در بازرسی های صنعتی و آزمون های غیرمخرب (NDT)، دستگاه ضخامت سنج التراسونیک یکی از دقیق ترین ابزارها برای اندازه گیری ضخامت فلزات، آلیاژها و مواد غیرفلزی محسوب می شود. این دستگاه با ارسال و دریافت امواج فراصوتی، قادر است ضخامت قطعه را بدون نیاز به برش یا آسیب به سطح مشخص کند. با وجود این دقت بالا، در بسیاری از موارد اپراتورها با مقادیر اشتباه، ناپایدار یا غیرمنطقی مواجه می شوند که نشان دهنده ی بروز خطا در فرآیند اندازه گیری است.
درک علل بروز خطا و نحوه ی رفع خطا دستگاه ضخامت سنج از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا حتی خطای کوچک می تواند در تحلیل نتایج، تصمیم گیری تعمیراتی یا ارزیابی خوردگی تأثیر بزرگی بگذارد. گاهی خطا ناشی از عوامل ساده ای مانند انتخاب اشتباه پراب است و در برخی موارد به تنظیمات نادرست یا شرایط سطح قطعه برمی گردد.
در این مقاله، پنج دلیل متداول بروز خطا در ضخامت سنج التراسونیک را بررسی می کنیم و برای هرکدام علت فنی و راه حل عملی ارائه می دهیم تا دقت اندازه گیری افزایش یافته و کارایی دستگاه در محیط های صنعتی به حداکثر برسد.
خطا وجود هوا یا تماس ناقص بین پراب و سطح قطعه
در فرآیند ضخامت سنجی، کیفیت تماس بین پراب و سطح قطعه یکی از مهم ترین عوامل در صحت اندازه گیری است. هرگونه وجود هوا یا ناهماهنگی در تماس، می تواند مسیر عبور امواج صوتی را مختل کرده و در نتیجه سیگنال های بازتابی ضعیف یا ناپایدار ایجاد کند.
علت بروز خطا
اصلی ترین علت این خطا، نبود یک لایه ی یکنواخت از کوپلنت بین پراب و سطح است. کوپلنت، واسطه ای است که هوای بین دو سطح را حذف کرده و امکان انتقال بهتر امواج صوتی را فراهم می کند. در صورت استفاده ی کم از کوپلنت یا پخش نامناسب آن، بخشی از امواج بازتاب داده نمی شود و دستگاه ضخامت را اشتباه محاسبه می کند.
همچنین، سطوح زبر، زنگ زده یا رنگ شده می توانند مانع تماس کامل پراب با قطعه شوند. در چنین شرایطی، هوای محبوس شده در شکاف های سطح باعث افت شدید سیگنال می شود. گاهی اوقات نیز اپراتور پراب را با زاویه ی نادرست روی سطح قرار می دهد که باعث شکست یا انحراف موج می شود.
راه حل عملی برای رفع هوا
برای رفع خطا دستگاه ضخامت سنج در این حالت، ابتدا باید از کوپلنت مناسب و به مقدار کافی استفاده کرد. کوپلنت باید به صورت یکنواخت و در تمام سطح تماس پخش شود. در محیط های گرم، از کوپلنت های مقاوم به دما و در سطوح زبر از کوپلنت های غلیظ تر استفاده می شود تا شکاف های سطحی پر شوند.
در صورتی که سطح قطعه زنگ زده یا رنگ ضخیمی داشته باشد، باید با سمباده یا برس سیمی تمیز شود تا تماس مستقیم برقرار گردد. همچنین توصیه می شود اپراتور هنگام اندازه گیری، پراب را بدون زاویه و با فشار یکنواخت روی سطح قرار دهد تا امواج به صورت عمود وارد ماده شوند.
خطا در کالیبراسیون دستگاه
کالیبراسیون دقیق، اساس عملکرد صحیح هر دستگاه اندازه گیری است. اگر ضخامت سنج التراسونیک به درستی کالیبره نشده باشد، حتی در شرایط ایده آل هم نتایج اشتباه خواهد بود.
علت بروز خطا کالیبراسیون
دلیل اصلی این نوع خطا، تنظیم نادرست سرعت صوت در دستگاه است. هر ماده، سرعت مشخصی برای عبور امواج فراصوت دارد و اگر دستگاه برای ماده ی اشتباه تنظیم شود، مقدار ضخامت به صورت اشتباه نمایش داده می شود.
برای مثال، اگر دستگاه روی سرعت صوت فولاد (۵۹۰۰ متر بر ثانیه) تنظیم شده باشد ولی قطعه از آلومینیوم (با سرعت حدود ۶۳۰۰ متر بر ثانیه) باشد، عدد خوانده شده ضخیم تر از مقدار واقعی خواهد بود.
همچنین، تغییرات دمای محیط یا فرسودگی پراب می تواند باعث انحراف در نتایج شود. در بسیاری از موارد، اپراتورها از نمونه ی مرجع برای کنترل صحت قرائت استفاده نمی کنند که این موضوع خود منبع اصلی خطاست.
راه حل عملی برای رفع خطای کالیبراسیون
برای رفع خطا دستگاه ضخامت سنج التراسونیک در زمینه ی کالیبراسیون، لازم است پیش از هر اندازه گیری، دستگاه با استفاده از بلوک استاندارد (Reference Block) کالیبره شود. این بلوک ها از همان جنسی هستند که قرار است اندازه گیری شوند و ضخامت دقیق آن ها مشخص است.
اپراتور باید دستگاه را طوری تنظیم کند که مقدار خوانده شده با مقدار واقعی بلوک برابر شود. در محیط های گرم یا سرد، کالیبراسیون باید در همان دما انجام شود، زیرا سرعت صوت با تغییر دما دچار نوسان می شود. علاوه بر این، بررسی دوره ای پراب و کابل ها از نظر سلامت فیزیکی، بخشی از فرآیند نگهداری پیشگیرانه است که دقت دستگاه را حفظ می کند.
خطا وجود پوشش یا رنگ ضخیم روی سطح
در بسیاری از صنایع، لوله ها و مخازن با رنگ یا پوشش های محافظ پوشانده می شوند تا در برابر خوردگی مقاوم تر باشند. اما همین پوشش ها می توانند عامل خطا در اندازه گیری ضخامت واقعی فلز زیرین شوند.
علت بروز خطا
امواج اولتراسونیک هنگام عبور از سطح رنگ شده، ابتدا بخشی از انرژی خود را در لایه ی رنگ از دست می دهند. در نتیجه، دستگاه ممکن است بازتاب ناشی از مرز بین رنگ و فلز را به جای بازتاب از سطح پشتی فلز تفسیر کند. این موضوع باعث می شود عدد ضخامت بیش از مقدار واقعی نمایش داده شود.
همچنین ضخامت ناهمگون رنگ در نقاط مختلف باعث نوسانات خوانش می شود. در مواردی که رنگ دارای حباب یا حفره است، بازتاب های کاذب به وجود آمده و سیگنال اصلی دچار اعوجاج می شود.
راه حل عملی
برای رفع خطا دستگاه ضخامت سنج در این حالت، بهترین روش استفاده از دستگاه های دارای قابلیت “Coating Mode” یا “Echo-to-Echo” است. این حالت باعث می شود دستگاه، بازتاب ناشی از لایه ی رنگ را نادیده گرفته و تنها فاصله بین دو مرز فلزی را اندازه گیری کند.
در صورتی که دستگاه فاقد این قابلیت باشد، باید رنگ در نقطه ی اندازه گیری برداشته شود تا پراب مستقیماً روی سطح فلز قرار گیرد. علاوه بر این، استفاده از پراب های دو المانه (Dual Element Probe) می تواند به کاهش اثر پوشش کمک کند.
خطای انتخاب نادرست پراب (Probe)
پراب، قلب عملکرد ضخامت سنج التراسونیک است و انتخاب نوع نامناسب آن می تواند منجر به خطاهای جدی شود. هر پراب برای محدوده ی خاصی از ضخامت، دما و نوع ماده طراحی شده است.
علت بروز خطا
یکی از رایج ترین اشتباهات اپراتورها، استفاده از پراب با فرکانس نامتناسب است. پراب های فرکانس بالا (۵ تا ۱۰ مگاهرتز) دقت بیشتری دارند اما در مواد ضخیم یا زبر، سیگنال آن ها به سرعت تضعیف می شود. در مقابل، پراب های فرکانس پایین (۲ تا ۲.۵ مگاهرتز) قدرت نفوذ بیشتری دارند ولی رزولوشن پایین تری ارائه می دهند.
اگر از پراب نامناسب استفاده شود، سیگنال بازتابی به درستی تشخیص داده نمی شود و عدد ضخامت ناپایدار یا اشتباه نمایش داده خواهد شد. همچنین، در محیط های گرم یا مرطوب، پراب های معمولی ممکن است آسیب ببینند و دقت دستگاه را کاهش دهند.
راه حل عملی
برای رفع خطا دستگاه ضخامت سنج ناشی از پراب، باید نوع آن متناسب با جنس و ضخامت قطعه انتخاب شود. برای مواد ضخیم یا زنگ زده، پراب های دو المانه با فرکانس پایین بهترین گزینه هستند، در حالی که برای قطعات نازک و صیقلی باید از پراب های تک المانه با فرکانس بالا استفاده شود.
در دماهای بالا، استفاده از پراب های مقاوم حرارتی ضروری است تا کریستال پیزوالکتریک دچار تغییر فاز نشود. همچنین توصیه می شود پراب ها به طور دوره ای بررسی و در صورت مشاهده ی ترک یا خط خش، تعویض شوند.
خطای تضعیف یا اعوجاج سیگنال در مواد خاص
در برخی مواد مانند چدن، آلیاژهای ریختگی یا کامپوزیت ها، امواج صوتی رفتار متفاوتی دارند و ممکن است تضعیف یا پراکنده شوند. این ویژگی ذاتی مواد باعث بروز خطا در اندازه گیری ضخامت می شود.
علت بروز خطا
مواد ناهمگن دارای ساختار دانه ای یا تخلخل داخلی هستند که باعث پراکندگی و جذب بخشی از امواج صوتی می شود. در نتیجه، سیگنال بازتابی ضعیف یا چندگانه به آشکارساز بازمی گردد. در این حالت دستگاه ممکن است سیگنال اشتباهی را به عنوان بازتاب اصلی تفسیر کند.
در موادی مانند فایبرگلاس یا پلاستیک های تقویت شده، اختلاف چگالی در لایه ها باعث انکسار امواج و خطای اندازه گیری می شود. همچنین در چدن خاکستری به دلیل وجود گرافیت در ساختار، جذب امواج بسیار زیاد است و دستگاه نمی تواند سیگنال برگشتی واضحی دریافت کند.
راه حل عملی
برای رفع خطا دستگاه ضخامت سنج در مواد خاص، باید از پراب های مخصوص طراحی شده برای آن ماده استفاده کرد. به عنوان مثال، پراب های فرکانس پایین برای چدن و مواد دانه درشت عملکرد بهتری دارند.
در برخی موارد، لازم است سرعت صوت ماده با استفاده از نمونه ی مرجع همان جنس تعیین و در دستگاه وارد شود. علاوه بر آن، استفاده از کوپلنت های با چگالی بالا مانند گلیسیرین یا ژل های صنعتی باعث بهبود انتقال امواج در این مواد می شود.
در صورت وجود چند بازتاب در نمایشگر دستگاه، اپراتور باید سیگنال صحیح را با مقایسه ی شکل موج در حالت A-Scan تشخیص دهد. آموزش دقیق نحوه ی تفسیر سیگنال، بخش مهمی از فرآیند جلوگیری از خطا در مواد ناهمگن است.
سخن پایانی
ضخامت سنج های التراسونیک ابزارهایی دقیق و کاربردی هستند، اما عملکرد صحیح آن ها به عوامل متعددی بستگی دارد. کوچک ترین خطا در انتخاب پراب، تنظیم سرعت صوت یا کیفیت تماس می تواند باعث بروز خطای چشمگیر در نتایج شود. شناخت این عوامل و اجرای روش های رفع خطا دستگاه ضخامت سنج به اپراتورها کمک می کند تا نتایج دقیق تر، قابل تکرار و قابل اعتماد به دست آورند.
با انجام کالیبراسیون منظم، انتخاب صحیح تجهیزات جانبی، استفاده از کوپلنت مناسب و تحلیل دقیق سیگنال ها، می توان از بروز اغلب خطاها جلوگیری کرد. در نهایت، آموزش تخصصی اپراتور و رعایت استانداردهای NDT، تضمین کننده ی دقت اندازه گیری در آزمون های صنعتی است.
سوالات متداول رفع خطا دستگاه ضخامت سنج
- آیا دما بر دقت ضخامت سنج التراسونیک تأثیر دارد؟
بله، تغییر دما باعث تغییر سرعت صوت در ماده می شود و در صورت عدم اصلاح آن، خطای اندازه گیری ایجاد می شود. - چه زمانی باید دستگاه ضخامت سنج را دوباره کالیبره کنیم؟
هر بار که ماده یا شرایط محیطی تغییر کند، یا اگر نتایج غیرمنطقی مشاهده شود، باید کالیبراسیون مجدداً انجام شود. - بهترین روش برای تشخیص خطا در نتایج چیست؟
مقایسه نتایج با نمونه ی مرجع و تحلیل شکل موج در حالت A-Scan بهترین روش برای تشخیص خطا و اصلاح آن است.
