ایمانیان نجف آبادی دبیر کمیته استاندارد سیستم های کیفیت که در تهیه مدارک و شکل ها اینجانب را یاری نمودند، همچنین از آقای حجت عباسیان از پرسنل انجمن خوردگی ایران در راستای طراحی روی جلد، بازسازی و چیدمان شکل ها و تنظیم متون قدردانی به عمل می آید.

در پایان از کادر انتشارات ارکان دانش اصفهان که تمامی تلاش خود را در جهت بهبود کیفیت و چاپ کتاب به عمل آوردند، جناب آقای مهندس ترابیان مدیریت محترم انتشارات و سرکار خانم نسرین مختاری، مدیر داخلی انتشارات به خاطر بازبینی نهایی کتاب و نظارت بر کلیه مراحل و خانم سمیه جعفریان به خاطر تایپ و صفحه آرایی تشکر می نمایم.

ضمن سپاس از خداوند بزرگ که اینجانب را در انتشار این اثر موفق گردانید، توفیق خوانندگان را از درگاه او آرزومندم.

 

پیشگفتار

امواج فراصوتی یا آلتراسونیک به امواجی اطلاق می گردد که از فرکانسی بالاتر از حد شنوایی انسان برخوردار هستند (20 Khz). اولین بار امواج فراصوتی توسط گالتون در سال 1883 کشف گردید و سپس به سرعت علم امواج فراصوتی گسترش یافت به گونه ای که از امواج فراصوتی در سیستم های رادار هواپیماهای جنگ های اول و دوم جهانی بهره وافر حاصل گردید.

روش فراصوتی اولین بار توسط سوکولف در سال 1929 بکار گرفته شد و از مقایسه اختلاف افت شدت صوت در نقاطی از قطعه که عیوب وجود داشت در مقایسه با نقاط سالم برای ارزیابی قطعات استفاده شد. سپس در سال 1942 توسط فایرستون برای تشخیص محل کشتی های غرق شده و تعیین عمق آب و ارزیابی مواد بکار گرفته شد.

با شناخت روزافزون امواج فراصوتی، از سال 1945، زمینه بکارگیری این امواج در آزمایش های غیرمخرب و تشخیص عیوب در داخل مواد فلزی گسترش یافت. نحوه تولید امواج گوناگون با استفاده از مواد پیزوالکتریک منجر به تولید امواج طولی، عرضی، سطحی و بشقابی گردید. در سال های اخیر، امواج فراصوتی یکی از کارآمدترین روش های کنترل حجمی قطعات فلزی و غیرفلزی قلمداد می گردد. این کارآیی با طراحی و ساخت دستگاه های A, B, C and D – Scan فراهم گردید. پژوهش، تحقیق و توسعه همچون سایر علوم در این رشته علمی نیز روز به روز افزون تر می گردد، بطوری که در دهه گذشته بحث استفاده از پراب های آرایه ای، سیستم های آرایه فازی، سیستم های فراصوتی اتوماتیک (AUT)، امواج هدایت شده (Guided Waves) و TOFD، پراب های لیزری و غیره منجر به تولید ابزارهای توانمندی جهت بازرسی قطعات به صورت دستی، نیمه اتوماتیک و اتوماتیک شده است. مجموعه حاضر می تواند حداقل نیاز اطلاعاتی افراد علاقمند به آزمایش های غیرمخرب به ویژه در روش آزمایش فراصوتی را تامین و مطالعه آن را به علاقمندان رشته مهندسی متالورژی، مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، فیزیک و سایر علوم مرتبط توصیه می نماید.

علاقمندان به اخذ گواهینامه ASNT و ISO در سطوح I و II و III را به مطالعه این اثر توصیه می نماید. به منظور تهیه این مجموعه از مراجع مختلفی نظیر ISO و ASNT در زمینه تابش فراصوتی و استانداردهای مرجع بهره فراوانی گرفته شده است. در فصل یک این مجموعه ابتدا به تعریف NDT و اهمیت و روش های متداول آن در صنعت پرداخته شده است. از سویی دیگر روش های تولید مصنوعات فلزی اعم از ریخته گری، آهنگری، نوردکاری، جوشکاری، روزن رانی، متالورژی پودر و حدیده کاری پرداخته است و عیوب مرتبط با هر روش توضیح داده شده است.

در فصل دوم واژه ها، اصول بنیادی و خواص فیزیکی امواج فراصوتی مورد بحث و برسی قرار گرفته و به نحوه انتشار امواج فراصوتی، آمپلی تود، طول موج، فرکانس، سرعت، امپدانس صوتی و گذشته از این رفتار امواج فراصوتی، انتقال انرژی از محیطی به محیط دیگر، نحوه تولید امواج و از دست رفتن انرژی موج توسط پدیده های جذب، گسترش و میرایی و خواص پیزوالکتریک مواد مورد مطالعه قرار گرفته است.

در فصل سوم، از یک طرف به تکنیک های آزمایش و محدودیت آنها پرداخته شده است و از سوی دیگر متدهای آزمایش، سنسورها و محدودیت های متد فراصوتی در این فصل آورده شده است. در فصل چهارم، تجهیزات و لوازم جنبی آزمایش فراصوتی، مشخصات فنی و سیستم های کنترلی، نمایشگر سیگنال و نحوه ثبت نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در فصل پنجم سیستم واسنجی آزمایش، اعم از بلوک های واسنجی، خطی بودن محورهای افقی و عمودی، نحوه کالیبراسیون دستگاه با پراب های نرمال و برشی، نحوه ساخت منحنی های DAC و DGS مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

فصل ششم کاربردهای مخصوص آزمایش فراصوتی برای بازرسی قطعات ریخته گری، جوشکاری شده و آهنگری شده فولادهای آستنیتی و مواد غیرفلزی را مورد مطالعه قرار می دهد. به دنبال آن فصل هفتم به کدها، استانداردها و دستورالعمل ها ویژه موارد مربوط به آزمایش آلتراسونیک، کدهای IIW ،ASME و API و به استانداردهای مربوط به آزمایش UT نظیر DIN، JIS، BSI، ASTM، EN و غیره می پردازد.

در فصل نهم تکنیک های خاص آزمایش فراصوتی، مسائل خاص بازرسی و تکنیک های ویژه نوین مورد بررسی قرار گرفته است، همچنین به روش های نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک آزمایش فراصوتی و تکنیک های خاص پردازش اطلاعات نظیر آرایه های فازی TOFD، امواج هدایت شده AUT و بلاخره در فصل دهم یک سری از تمرینات ASNT به منظور آشنایی شرکت کنندگان در دوره های ASNT در سطح III آورده شده است.

 

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

1. دانش عمومی
     1-1. کنترل کیفیت
     1-1-1. آزمایش مخرب
     2-1-1. آزمایش غیرمخرب
2. فرایندهای ساخت
     2-1. فرایندهای ریخته گری
          1-2-1. ریخته گری در قالب ماسه ای
          2-2-1. ریخته گری با استفاده از قالب دائمی
          3-2-1. ریخته گری گریز از مرکز
          4-2-1. ریخته گری دقیق
          5-2-1. ریخته گری در قالب پوسته ای
3. جوشکاری
     3-1. فرایندهای جوشکاری
          1-3-1. تقسیم بندی روش های جوشکاری
          2-3-1. موقعیت های جوشکاری
          3-3-1. جوشکاری قوسی الکترود دستی
          4-3-1. پوشش الکترودها
          5-3-1. نرخ یا میزان ذوب الکترود
          6-3-1. عیوب و مشکلات
          7-3-1. فرایند جوشکاری سرباره الکتریکی
          8-3-1. جوشکاری قوس زیرپودری
          9-3-1. فرایند جوشکاری زائده ای
          10-3-1. فرایندهای جوشکاری مقاومتی
          11-3-1. جوشکاری قوسی فلزی در پناه گاز و جوشکاری با الکترود مغزدار
          12-3-1. جوشکاری قوسی با الکترود تنگستن تحت گاز خنثی (gtaw)
          13-3-1. جوشکاری قوسی پلاسما
          14-3-1. لحیم کاری سخت
     4-1. عیوب جوش
          1-4-1. ترک ها
          2-4-1. عدم نفوذ در ریشه
          3-4-1. تعقر در ریشه
          4-4-1. عدم ذوب
          5-4-1. گود افتادگی کناره جوش
          6-4-1. جوش هایی که کاملا پر نشده اند
          7-4-1. انقباض یا کشیدگی در شیار
          8-4-1. حفره های گازی یا تخلخل
          9-4-1. آخال
          10-4-1. سوختگی داخلی
          11-4-1. چاله انتهایی
          12-4-1. لکه قوس یا فلاش سرگردان
          13-4-1. پاشش یا ترشح
     5-1. آهنگری
          1-5-1. عیوب قطعات آهنگری شده و یا نورد شده
     6-1. نوردکاری
     7-1. واژه ها
          1-7-1. بازرسی
          2-7-1. راهنماها و عملیات توصیه شده
          3-7-1. دستورالعمل
          4-7-1. فن
          5-7-1. آزمایش

 

فصل دوم: واژگان، اصول فیزیکی و آزمایش فراصوتی مواد

2. واژگان، اصول فیزیکی و آزمایش فراصوتی مواد
     2-1. مقدمه
     2-2. ویژگی های انتشار امواج
          1-2-2. فرکانس
          2-2-2. دامنه
          3-2-2. طول موج
          4-2-2. سرعت
          5-2-2. امپدانس صوتی
          6-2-2. فشار صوتی
          7-2-2. انرژی صوتی
          8-2-2. شدت صوتی
     3-2. انواع امواج فراصوتی و کاربرد آنها
          1-3-2. امواج طولی یا فشاری
          2-3-2. امواج عرضی یا برشی
          3-3-2. امواج سطحی
          4-3-2. امواج بشقابی
     4-2. رفتار امواج فراصوتی
          1-4-2. بازتابش و عبور امواج در یک برخورد عمودی
          2-4-2. بازتابش و عبور در برخورد مایل
     5-2. انتقال انرژی از محیطی به محیط دیگر
          1-5-2. تولید امواج فراصوتی
          2-5-2. اتلاف انرژی در محیط های مختلف
     6-2. اثر پیزوالکتریک و تغییرشکل مغناطیسی در کریستال
          1-6-2. اثر پیزوالکتریک
          2-6-2. اثر تغییرشکل مغناطیسی و ترانسدیوسر
     7-2. مشخصات دسته موج فراصوتی
          1-7-2. دسته موج فراصوتی
          2-7-2. واگرایی میدان یا گسترش دسته موج
          3-7-2. تاثیر سرعت صوت و اندازه ترنسدیوسر
     8-2. میرایی صوت
          1-8-2. علت و معلول
          2-8-2. اصول اندازه گیری میرایی

 

فصل سوم: فنون آزمایش و محدودیت های آنها

3. فنون آزمایش و محدودیت های آنها
     1-3. اساس روش های آزمایش فراصوتی
          1-1-3. روش عبوری
          2-1-3. روش پالس اکو
          3-1-3. روش تشدید
          4-1-3. روش های خودکار و نیمه خودکار
     2-3. حسگرها
          1-2-3. حسگرهای برخورد عمودی
          2-2-3. حسگرهای برخورد زاویه ای
          3-2-3. حسگرهای ویژه
     3-3. فناوری ها
          1-3-3. فنون پرتاب دریافت
          2-3-3. تکنیک پراب همگرا شده
          3-3-3. فنون پراب های دوقلو
          4-3-3. فنون سنسور موج سطحی
          5-3-3. فنون آزمایش غوطه وری
     4-3. محدودیت های کاربرد روش آزمایش فراصوتی

 

فصل چهارم: تجهیزات و لوازم آزمایش فراصوتی

4. تجهیزات و لوازم آزمایش فراصوتی
     1-4. ساخت و نحوه عملکرد تجهیزات فراصوتی
          1-1-4. عملکرد اجزای الکترونیکی یک دستگاه فراصوتی
          2-1-4. انواع دستگاه ها
     2-4. خصوصیات دستگاه ها و کنترل سیستم ها
          1-2-4. خصوصیات تقویت کننده های افقی و عمودی
          2-2-4. ارتباط بین قدرت تفکیک و فرکانس، توالی ارسال و میرایی
          3-2-4. خطی بودن
          4-2-4. اشباع
     3-4. نمایش سیگنال
          1-3-4. اندازه دامنه اکو و کنترل آن
          2-3-4. نمایش A-Scan
          3-3-4. نمایش B-Scan
          4-3-4. نمایش C-Scan
          5-3-4. رابطه میان سیگنال های دیجیتال و آنالوگ
     4-4. ابزارهای ثبت
          1-4-4. مانیتور خودکار
          2-4-4. واکنش گری کامپیوتر
          3-4-4. ثبات ها، چاپگرها و علامت زنهای رنگی

 

فصل پنجم: واسنجی سیستم آزمایش

5. واسنجی سیستم آزمایش
     1-5. هدف از واسنجی
     2-5. بلوک های استاندارد آزمایش
          1-2-5. بلوک های مرجع و واسنجی
          2-2-5. بلوک واسنجی IIW
          3-2-5. بلوک واسنجی V2
          4-2-5. بلوک مرجع ASME
          5-2-5. بلوک های دامنه - سطح
          6-2-5. بلوک های دامنه - فاصله
          7-2-5. بلوک های ASTM
     3-5. مشخصات دستگاه
          1-3-5. خطی بودن محور افقی
          2-3-5. خطی بودن ارتفاع صفحه
          3-3-5. کنترل خطی بودن دامنه
          4-3-5. قدرت تفکیک
          5-3-5. بیشینه قدرت نفوذ
          6-3-5. تعیین طول پالس
     4-5. واسنجی با پراب های نرمال
          1-4-5. واسنجی مبنای زمانی
     5-5. واسنجی با پراب های زاویه ای
          1-5-5. واسنجی محدوده
          2-5-5. تعیین شاخص پراب
          3-5-5. تعیین و کنترل زاویه پراب
     6-5. واسنجی برای قطعاتی که انحنا دارند
          1-6-5. حساسیت
          2-6-5. اصلاح طول مسیر دسته پرتو و فاصله خیزش
     7-5. رسم منحنی DAC با استفاده از بلوک های مرجع
     8-5. دیاگرام DGS (اندازه - بهره - فاصله)
     9-5. محیط کوپلینگ

 

فصل ششم: کاربردی های ویژه

6. کاربردی های ویژه
     1-6. روش های آزمایش
          1-1-6. قطعات مورد آزمایش ریختگی
          2-1-6. قطعات جوشکاری شده
          3-1-6. تجهیزات و سیستم ها
          4-1-6. مواد آستنیتی
          5-1-6. قطعات آهنگری شده
          6-1-6. مواد غیرفلزی

 

فصل هفتم: کدها، استانداردها، مشخصه ها و رویه ها

     1-7. کدها، استانداردها، مشخصه ها و رویه ها
          1-1-7. سازمان های هم خوان کننده استانداردها
          2-1-7. انواع استانداردها
          3-1-7. کدهای ASME مربوط به بویلر و مخازن تحت فشار
          4-1-7. مقایسه استانداردهای آزمایش فراصوتی
     2-7. رویه های آزمایش