تست غیر مخرب فراصوتی یا تست التراسونیک UT یکی از روش‌های بسیار دقیق بازرسی می‌باشد. در تست التراسونیک UT امواج صوتی با فرکانس بالا (در محدوده مگاهرتز) به داخل نمونه‌ی مورد بازرسی وارد می‌شوند تا عیوب داخلی شناسایی شده و خواص مواد بررسی گردد. امواج صوتی با کاهش مقداری از انرژی خود به دلیل پدیده‌ی تضعیف صوت در داخل مواد حرکت می‌کنند و در فصل مشترک‌ها و مرزها منعکس می‌شوند. در این تست یک گیرنده، پالس‌های الکتریکی ولتاژ بالا تولید میکند و یک مبدل این پالس‌های الکتریکی را به امواج فراصوت با فرکانس بالا تبدیل میکند. این امواج در جسم مورد آزمایش به شکل امواج صوتی پخش می‌شوند. اگر نقص یا ناپیوستگی در مسیر امواج صوتی وجود داشته باشد، این موارد به شکل امواج به گیرنده منعکس می‌شوند و سپس مبدل امواج صوتی را به امواج الکتریکی تبدیل میکند و آنها را روی صفحه نمایش می‌دهد.
تست جوش UT شامل بررسی این باریکه‌های منعکس شده برای شناسایی عیوب و تعیین موقعیت آنها و همچنین ارزیابی‌های کمی، ردیابی و تحلیل می‌شود. امروزه تست التراسونیک UT به دلیل قدرت نفوذ بالای امواج فراصوتی، حساسیت بالای تجهیزات مربوط به آن، هزینه‌های نسبتا پایین و سرعت عمل مناسب در کنترل کیفیت محصولات فرآیندهای تولید از قبیل کشش، نورد، فورجینگ، اکستروژن و جوشکاری کاربرد وسیعی دارد.
روش کار:
امواج صوتی به طور کامل از فصل مشترک فلز – گاز منعکس می‌شوند. در حالی که در فصل مشترک‌های فلز – مایع یا فلز – جامد، تنها قسمتی از امواج صوتی منعکس می‌شود. همین موضوع اساس کار تست جوش UT است. عیوبی مانند ترک‌ها، حفره های انقباضی، ذوب ناقص، منافذ و عدم اتصال شبیه به فصل مشترک فلز – گاز عمل می‌کنند و به راحتی قابل شناسایی هستند. همچنین آخال‌ها و سایر ناهمگنی‌های موجود در فلز می‌توانند به وسیله بازتاب جزئی یا با تفرق امواج فراصوتی شناخته شوند.
عملکرد تست UT بر اساس اصل تست التراسونیک و اصل ارسال و دریافت امواج صوتی با فرکانس‌های بالا انجام می‌شود. از نظر عملکردی و براساس استانداردهای تست التراسونیک، امواج فراصوت توسط یک پراب التراسونیک، به داخل دیواره ارسال می‌شود، این امواج پس از برخورد به دیواره داخلی منعکس شده و توسط همان پراب دریافت می‌گردد. عیب یاب التراسونیک پس از انجام عملیات تقویت و فیلترینگ پالس‌های الکتریکی دریافتی، آنها را به صورت سیگنال، بر روی صفحه نمایش دستگاه نمایش می‌دهد. دستگاه با بررسی فاصله‌های زمانی بین سیگنال‌های دریافتی از دیواره داخلی و سرعت صوت، عیوب و ضخامت دقیق را محاسبه و نمایش می‌دهد.
نتیجه بازرسی UT به این صورت است که در آشکارساز یک پالس اولیه مشاهده می‌شود که نشانه سطح قطعه است. یک پالس هم در انتها تشکیل می‌شود که نشان دهنده ی سطح انتهایی قطعه است. حال این میان اگر پالسی تشکیل شود، معرف ناپیوستگی یا عیب است. واضح است که عمق ناپیوستگی‌ها نیز روی محور افقی قابل تشخیص است.
تجهیزات بازرسی به روش التراسونیک شامل موارد زیر می‌باشد:
* پراب: قطعه‌ی فرستنده امواج صوتی که براثر اعمال ولتاژ متناوب تولید می‌شوند. سه نوع پرکاربرد آنها شامل کوارتز، سولفات لیتیم و سرامیک‌های پلاریزه شده هستند. این امواج برحسب نوع و جهت عیب مورد انتظار می‌توانند به صورت طولی، عرضی و سطحی با روش‌ها و پراب‌های مختلف تولید شوند. هرچه موج صوتی ارسال شده، دارای فرکانس پایین‌تری باشد، قدرت نفوذ بیشتر اما حساسیت کمتری دارد؛ در در فرکانس بالا این موارد برعکس هستند.
* مایع پرکننده (کوپلنت): این مایع برای پر کردن حد فاصل بین پروب و قطعه استفاده می‌شود. علت استفاده از این مایع این است که بین قطعه و پروب، هوا قرار نگیرد؛ زیرا مقاومت هوا به عبور جریان صوت بسیار زیاد می‌باشد.
* آشکارساز: صفحه نمایش یا آشکار سازاطلاعات را به سیستم نمایشگر منتقل میکند. تجهیزات آشکارساز شامل یک گیرنده، تقویت کننده سیگنال و سیستم صفحه نمایش است. «تیوب پرتو کاتدی» یا CRT یک تیوب شیشه ای تحت خلأ است که یک جزء مهم آشکارساز محسوب می شود و اطلاعات نمونه مورد آزمایش را به سیستم صفحه نمایش منتقل میکند.
انواع روش‌های انجام بازرسی:
برحسب جهت و موقعیت ناپیوستگی‌های موجود در قطعه، چند نوع موج می تواند در بازرسی UT مورد استفاده قرار گیرد. برای شناسایی عیوبی که موازی سطح، زاویه دار نسبت به سطح و نزدیک به سطح هستند، به ترتیب از امواج طولی، عرضی و سطحی به صورت جداگانه و با روش های مختلف استفاده می گردد.
این بازرسی‌ها به وسیله فرستنده‌های موج طولی به صورت روش پالس اکو، روش انتقالی یا روش پروب زاویه دار صورت می‌گیرد. اکثر بازرسی‌های صنعتی به روش پالس-اکو و از طریق امواج طولی مستقیم و امواج عرضی زاویه دار با یک فرستنده صورت می‌گیرد.
۱) روش پالس- اکو: روش پالس- اکو، پر استفاده‌ترین تکنیک انجام تست می‌باشد که در آن محور افقی نمایشگر متناسب با زمان عبور موج در درون ماده است و محور عمودی مربوط به دامنه پژواک است. در حقیقت، در روش پالس- اکو، وجود، اندازه و محل یک نقص به دامنه سیگنال اکو و زمانی که سیگنال اکو به گیرنده می‌رسد مرتبط است. روش پالس- اکو برای نمونه‌های آزمایشی بزرگ و با شکل نامنظم مناسب است.
۲) روش انتفال: در تست التراسونیک به روش انتقال از دو ترانسدیوسر در دو طرف جوش استفاده می‌شود. با انتقال امواج التراسونیک از یک ترانسدیوسر به دیگری، اگر عیبی در بین آنها قرار داشته باشد رفتار امواج و شدت آنها تغییر میکند و به این صورت عیوب شناسایی می‌شوند.
۳) روش پروب زاویه دار: این روش اغلب برای تست اولتراسونیک جوش مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش پروب یک طراحی گوه‌ای شکل دارد و از درون آن با زاویه‌ای مشخص پرتو به سمت قطعات تابیده می‌شود. این روش برای بررسی خطوط جوش و شناسایی عیوب نزدیک سطح کاربرد دارد.
مزایا:
۱) تشخیص عیوب سطحی و زیرزمینی
۲) اندازه گیری ضخامت برای بررسی میزان خوردگی، سایش و غیره
۳) اندازه گیری خواص مواد از جمله سرعت صوت در ماده، مدول الاستیک و غیره
۴) ارزیابی عیوب با حداقل اندازه ۰.۱ میلی متر قابل ارزیابی
۵) تشخیص ترک های خستگی در قطعات ناشی از بار دینامیکی
۶) دسترسی به یک طرف قطعه نیاز
۷) حساسیت و سرعت بالا
۸) قدرت نفوذ بالا (امکان بازرسی قطعات تا ضخامت ۵ متر)
۹) دقت بسیار بالا در تعیین موقعیت عیوب داخلی و تعیین ماهیت، اندازه و شکل عیوب
۱۰) قابلیت حمل و نقل آسان
۱۱) بی خطر بودن برای پرسنل
معایب:
۱) نیاز به دسترسی به پروب به سطح قطعه کار
۲) نیاز به کارشناس ماهر و آموزش دیده
۳) عدم توانایی در بازرسی قطعات نازک
۴) تداخل و ایجاد مشکل در بازرسی قطعات کامپوزیت چند لایه
۵) حساس به زبر بودن سطح
۶) لزوم دسترسی سطح به پروب
۷) گران‌تر بودن کسب مهارت و آموزش مورد نیازِ این روش
۸) مشکل در بازرسی قطعات خیلی نازک
کاربرد:
تست التراسونیک جهت تست مواد و کنترل کیفیت در تمام صنایع بزرگ کاربرد دارد. صنایعی نظیر: ریخته گری، نورد، آهنگری، جوشکاری، اجزای الکتریکی و الکترونیکی، تولید و ساخت فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم، ساخت سازه‌ها نظیر مخازن تحت فشار، کشتی‌ها، پل‌ها، وسایل نقلیه ،ماشین آلات، موتورهای جت. آزمایش فراصوتی یا تست جوش UT دارای کاربردهای فراوانی از جمله تعیین خواص اتصال، اندازه گیری ضخامت قطعات، تخمین میزان کاهش ضخامت ناشی از خوردگی، تعیین خواص فیزیکی، ریزساختارشناسی و اندازه گیری مدول الاستیک است.
از این تست در هنگام سرویس برای جلوگیری از شکست‌های احتمالی در محورهای گردنده‌ی چرخ قطار، غلتک های نورد، تجهیزات حمل و نقل زمینی، تجهیزات معدنی، خطوط لوله جوش در نیروگاه های هسته‌ای و شیمیایی، دیگ‌های بخار، مخازن تحت فشار، جوش نازل‌ها و غیره استفاده می‌شود. همچنین این تست مورد استفاده برای مکان یابی نواقص سطحی و زیرسطحی در بسیاری از مواد از جمله پلاستیک و چوب ها نیز هست. این آزمون می‌تواند عیوب را تا عمق ۵ متر در فولادها نشان دهد و درصد نفوذ و حساسیت آن در آشکارسازی عیوب صفحه‌ای و بحرانی نسبت به آزمون‌های غیرمخرب دیگر بسیار بالاتر است.
