ضخامتسنجی اولتراسونیک یکی از دقیقترین روش‌ها برای اندازهگیری ضخامت مواد مختلف، به ویژه فلزات، پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها است. این روش در صنایع مختلف مانند نفت و گاز، نیروگاه‌ها، کشتی‌سازی، خودروسازی و هوافضا برای کنترل کیفیت، پایش خوردگی، یا تعمیرات پیشگیرانه به کار می‌‌رود. دستگاه ضخامتسنج التراسونیک با ارسال و دریافت امواج فراصوتی، ضخامت مواد را بدون نیاز به تخریب یا سوراخ‌‌کاری اندازهگیری میکند.
با وجود دقت بالای این فناوری، گاهی در فرآیند اندازهگیری خطاهایی رخ میدهد که می‌تواند نتایج را تحت تأثیر قرار دهد و باعث تصمیم‌گیری نادرست در فرآیندهای صنعتی شود. در این مقاله، با هدف ارتقاء دقت در ضخامتسنجی، به بررسی دقیق خطاهای دستگاه ضخامتسنج التراسونیک، علل ایجاد آن‌ها و راهکارهای کاهش خطا می‌پردازیم.
ضخامتسنج التراسونیک چیست و چگونه کار می کند؟
دستگاه ضخامتسنج التراسونیک یک ابزار غیر مخرب (NDT) است که با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا، ضخامت اجسام را اندازهگیری میکند. این دستگاه از یک پروب (transducer) برای ارسال پالس صوتی و دریافت بازتاب آن استفاده میکند. زمان رفت و برگشت موج درون ماده اندازهگیری شده و با توجه به سرعت صوت در آن ماده، ضخامت محاسبه می‌شود.
اجزای اصلی دستگاه:
- پروب یا ترنسدیوسر: فرستنده و گیرنده امواج اولتراسونیک
- نمایشگر دیجیتال: نشان‌‌دهنده عدد ضخامت یا نمودار A-Scan
- مدار پردازنده: محاسبه زمان و تبدیل آن به ضخامت
- ماده کوپلنت: برای انتقال بهتر امواج بین پروب و سطح قطعه
روش‌های اندازهگیری:
| Pulse-Echo | پرکاربردترین روش که از انعکاس پالس از سطح پشتی قطعه استفاده میکند. |
| Through-Transmission | در قطعات خاص که امکان دسترسی به دو طرف آن وجود دارد. |
| Echo-Echo | برای عبور از پوشش یا رنگ بدون حذف آن از سطح. |
دستگاه‌های ضخامتسنج التراسونیک برای طیف وسیعی از مواد مانند فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم، پلاستیک، سرامیک و غیره مناسب هستند. با این حال، برای کسب نتایج دقیق باید به اصول استفاده و شرایط محیطی توجه ویژه داشت.
اهمیت دقت در ضخامتسنجی با دستگاه التراسونیک
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، چند میلی‌متر اختلاف در ضخامت یک قطعه می‌تواند تفاوت بین ایمنی و خطر را تعیین کند. بنابراین دقت اندازهگیری در ضخامتسنجی اهمیتی حیاتی دارد.
دلایل اهمیت دقت:
- پایش خوردگی و فرسایش لوله‌ها: ضخامت کمتر از حد مجاز می‌تواند منجر به نشت یا انفجار شود.
- کنترل کیفیت جوش و قطعات تولیدی: جلوگیری از رد شدن قطعات معیوب
- افزایش عمر تجهیزات: تشخیص زود هنگام کاهش ضخامت باعث تعمیر به موقع می شود.
- کاهش هزینه‌ها: از تعمیرات اضطراری و خسارات ناشی از خرابی ناگهانی جلوگیری می‌شود.
در صورتی که دستگاه به درستی کالیبره نشده باشد، یا شرایط محیطی مناسب نباشد، نتایج به دست آمده از ضخامتسنج ممکن است با واقعیت فاصله داشته باشد. در چنین شرایطی، بررسی خطاهای دستگاه ضخامتسنج التراسونیک ضروری می‌شود.
خطاهای رایج در حین کار با دستگاه ضخامتسنج با التراسونیک
در فرآیند ضخامتسنجی با امواج فراصوت، عوامل متعددی می‌توانند موجب بروز خطا و نتایج نادرست شوند. شناخت این خطاها به شما کمک میکند تا دقت کار را افزایش دهید.
1. انتخاب اشتباه سرعت صوت
هر ماده دارای سرعت صوت خاصی است. انتخاب عدد نادرست باعث اندازهگیری اشتباه ضخامت می‌شود. مثلاً فولاد حدود ۵۹۲۰ m/s و آلومینیوم حدود ۶۳۲۰ m/s است.
2. استفاده نادرست از کوپلنت
عدم استفاده صحیح از ژل یا روغن انتقال‌دهنده امواج ممکن است موجب بازتاب ناقص یا از بین رفتن سیگنال شود.
3. زاویه ناصحیح پروب
اگر پروب به صورت عمودی روی سطح قرار نگیرد، مسیر موج طولانی‌تر شده و ضخامت بیشتر از حد واقعی نشان داده می‌شود.
4. وجود زبری یا رنگ روی سطح
پوشش رنگی، زنگ‌زدگی یا سطح ناهموار باعث تضعیف سیگنال و بازتاب نادرست می‌شود.
5. تداخل با لایه‌های دیگر
در قطعات چندلایه یا دارای پوشش، بازتاب امواج از لایه‌های میانی باعث اندازهگیری غلط می‌شود مگر با استفاده از حالت Echo-Echo .
6. کالیبراسیون نادرست دستگاه
استفاده نکردن از بلوک‌های مرجع یا تنظیم نادرست دستگاه یکی از دلایل رایج خطای اندازهگیری است.
7. دمای قطعه
افزایش دمای ماده باعث افزایش سرعت صوت و در نتیجه کاهش ضخامت خوانده شده می‌شود.
8. ضخامت کمتر از حد مجاز برای دستگاه
اگر قطعه نازک‌تر از محدوده قابل اندازهگیری دستگاه باشد، دستگاه یا عددی غیر واقعی نشان میدهد یا اروری ظاهر می‌شود.
راهکارهای کلی برای کاهش خطاهای دستگاه ضخامتسنج التراسونیک
برای به حداقل رساندن خطاهای دستگاه ضخامت سنج التراسونیک و افزایش دقت در اندازهگیری، توصیه می‌شود نکات زیر رعایت شوند:
کالیبراسیون دقیق و منظم
- استفاده از بلوک‌های مرجع با ضخامت‌های مشخص
- کالیبره کردن دستگاه قبل از شروع هر پروژه یا در هر نوبت کاری
انتخاب صحیح سرعت صوت
- انتخاب سرعت دقیق براساس نوع ماده
- استفاده از جداول استاندارد یا دفترچه راهنمای دستگاه
آماده‌سازی سطح
- پاک‌سازی سطح از رنگ، چربی یا زنگ‌زدگی در صورت نیاز
- استفاده از حالت‌های پیشرفته دستگاه برای عبور از پوشش
استفاده صحیح از ژل کوپلنت
- استفاده از ژل مناسب با دمای محیط و جنس قطعه
- عدم استفاده از روغن‌های غیر مجاز که ممکن است باعث خطا شوند
آموزش اپراتور
- آموزش تخصصی برای تفسیر داده‌ها، شناسایی سیگنال‌های نادرست و استفاده از دستگاه در حالات مختلف
تکرار اندازهگیری در چند نقطه
- میانگین‌گیری از چند نقطه برای افزایش دقت
- بررسی نقاط مشکوک با دستگاه دیگر یا روش‌های جایگزین
توجه به دما
- اندازهگیری در دمای محیط یا اعمال ضرایب تصحیح برای دماهای بالا یا پایین
استفاده از دستگاه‌های حرفه‌ای با امکانات تحلیلگر
- انتخاب مدل‌هایی با نمایش A-Scan یا B-Scan برای تحلیل دقیق‌تر
- ذخیره اطلاعات و بررسی مجدد در نرم‌افزارهای تخصصی
نتیجه گیری
ضخامتسنجی با روش التراسونیک، اگر به درستی انجام شود، یکی از دقیقترین و قابل اعتمادترین روش‌های غیرمخرب برای اندازهگیری ضخامت است. با این حال، همان‌طور که در این مقاله بررسی شد، خطاهای دستگاه ضخامتسنج التراسونیک می‌تواند ناشی از عوامل متعددی از انتخاب اشتباه پارامترها گرفته تا شرایط محیطی نامناسب یا عدم دقت اپراتور باشد.
برای دستیابی به نتایج صحیح و کاهش ریسک خطا، لازم است اپراتورها به دستگاه، ماده مورد بررسی، و شرایط محیطی تسلط کامل داشته باشند. رعایت اصول استاندارد، کالیبراسیون دقیق و استفاده از دستگاه‌های حرفه‌ای، می‌تواند به میزان زیادی این خطاها را کاهش دهد.
سوالات متداول
- آیا ضخامتسنج التراسونیک فقط برای فلزات کاربرد دارد؟
خیر، این دستگاه برای مواد غیر فلزی مانند پلاستیک، سرامیک و کامپوزیت نیز قابل استفاده است، البته با در نظر گرفتن سرعت صوت مختص هر ماده.
- تفاوت حالت Pulse-Echo و Echo-Echo در چیست؟
در Pulse-Echo، ضخامت از سطح تا انتهای قطعه محاسبه می‌شود؛ در حالی که Echo-Echo می‌تواند پوشش یا رنگ سطح را حذف کرده و فقط ضخامت زیرلایه را اندازهگیری کند.
- آیا می‌توان بدون ژل کوپلنت از دستگاه استفاده کرد؟
خیر، ژل نقش انتقال‌دهنده امواج را ایفا میکند و استفاده نکردن از آن باعث قطع سیگنال یا خطا در اندازهگیری می‌شود.
- چگونه می‌توان متوجه شد که دستگاه اشتباه اندازهگیری میکند؟
در صورت نمایش اعداد غیر منطقی، کاهش ناگهانی ضخامت، یا سیگنال ضعیف، احتمال وجود خطا وجود دارد. در این صورت باید کالیبراسیون و شرایط اندازهگیری بررسی شود. - عمر مفید دستگاه ضخامتسنج التراسونیک چقدر است؟
در صورت نگهداری صحیح، این دستگاه‌ها می‌توانند بین ۵ تا ۱۰ سال عملکرد دقیقی داشته باشند. پروب‌ها ممکن است زودتر نیاز به تعویض داشته باشند.