دانشگاه آزاد اسالمی واحد گروه مهندس اهواز

موادروشهای پیشرفته غیر مخرب

تهیه کننده : امین عموری

استاد راهنما:دکتر معینی فر

: موضوعPAUT

(PHASE ARRAY ULTRASONIC)

91بهار

مقدمه: توس1ط ش1ده مع1رفی مخ1رب غ1یر آزمونه1ای مختل1ف روش1های می1ان از انجمن تس1ت ه1ای غ1یر مخ1رب آمریک1ا، از مهم1ترین و پرک1ار ت1رین روش1ها، ک1اربردی گس1ترده در تش1خیص ک1ه ام1واج فراص1وت اس1ت آزم1ون روش از جوش1کاری، ض1خامت س1نجی ت1رک ه1ا، عی1وب ناش1ی از جمل1ه عی1وب، و ... دارد. در این روش ام1واج ص1وتی ب1ا فرک1انس ب1اال ) مح1دوده فرک1انس

می 0.1-25 تابان1ده م1اده درون ب1ه پیزوالکترونی1ک م1واد توس1ط هرت1ز( ش1وند و ب1ر اس1اس آن1الیز ام1واج برگش1ت یافت1ه از درون م1اده، اطالع1ات نی1از را ب1ه م1ا ارائ1ه می ده1د. ام1ا تع1یین م1اهیت دقی1ق نقص نس1بتا م1ورد مش1کل ب1وده و ب1ه مه1ارت و تجرب1ه ش1خص اپرات1ور بس1تگی ف1راوان دارد.

[1] و نی1از ب1ه روش1هایی بازرس1ی ب1ا ب1ازدهی زم1انی UT مح1دودیت ه1ای روش

و هزین1ه ای و کیفی بیش1تر ، منج1ر ب1ه اب1داع روش ه1ای ن1وین ت1ری ب1رای Phasedبازرسی از مواد شده است. از جمله این روش های نوین روش

Array UT .است

PAUT اصول - میباش1د و تف1اوت اص1لی می1ان این UT همانن1د روش PAUTعملک1رد کلی

ن1وع پ1روب ه1ای م1ورد اس1تفاده در این روشهاس1ت. تف1اوت دو روش در UTدیگ1ر این دو روش را می ت1وان در ن1وع اس1کن م1ورد اس1تفاده دی1د، در

از اس1کن الک1ترونیکی.PAUTاز اس1کن مک1انیکی اس1تفاده می ش1ود و در [2]

در اس11تفاده م11ورد پروبه11ای PAUT س11لول زی11اد تع11دادی ح11اوی )اص1وال کوچ1ک ت1ا 16پیزوالکترونی1ک و 256 ارس1ال ب1ا ک1ه باش1ند می )

دری1افت ام1واج فراص1وت بص1ورت مج1زا، توان1ایی نم1ایش عی1وب موج1ود در قطع1ات ب1ا جزئی1ات بیش1تری را دارن1د. م1اهیت متف1اوت نم1ایش اطالاع1ات در

PAUT نش1ان بیش1تری جزئی1ات ب1ا و بع1دی دو بص1ورت را عی1وب ک1ه ( میدهد(

در امریک1ا س1اخته 1992 در س1ال PAUTنخس1تین دس1تگاههای آزمایش1گاهی س1اخته 2002 در س1ال Phased Arrayش1دند ولی اولین دس1تگاه پروفای1ل

32 ن1ام گ1رفت. علت این نامگ1ذاری، تجه1یز دس1تگاه ب1ه x-32ش1د و م1دل (. الزم ب1ه ذک1ر اس1ت 1کان1ال فرس1تنده و گیرن1ده ام1واج ب1ود)ش1کل ش1ماره

در پزش1کی م1ورد اس1تفاده UTپیش از این ت1اریخ، مب1دل ه1ای چن1د ج1زئی [3,4بوده اند. ]

)راست ( و PAUT :اولین دستگاه پرتابل ساخته شده با سیستم 1شکل مقایسه با نمونه های اولیه )چپ(

:PAUTساختار و تئوری ت1ک ه1ای پ1روب در موج1ود ه1ای الکترونی1ک پ1یزو این سیس1تم، در کریس1تال ب1ه تع1داد زی1ادی الم1ان تقس1یم می ش1وند ک1ه ع1رض ه1ر ی1ک بس1یار

(. ه1ر ی1ک از این الم1ان ه1ا، 2کوچک1تر از ط1ول آنهاس1ت ) ش1کل ش1ماره و منب1ع ص1وتی ش1ده ی1ک ب1ه تب1دیل دیگ1ر ه1ای الم1ان از بط1ور مس1تقل بص1ورت مس1تقیم و ک1امال مج1زا و مس1تقل تحری1ک می ش1وند و ب1ه ارس1ال و ت1وان بج1ای تکنول1وژی می این ب1ا پردازن1د. در واق1ع ام1واج می ی1افت در

معم1ولی، از تع1داد بیش1تری پ1روب در UTاس1تفاده از ی1ک پ1روب در روش [5 پروب(.]1024 تا 16کنار هم استفاده کرد)

: چیدمان پیزو 2شکل PAUTالکترونیکها در پروبهای

با اعم1ال ت1اخیردر ف1از، دامن1ه و زم1ان ارس1ال ه1ر م1وج در ه1ر الم1ان نس1بت ب1ه س1ایر الم1ان ه1ا و کن1ترل ک1امپیوتری این ام1واج می ت1وان ام1واج فراص1وت متمرک1ز ت1ری را ب1ا ق1ابلیت ه1دایت م1وج و کن1ترل پارامتره1ای معم1ول ام1واج ص1وت ) مانن1د زاوی1ه ت1ابش، فاص1له ک1انونی ان1دازه منطق1ه ک1انونی و ...( ایج1اد نم1ود. م1یزان این ت1اخیر در م1وج ب1ه ن1وع م1وج، زاوی1ه بازگش1ت، عم1ق ک1انونی و ط1ول الم1ان ه1ای فع1ال ش1ده ب1رای ارس1ال آن م1وج بس1تگی دارد.

[6] (، نمونه فازی نامیده می شود.Δθ المان )2اختالف فاز میان امواج ( برقرار است:1می دانیم بر اساس ماهیت امواج صوت، رابطه )

  

( و فاص1له می1ان دو الم1ان xرابط1ه بین مس1افت طی ش1ده توس1ط م1وج )( و همچ1نین زاوی1ه ت1ابش ه1ر م1وج ب1ه س1طح را می dت1ابش کنن1ده م1وج )

( ن1یز 3( و )2( بدس1ت آورد و ب1ر اس1اس رواب1ط )1ت1وان از طری1ق معادل1ه )ب1ا کم1ک ف1از ه1ر م1وج تع1یین ت1وان اختالف ف1از می1ان ه1ر دو م1وج را می

نمود:

طول موج استλکه در این رابطه،

در این روش ب1ا توج1ه ب1ه م1اهیت ش1رح داده ش1ده ارس1ال ام1واج و همچ1نین ب1ا توج1ه ب1ه هندس1ه و ش1کل الم1ان ه1ای م1وازی پ1یزو الکتری1ک، ام1واج را در مح1دوده

) عرض1ی( ه1دایت 30-70ب1رای پ1روب ه1ای تماس1ی و ب1رای پروبه1ای ام1واج برش1ی°نم1ود. این ام1ر، ق1ابلیت متمرک1ز نم1ودن ام1واج در ه1ر منطق1ه دلخ1واه و ی1ا بررس1ی

[.4]سطح ماده بدست می آورد

±25°

ابع1اد و هندس1ه کام1ل همچ1نین این روش می توان1د ب1ه بازرس1ان ق1ابلیت بررس1ی عی1وب ناش1ی از خ1وردگی در خ1ط لول1ه ون1یز ردی1ابی ان1واع مختل1ف از ترکه1ا در بدن1ه لول1ه و ی1ا س1اختار ج1وش – ب1دون توج1ه ب1ه جهت گ1یری ت1رک ه1ا نس1بت ب1ه راس1تای

دی1ده 4 در ش1کل ش1ماره PAUTلول1ه- را نمای1ان س1ازد. ش1ماتیک س1اختار ی1ک پ1روب تف1اوت می1ان نح1وه و ق1ابلیت تش1خیص پروبه1ای 5[ و ش1کل ش1ماره 7می ش1وند]

PAUT س1مت راس1ت( را در مقایس1ه ب1ا پروبه1ای ت1ک کریس1تال ( UT )س1مت چپ ([2نشان می دهند. ]

ان1واع ، ردی1ابی ابع1اد و هندس1ه کام1ل عی1وب ق1ابلیت بررس1ی این روش همچ1نین مختل1ف از ترکه1ا در قطع1ات و ی1ا س1اختار ج1وش ، ب1دون توج1ه ب1ه جهت گ1یری ترکه1ا

[ 7 دی1ده می ش1وند]4 در ش1کل ش1ماره PAUTرا دارد. ش1ماتیک س1اختار ی1ک پ1روب ) س1مت PAUT تف1اوت می1ان نح1وه و ق1ابلیت تش1خیص پروبه1ای 5و ش1کل ش1ماره

) س1مت چپ( نش1ان می دهن1د. UTراس1ت( را در مقایس1ه ب1ا پروبه1ای ت1ک کریس1تال [2]

ق1ابلیت 5شکل و نح1وه می1ان تف1اوت پروبه11ای س11مت PAUTتش11خیص (

راس1ت( را در مقایس1ه ب1ا پروبه1ای ت1ک ) سمت چپ(UTکریستال

ساختار یک پروب : 4شکل PAUT

پ1روب ب1ه س1اختار توج1ه این روش، هم1ه PAUTبا توس1ط ام1واج ه1دایت نح1وه و عناص1ر توس1ط ی1ک پ1الس الک1تریکی یکس1ان و بص1ورت ت1اخیر ف1ازی ه1ای کن1ترل ش1ده

[2,8(]6تهیج می شوند. )شکل شماره ب1ه عوام1ل متع1ددی بس1تگی دارد ک1ه مهم1ترین آنه1ا را PAUTدقت تص1اویر حاص1ل از

ت1داوم پ1الس می ت1وان دانس1ت. ) س1ایر عوام1ل عبارتن1د از فرک1انس، دامن1ه و ت1اخیر فاز امواج ارسالی(.

: الگوی امواج التراسونیک ،هدایت کردن( تصویر سمت 6شکل )تصویر سمت چپ(PAUTراست ( و تمرکز توسط سیستم

PAUT - الگو های کنترل پرتوها در روش تعری1ف ش1ده اس1ت ک1ه PAUTسه الگ1و کن1ترل ک1امپیوتری ب1ر روی پرتوه1ا در روش

[ 5عبارتند از.]

الف( اسکن الکترونیکی:الم1ان ه1ای فع1ال پ1روب، بص1ورت ت1اخیر فازه1ا ب1ر روی در این روش اس1کن، ث1ابت زاوی1ه ی1ک در و پ1روب اس1کن در ط1ول نهایت1ا و تقس1یم می ش1وند گ1روهی ص1ورت می گ1یرد. ب1ر اس1اس ث1ابت ب1ودن این زاوی1ه، می ت1وان این روش اس1کن را ب1ا

توس1ط ح1رکت مک1انیکی UTب1ه عن1وان ج1ایگزینی دقی1ق ت1ر ب1رای روش ه1ای س1نتی پ1روب ه1ای ت1ک کریس1تال بک1ار ب1رد. ب1ا کم1ک این تکنی1ک اس1کن، عالوه ب1ر ع1دم نی1از ب1ه ح1رکت مک1انیکی پ1روب، می ت1وان بازرس1ی توس1ط ام1واج برش1ی) عرض1ی( و بازرس1ی

(7و تست مناطق خورده شده را سرعت بخشید) شکل شماره

7شکل

ب( هدایت الکتریکی : در این روش، می ت1وان از اص1ل اعم1ال ت1اخیر ف1از م1وج ه1ای ارس1الی ب1ه الم1ان ه1ای مختل1ف پ1روب ب1رای انح1راف بص1ورت کن1ترل ش1ده و دلخ1واه اس1تفاده نم1ود. ب1ه عب1ارت دیگ1ردر این روش امک1ان ایج1اد ام1واج ص1وتی ب1ا زاوی1ای مختل1ف حاص1ل می

توس1ط پ1روب ه1ای ت1ک UTش1ود می ت1وان این تکنی1ک اس1کن را ج1ایگزینی ب1رای روش کریس1تال ب1ا زوای1ای متف1اوت دانس1ت. بن1ابراین ب1ا کم1ک این تکنی1ک امک1ان بازرس1ی در زوای1ای مختل1ف در قطع1ات ب1ا اش1کال هندس1ی ن1یز خ1وردگی ه1ای ب1ا اش1کال متف1اوت و

8متغ1یر همانن1د خ1وردگی حف1ره ای را توس1ط ی1ک پ1روب وج1ود دارد. تص1ویر ش1ماره بیانگر نحوه اسکن نمودن جوش و بدنه لوله ها توسط این تکنیک می باشد.

: نح1وه اس1کن نم1ودن ج1وش و بدن1ه لول1ه ه1ا توس1ط تکنی1ک ه1دایت 8شکل PAUTالکتریکی در

ج( تمرکز الکترونیکی :در این تکنی1ک، توس1ط اعم1ال ت1اخیر در ارس1ال ام1واج ب1ه الم1ان ه1ای متف1اوت، ام1واج ص1وتی در عم1ق ه1ای ک1انونی متف1اوتی در ط1ول مح1ور م1وج ه1دایت می ش1وند. ب1ر این اس1اس، این تکنی1ک را ج1ایگزین مناس1ب ب1رای اس1تفاده از پ1روب ه1ای مختل1ف ت1ک

از نظ1ر ابع1اد جهت تمرک1ز در عم1ق ه1ای مختل1ف در نظ1ر گ1رفت. ش1کل UTکریس1تال ب1ا 9ش1ماره آن رابط1ه و تکنی1ک این در الک1تریکی ف1از تاخیره1ای بی1انگر ش1ماتیک

میزان تمرکز عمق است.

: ش1ماتیک تاخیره1ای ف1از الک1تریکی در تکنی1ک تمرک1ز الک1ترونیکی 9شکل PAUT

Phased array تجهیزات مورد استفاده در روش دستگاه مختصات یاب •دستگاه تولید کننده و آنالیز کننده امواج فرا صوت•پروب•مایع کوپلنت•

از م1واد پیزوالکتری1ک اس1تفاده می ش1ود. از ق1رار دادن PAUTبرای س1اخت پ1روب ه1ای رزین س1اخته می ش1وند. مانن1د پلیم1یری م1واد درون در ن1ازک س1رامیکی ای میل1ه خ1واص م1اده پیزوالکتری1ک حاص1ل، ب1ه خ1واص س1رامیک، پلیم1ر و س1اختار میکروس1کوپی م1اده پیزوالکتری1ک بس1تگی دارد. وظیف1ه م1اده پلیم1ری ی1ا رزین بک1ار رفت1ه در می1ان پ1الس را ام1واج فراص1وت اس1ت و م1دت اس1تمرار کنن1دگی پیزوالکتری1ک ه1ا، م1یرا

نش1انگر 11ک1اهش داده و ق1درت تفکی1ک م1وج را بهب1ود می بخش1د. ش1کل ش1ماره [5, 2 است. ]PAUTنحوه چیدمان اجزاء سازنده ماده پیزوالکتریک پروب

10شکل

الم1ان ه1ا درون بر اس1اس نح1وه اس1تقرار و چی1دمان PAUT ان1واع مختل1ف پ1روب رامی ت1وان بص1ورت زی1ر ،

تعریف نمود: پروبهای خطی

پروبهای دایرویپروبهای حلقوی

پروبهای ماتریسی 

پ1روب ن1وع ی1ک المانه1ای چی1دمان ، مث1ال عن1وان به قابل مشاهده است.12ماتریسی در شکل شماره

11شکل

  :PAUTکاربرد

از این سیس1تم می ت1وان ب1رای تش1خیص ت1رک، تخل1ل، حفره1ای انقباض1ی، ک1اهش ض1خامت ناش1ی از خ1وردگی، ت1ورق، عی1وب ج1وش و ن1یز س1ایر ناپیوس1تگی ه1ای فل1ز اس1تفاده نم1ود. کاربرده1ای ص1نعتی این روش ش1امل بازرس1ی ج1وش مخ1ازن تحت

[.2,3فشار، بازرسی خودکار ) اتوماتیک( در حین ]کاربرد دیگ1ر این روش در بازرس1ی قطع1ات از جنس م1واد ب1ا ق1درت م1یرایی ص1وت ب1اال اس1ت ) مانن1د ف1والد زن1گ ن1زن. در این م1واد، ب1ه دلی1ل دان1ه درش1ت ب1ودن دان1ه ه1ا و کریس1تالها، پراکن1دگی و انح1راف پرتوه1ای ام1واج ف1را ص1وت بط1ور ش1دیدی اتف1اق می افت1د. ب1ه همین دلی1ل م1یزان انتش1ار ص1وت درون م1اده ک1اهش یافت1ه و م1وجب ب1روز ام1واج مغتش ب1ر روی ص1فحه نم1ایش و ی1ا س1خت ش1دن تش1خیص اک1وی برگش1تی از

م1وجب تمرک1ز ص1وت در این ن1وع م1واد PAUTدرون م1اده می گ1ردد. اس1تفاده از روش ن1یز اف1زایش اک1وی دری1افتی از م1اده و پی1ک ه1ای ارتف1اع نتیج1ه وض1وح بیش1تر و در

[. 4مقدار نسبت سیگنال صحیح نسبت به سیگنالهای مغتش می گردد] اس1ت ASME C 2235-Q نکت1ه بس1یار مهم و مفی1د در این تکنی1ک، وج1ود اس1تاندارد

از اس1تفاده ق1ابلیت خ1اص ش1رایط آن در و PAUTک1ه جوش1ها از بازرس1ی ب1رای اینچ در مخ1ازن تحت فش1ار، لول1ه ه1ا و 2/1قطع1ات ب1ا ض1خامت بزرگ1تر و ی1ا مس1اوی

معمول گردیده است. RTنیروگاهها در جایگزینی روش

مزایا :

قابلیت مستند سازی گزارشاتPAUTامکان تعیین دقیق تر محل و ماهیت عیوب( پ1ردازش تص1اویر از س1ه نم1ا از عیب ( side view , top view. End view امک1ان

توسط نرم افزارهای مخصوص نمایش تصویر همزمان B-Scan , C- Scanدر صفحه نمایش ایجاد تصاویر با امکان تفسیر سریعتر و ساده تر افزایش سرعت بازرسی امک1ان ایج1اد پ1الس ه1ای ص1وتی ب1ا زوای1ای مختل1ف توس1ط ی1ک پ1روب و در نتیج1ه

تحت پوشش قرار دادن حجم بیشتری از قطعه تحت بازرسی با یک تابشافزایش ضریب اطمینان بازرسیعدم ضرورت دسترسی به دو طرف سطح مورد بازرسی قابلیت بازرس1ی از قطع1ات ب1ا ض1خامت متف1اوت و ض1خامت زی1اد ) ب1ه دلی1ل ق1ابلیت

نفوذ صوت در فلزات( .صرفه جویی در هزینه، به تمام دالیل مشروحه در باال

محدودیت ها :

.قابلیت استفاده فقط در موادی که امکان عبور صوت از آنها وجود دارداماده سازی سطح مورد بازرسی خطای فراوان در بازرسی از مواد اسفنجی شکل دارای خلل و فرج فراوان ) در

صورتی که حفره ها، تصویر حفره های با عمق کمتر را نپوشانند.( عدم قابلیت بازرسی از لوله ها و قطعات جوشکاری شده بصورت جوش شیاری

میلیمتر ) به دلیل بروز خطای زیاد در نتایج بازرسی(6با ضخامت کمتر از اینچ ) البته 6بروز خطای نسبی در نتایج بازرسی ازلوله های با قطر کمتر از

اینچ با وجود خطا در 2 برای لوله های با قطر UTاستفاده از این روش نیز مانند نتایج امکانپذیر می باشد.(

6 نیاز به صرف هزینه جهت خاکبرداری و پوشش برداری و آماده سازی سطح از -لوله های مدفون

با توج1ه ب1ه امک1ان ج1ایگزینی این روش ب1ا روش پرتونگ1اری، مقایس1ه تص1اویر مس1تند مرب1وط ب1ه ی1ک مقط1ع ج1وش ح1اوی عی1وب متف1اوت و ن1یز PAUT ب1ا RTش1ده حاص1ل از

از این مقطع در تصاویر زیر نشان داده شده اند.PAUTتصویر ارائه شده نهایی

پیوستها

- در تص1ویر زی1ر ب1رخی عی1وب موج1ود در م1اده و نم1ودار نمای1انگر این عی1وب در ی1ک ن1رم افزار آنالیزکننده عیوب مشاهده می شود.

منابع:1. ASM HANDBOOK VOL.17 , “NONDESTRUCTIVE EVALUATION AND QUALITY CONTROL” 9’th

EDDITION, ASM INTERNATIONAL : THE MATERIALS INFORMATION COMPANY.آلتراسونیک " 2. " PHASED ARRAYکاربرد ، لوله خطوط بازرسی 1386در

3. Olympus NDT Group, www.olympusndt.com4. Harfang Microtechniques, Canada, www.harfangmicro.com5. Ping Yang, Bin Chen, Ke-Ren Shi, “A novel method to design sparse linear arrays for

ultrasonic phased array”, Ultrasonics 44 (2006) e717–e721.6. WWW.RADARTUTORIAL.COM7. Ping Yang, Bin Chen, Ke-Ren Shi, “A novel method to design sparse linear arrays for

ultrasonic phased array”, Ultrasonics 44 (2006) e717–e721, www.phased-array.com8. Sung-Jin Song, Hyeon Jae Shin, You Hyun Jang, “Development of an ultrasonic phased array

system for nondestructive tests of nuclear power plant components”, Nuclear Engineering and Design 214 (2002) 151–161.

9. Imasonic Co., www.imasonic.com10. Sonstest Group, www.sonatest.com11. ASME C2235-9, CASES OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE, October 11, 2005.12. www.aitechnologies.biz/phased_array_ultrasonic13. Guillaume Neau and Deborah Hopkins, “The promise of ultrasonic phased arrays and the

role of modeling in specifying systems”, WWW.BERCLI.NET, + 1 510 292 12902813 Seventh Street Berkeley, CA 94710

14. Weld Flaw Radiographgy by Sonainspection International Ltd., www.sonaspection.com15. “Tube inspection using massively parallel systems” , WWW.BERCLI.NET