هر دو روش تست اولتراسونیک (UT) و آکوستیک امیشن (AE) از اصول فیزیکی یکسانی پیروی می‌کنند. اما در واقع شرایط عملکردی و موارد استفاده متفاوتی در صنعت تست‌های غیرمخرب و پایش وضعیت سازه دارا می‌باشند. در این مطلب مقایسه‌ای مابین این دو روش انجام می‌پذیرد.
اصول عملکردی
الف) اولتراسونیک :
تست اولتراسونیک از امواج صوتی با فرکانس بالا (معمولاً 500 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتز) برای یافتن عیوب در مواد یا اندازه‌گیری ضخامت آنها استفاده می‌کند. در تست اولتراسونیک، بازرس از یک پراب یا نوع دیگری مبدل برای ارسال امواج صوتی از طریق موادی که می‌خواهد تست کنند، استفاده می‌کند. اگر هیچ عیبی در ماده وجود نداشته باشد، امواج صوتی از آن عبور می‌کنند، اما اگر امواج صوتی به نقصی برخورد کنند، از آن خارج می‌شوند که نشان دهنده وجود عیب در آن است. بدین ترتیب بازرسان می‌توانند از سیگنال امواج صوتی برای ایجاد تصاویر دو بعدی و سه بعدی از مواد و تعیین فاصله بین عیوب مختلف موجود در آن استفاده کنند.
شکل 1: قاعده کلی آزمون اولتراسونیک
ب) آکوستیک امیشن :
تست آکوستیک امیشن یک روش بازرسی است که از انتشار امواج تنشی الاستیک برای شناسایی عیوب در مواد استفاده می‌کند. این امواج تنشی از منبع خارجی وارد نمی‌شوند (همانطور که در تست اولتراسونیک هستند)، بلکه از درون ماده‌ای که بازرسی می‌شود منشاء می‌گیرند. محدوده فرکانسی که معمولاً برای آزمایش آکوستیک امیشن استفاده می‌شود 20 کیلوهرتز (KHZ) تا 1 مگاهرتز (MHZ) است. انتشارات آکوستیک زمانی اتفاق می‌افتد که یک ماده تحت تنش قرار می‌گیرد؛ چه به دلیل نگه داشتن بار سنگین یا در اثر دمای شدید.
در آکوستیک امیشن، بازرس امواج تنش الاستیک را که از سطح یک ماده جامد عبور می‌کنند، با استفاده از یک یا چند سنسور ثبت می‌کند. هنگامی که یک موج صوتی بر روی یا از سطح یک جسم حرکت می‌کند، هر نقصی که با آن مواجه شود می‌تواند آن موج را هم از نظر سرعت و هم از نظر دامنه تغییر دهد. بدین ترتیب بازرسان برای شناسایی وجود نقص به دنبال این تغییرات هستند. همچنین، این انتشارات معمولاً با نوعی نقص یا آسیب وارد شده به ساختاری که آنها را منتشر می‌کند مطابقت دارد. این آسیب همان چیزی است که بازرسان هنگام انجام آزمایش آکوستیک امیشن به دنبال آن هستند.
شکل 2: آزمون آکوستیک امیشن
منابع آکوستیک امیشن می‌تواند شامل موارد زیر باشد :
- تبدیل فاز
- استرس حرارتی
- خنک کردن ترک
- ذوب شدن
- شکست باند و/یا فیبر
کاربردها
الف) اولتراسونیک :
تست اولتراسونیک کجا استفاده می‌شود؟
اصل اساسی تست اولتراسونیک استفاده از صدا برای بررسی ضخامت یک ماده در نقاط مختلف است. اندازه‌گیری ضخامت اولتراسونیک می‌تواند به بازرسان کمک کند تا عیوبی مانند ترک‌های ریز، شکاف‌ها، خوردگی یا سایر عیوب در موادی را پیدا کنند که برای مشاهده سایر روش‌های NDT بسیار کوچک هستند. همچنین میتوان از آن برای یافتن خوردگی استفاده کرد. اگر یک ناحیه نازک‌تر از ناحیه دیگر باشد، می‌تواند نشانه‌ای از خوردگی منطقه باشد و ممکن است نیاز به تعمیر و نگهداری داشته باشد. علاوه بر فلز، تست اولتراسونیک همچنین می‌تواند برای بازرسی پلاستیک، کامپوزیت و سرامیک استفاده شود. همچنین میتوان از آن برای تست بتن استفاده کرد، اما یافته‌ها ممکن است چندان قابل اعتماد نباشند.
شکل 3: دستگاه تست اولتراسونیک که قرائت را نشان می دهد.
برخی از تجهیزاتی که معمولاً با استفاده از تست اولتراسونیک بازرسی می‌شوند، عبارتند از :
- فلرها
- توربین های بادی
- مخازن ذخیره سازی
همچنین ازبین صنایعی که معمولاً از تست اولتراسونیک به عنوان بخشی از روش‌های بازرسی خود استفاده می‌کنند، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- هوافضا
- خودرو
- الکترونیک و باتری
- فلزات و ریخته گری
- نفت و گاز
- تولید برق
- راه آهن
ب) آکوستیک امیشن :
از لحاظ تاریخی، آکوستیک امیشن به دلیل هزینه‌های بالای مربوط به آن، تنها برای بازرسی و نگهداری سازه‌های گران قیمت استفاده می‌شده است. اما پیشرفت‌های جدید به کاهش هزینه تجهیزات آکوستیک امیشن کمک کرده و امروزه برای بسیاری از برنامه‌های بازرسی در دسترس‌تر می‌باشد. علاوه بر این، یکی از مزیت‌های اصلی آن برای بازرسان این است که به بازرسان اجازه می‌دهد تا یک سازه یا تجهیز را برای عیوب در کل تاریخ سرویس‌دهی (بدون آسیب رساندن به آن) تست کنند.
بازرسان معمولاً از AE برای تست موارد زیر استفاده می‌کنند :
- خوردگی – بر روی سطوح انواع مختلف مواد
- عیوب – برای نظارت و تشخیص انواع عیوب
- نشتی – در سیستم های لوله یا مخازن ذخیره سازی
- تخلیه جزئی – تجهیزات الکتریکی در معرض ولتاژ بالا
به طور خاص برای الیاف، AE معمولا برای تست ترک خوردگی، خوردگی، لایه لایه شدن و شکستگی استفاده می‌شود.
همچنین یکی از برنامه‌های کاربردی جدید و جالب برای آکوستیک امیشن استفاده از آن برای شناسایی زمین لرزه ها قبل از وقوع واقعی است، اما این برنامه همچنین در مراحل اولیه توسعه است.
برخی از رایج‌ترین برنامه‌های کاربردی تست آکوستیک امیشن عبارتند از :
- تخمین طول عمر هواپیما
- بازرسی پل
- بازرسی پایداری دیوار معدن
- نظارت بر خوردگی بتن
- بازرسی یکپارچگی سازه
- بازرسی مخازن تحت فشار
مزایا
الف) اولتراسونیک :
مزایای اصلی استفاده از تست اولتراسونیک در بازرسی‌ها عبارتند از :
- نتایج فوری هستند.
- عملیات تست به آماده‌سازی زیادی نیاز ندارد.
- تست اولتراسونیک می تواند عیوب را هم روی سطح و هم در زیر سطح یک ماده تشخیص دهد.
- میتوان آن را در یک طرف سطح انجام داد (یعنی میتوان آن را انجام داد حتی اگر نتوانید به طرف دیگر تجهیزات دسترسی داشته باشید).
- میتوان آن را خودکار کرد.
- نتایج آزمایش را میتوان به سادگی به اشتراک گذاشت.
ب) آکوستیک امیشن :
تست آکوستیک امیشن یک روش NDT محبوب است زیرا می‌تواند مکانیسمهای خرابی را بصورت آنلاین (حین سرویس) ردیابی و مانیتور کند؛ اما این تنها یکی از دلایلی است که بازرسان معمولاً از آن برای جستجوی عیوب در یک ماده استفاده می‌کنند.
مهمترین مزایای تست آکوستیک امیشن عبارتند از :
- امکان بررسی وضعیت مکانیسم های شکست را به صورت آنلاین فراهم می‌آورد.
- از حساسیت بالایی برخوردار است.
- بلافاصله داده‌ها را ارائه می‌دهد.
- این قابلیت را دارد تا یک سازه از فاصله دور نظارت گردد.
- میتوان از آن در محیط های خطرناک استفاده کرد؛ از جمله محیط هایی که دارای فشار بالا هستند، تحت تشعشعات قرار می‌گیرند یا دمای بالایی دارند.
- میتوان عیوب موادی را که ممکن است آزمایش آنها با استفاده از روش های دیگر NDT دشوار باشد، تشخیص داد.
جمع بندی
اگرچه هم تست آکوستیک و هم تست اولتراسونیک از امواج اولتراسوند استفاده می‌کنند، اما روش‌های بازرسی مجزایی هستند.
در روش تست آکوستیک امیشن (AE)، بازرسان به انتشارات صوتی ناشی از عیوب موجود در یک ماده گوش می‌دهند. آکوستیک امیشن به طور خاص برای شناسایی بارگذاری بیش از حد سازه مفید است؛ همچنین، این روش تنها روش NDT است که می‌تواند در طول ساخت سازه برای پایش فرآیندهای ساخت مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، نیازی به استفاده از انرژی خارجی ندارد (برخلاف تست اولتراسونیک)؛ زیرا خود ماده یا ساختار تحت تست انتشار صوتی را آزاد می‌کند.
در روش تست اولتراسونیک (UT)، بازرسان امواج اولتراسونیک را از طریق ساختار مواد یا سازه ها از یک منبع خارجی ارسال می‌کنند. اگر امواج قطع شود، این نشان دهنده وجود عیب در موقعیت قطع امواج خواهد بود.
