تكنولوجيا الاختبارات غير الاتلافية وتطبيقاتها (3)

تولد دائرة النبض عالية التردد الخاصة بكاشف الخلل بالموجات فوق الصوتية تيارًا متذبذبًا نبضيًا عالي التردد ليتم تطبيقه على بلورة السيراميك الكهرضغطية في محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية (المسبار)، مما يثير الموجة فوق الصوتية وينقلها إلى قطعة العمل المراد فحصها، وعندما تنتشر الموجة فوق الصوتية في قطعة العمل المراد فحصها، عند مواجهة عيب (غير متجانس) على المسار الصوتي (مسار انتشار الموجات فوق الصوتية)، سيتم إنشاء انعكاس في الواجهة، ويستقبل المسبار الصدى المنعكس في إدخال إشارة كهربائية نبضية عالية التردد إلى مضخم الاستقبال لكاشف الخلل. بعد ذلك، على شاشة عرض كاشف الخلل، يتم عرض شكل موجة صدى (رسم) يتناسب مع ضغط صوت الصدى. حجم يمكن تقدير الأنابيب الانضغاطية الخطية وفقًا لسعة الصدى المعروض، ويمكن تعديل الخط الأفقي على شاشة العرض ليتناسب مع وقت انتشار (المسافة) للموجة فوق الصوتية في الوسط (المعروف باسم 'المعايرة')، ثم يمكن تحديد موضع الخلل في قطعة العمل بناءً على موضع الصدى على خط المسح الأفقي لشاشة العرض. يمكن أيضًا استخدام موضع الصدى السفلي لقطعة الشغل على خط المسح الأفقي لتحديد سمك قطعة الشغل. المساحة التي تشغلها الموجات فوق الصوتية تسمى المجال فوق الصوتي، ويشمل المجال القريب (N هو طول المجال القريب) والمجال البعيد. إن توزيع ضغط الصوت في منطقة المجال القريب غير منتظم، ويتغير ضغط الصوت في منطقة المجال البعيد بشكل رتيب مع زيادة المسافة. ويرتبط طول منطقة المجال القريب بقطر رقاقة محول الطاقة والطول الموجي للموجة فوق الصوتية، ويتقارب شعاع الموجات فوق الصوتية في منطقة المجال القريب، في نهاية منطقة المجال القريب، أي عند نقطة الانتقال من منطقة المجال القريب إلى منطقة المجال البعيد. قطر الشعاع هو الأصغر (لذلك تسمى هذه النقطة أيضًا بالبؤرة الطبيعية). بعد دخول المجال البعيد، سوف يتباعد الشعاع بزاوية معينة.

 يتم التعبير عن ميل حافة الشعاع بزاوية شبه الانتشار، وزاوية شبه الانتشار للحزمة هي نفسها. يتعلق الأمر بقطر الرقاقة محول الكريستال قرص السيراميك بيزو والطول الموجي للموجة فوق الصوتية. لذلك، في الكشف بالموجات فوق الصوتية، من أجل تقييم حجم الخلل وفقًا لسعة الصدى، عندما يكون حجم قطعة العمل المراد فحصها صغيرًا ويقع ضمن نطاق منطقة المجال القريب، فمن الضروري عادةً استخدام كتلة اختبار المقارنة المرجعية للتقييم المقارن، مادة كتلة الاختبار المرجعية، يجب أن تكون الخصائص الصوتية هي نفسها أو مشابهة للكائن المراد اختباره، وتحتوي على عاكسات صناعية محددة ذات حجم معروف (مثل الثقوب السفلية المسطحة، والثقوب المستعرضة، وفتحات الأعمدة، والأخاديد، وما إلى ذلك)، وسعة صدى صدى الكشف ونفس الصوت. تتم مقارنة سعة أصداء العاكس للعملية (مسار الانتشار بالموجات فوق الصوتية)، ويتم الحصول على حجم مكافئ العيب المعبر عنه بحجم العاكس الاصطناعي.

 في الكشف عن المجال البعيد، نظرًا للحجم الكبير لقطعة العمل، من الصعب إعداد قطعة اختبار بالحجم المقابل مسبقًا، كما أنه غير مريح للحمل والاستخدام. نظرًا لحقيقة أن ضغط الصوت في المجال البعيد يتغير بشكل رتيب مع زيادة المسافة، يتم التحكم بانتظام في تغيرات ضغط صوت الصدى للعاكسات الاصطناعية المختلفة، لذلك يمكن حساب منحنى سعة المسافة عن طريق الحساب أو القياس المسبق. (يشار إليها بطريقة AVG أو طريقة DGS) لتحديد حساسية الكشف وتقييم الحجم المكافئ للخلل. ولا بد من الإشارة إلى أن حجم العيب المعادل الذي تم تقييمه في اختبار الموجات فوق الصوتية يعني أن سعة صدى العيب هي نفس سعة صدى العاكس الاصطناعي بحجم معين، ولكن الحجم الفعلي للعيب ليس هو نفس حجم العاكس الاصطناعي القياسي. نظرًا لأن سعة صدى الخلل تتأثر بعوامل مختلفة مثل مادة قطعة العمل المراد فحصها وطبيعة وحجم وشكل واتجاه وحالة سطح العيب نفسه، وكذلك تتعلق بالخصائص الذاتية للموجة فوق الصوتية، يتم تقديم 'المكافئ'. ويستخدم مفهوم الكمية الكبيرة كمقياس لحجم العيوب. على سبيل المثال، نقول أن الفحص بالموجات فوق الصوتية وجد أن هناك عيبًا في ثقب سفلي مسطح بقطر Φ2 مم في موضع معين، مما يعني أن سعة الصدى للعيب هي ثقب سفلي مسطح بقطر Φ2 مم في نفس الموضع في قطعة العمل (السطح السفلي للفتحة السفلية المسطحة هو محور شعاع الصدى عمودي، وسعة الصدى المحوري هي نفسها، ومع ذلك، فإن حجم المساحة الفعلية للعيب غالبًا ما يكون أكبر من مساحة السطح السفلي لـ Φ2 مم بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لنتائج الاختبار بالموجات فوق الصوتية لتحديد طبيعة الخلل (النوعي) لم يتم حل المشكلة بشكل جيد، وتعتمد حاليًا بشكل أساسي على الخبرة العملية للمختبر والمستوى الفني وخصائص المواد لقطعة العمل المراد فحصها، وخصائص المعالجة، والظروف، وما إلى ذلك. فهم كيفية إصدار حكم شخصي شامل للخطوات العامة لطريقة انعكاس النبض بالموجات فوق الصوتية للكشف عن الهجوم:

(1) اختيار سطح الكشف بالموجات فوق الصوتية - عندما يكون شعاع الموجات فوق الصوتية عموديًا على الاتجاه الذي يمتد فيه العيب في قطعة العمل، أو عموديًا على سطح العيب، يمكن الحصول على أفضل انعكاس، ويكون معدل اكتشاف العيب هو الأعلى. لذلك، في قطعة العمل المراد فحصها، يتم تحديد سطح قطعة العمل الذي يمكن أن يجعل شعاع الموجات فوق الصوتية متعامدًا قدر الإمكان مع الاتجاه الذي قد يوجد فيه الخلل كسطح الكشف. يوضح الشكل الأيمن سطح الفحص بالموجات فوق الصوتية لقطعة العمل المشتركة.

طريقة الكشف عن متطلبات السطح

طريقة الاتصال للكشف عن الموجات الطولية .23.2μm
الكشف عن الموجات الطولية عن طريق الغمر بالماء .36.3μm
طريقة الاتصال للكشف عن الموجات المستعرضة .23.2μm
اكتشاف موجة فارلي (الموجة السطحية) .80.8μm
كشف موجة شفة الاتصال (موجة اللوحة) .61.6μm

إذا كان سطح قطعة الاختبار لا يلبي متطلبات الاختبار، فيجب إجراء إعداد خاص للسطح، أو اتخاذ تدابير علاجية خاصة (مثل طريقة اقتران خاصة أو تعويض الحساسية).

تحديد طريقة الاقتران - عندما يكون هناك هواء بين مسبار الموجات فوق الصوتية وقطعة العمل المراد فحصها، ستنعكس الموجات فوق الصوتية ولا يمكنها الدخول إلى قطعة العمل المراد فحصها. لذلك، يلزم وجود وسط اقتران بينهما، واعتمادًا على طريقة الاقتران، يمكن تقسيمها إلى طريقة اتصال، يكون مسبار الموجات فوق الصوتية على اتصال مباشر بسطح كشف قطعة العمل، حيث يتم استخدام الزيت أو زيت المحولات أو الشحوم أو الجلسرين أو زجاج الماء (سيليكات الصوديوم Na2SiO3) أو الغراء الصناعي أو المعجون الكيميائي، والتي تستخدم كعوامل اقتران، أو يتم تسويقها تجاريًا. عامل اقتران خاص للاختبار بالموجات فوق الصوتية. طريقة الغمر في الماء - هناك سمك معين حلقة سيراميك كهرضغطية بين مسبار الموجات فوق الصوتية وسطح الكشف عن قطعة العمل. يختلف سمك طبقة الماء حسب سمك قطعة الشغل وسرعة صوت المادة ومتطلبات الفحص، ولكن يجب أن تكون نوعية المياه نظيفة، من الفقاعات والشوائب، ولها قدرة على ترطيب قطعة العمل. 

يجب أن تكون درجة الحرارة هي نفس درجة حرارة قطعة العمل التي سيتم فحصها، وإلا فإنها سوف تسبب تداخلاً أكبر في الفحص بالموجات فوق الصوتية. طريقة الاتصال وطريقة الغمر في الماء هما طريقتا الاقتران الرئيسيتان المستخدمتان في اختبار الموجات فوق الصوتية. بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من طرق التوصيل الخاصة مثل طريقة الفجوة المائية، وطريقة عمود الماء النفاث، وطريقة الفائض، وطريقة السجاد، وطريقة الأسطوانة. (4) إعداد ظروف الاختبار، واختيار كاشف الخلل بالموجات فوق الصوتية المناسب، ومسبار الموجات فوق الصوتية، وكتلة الاختبار القياسية المرجعية (أو برنامج الحساب باستخدام طريقة الحساب أو منحنى سعة المسافة، منحنى AVG أو DGS، وما إلى ذلك، والأداة قبل معايرة الاختبار (تصحيح خط الأساس للوقت، وإعداد الحساسية الأولية، وما إلى ذلك) (5) مسح الفحص - مسح مسبار الموجات فوق الصوتية على سطح فحص قطعة العمل المراد فحصها، والتأكد من أن شعاع الموجات فوق الصوتية يغطي جميع المناطق المراد فحصها. (6) تقييم العيب - تحديد العيوب الموجودة (عمق العيب وموضعه الأفقي في قطعة العمل)، والكمية (حجم العيب، المنطقة، الطول)، وإذا لزم الأمر، تحديد طبيعة أو نوع العيب، أي التقييم النوعي (7) التسجيل والحكم - تسجيل نتائج الاختبار، والحكم على ما إذا كان الاختبار مؤهلاً أم لا وفقًا للشروط الفنية ومعايير القبول، واستخلاص نتيجة الاختبار، وإصدار تقرير الاختبار. المعالجة - حدد قطع العمل التي وجدت المشكلة، وعزلها للمعالجة، وتمرير العلامات المؤهلة إلى عملية الإنتاج أو برنامج الدوران التالي. ما ورد أعلاه هو الإجراء الأساسي للكشف عن انعكاس النبض بالموجات فوق الصوتية. في فحص المنتج الفعلي، يجب إجراء الفحص وفقًا لمتطلبات مواصفات الفحص المحددة أو إجراءات الاختبار. يعد الكشف عن انعكاس النبض بالموجات فوق الصوتية هو الطريقة الأكثر استخدامًا في اختبار الموجات فوق الصوتية، ليس فقط في قياس سمك الموجات فوق الصوتية الصناعية، ولكن أيضًا في مجالات أخرى مثل قياس السُمك، والكشف عن الأسماك، وتحت الماء. يستخدم السونار وسبر المحيطات وتضاريس قاع البحر والجيولوجيا الكشف الهيكلي والتشخيص الطبي بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع خصائص انعكاس الموجات فوق الصوتية.