تست التراسونیک آرایه فازی (PAUT)¹.
بسیاری از مردم با کاربرد تصویر فراصوتی در علم پزشکی آشنا هستند. در این روش امواج صوتی به منظور ایجاد تصاویر با کیفیتی از اعضاء داخلی بدن انسان به کار گرفته میشود. سونوگرامهای پزشکی توسط پرابهای چند المانه تحت عنوان آرایه های فازی به همراه سخت افزار و نرم افزار مربوطه پدید می آیند اما کاربردهای تکنولوژی آرایه فازی به تشخیص پزشکی محدود نمی گردد.
شکل 1: آرایه های فازی به کار رفته در تشخیص پزشکی
در سالهای اخیر سیستمهای آرایه فازی کاربرد صنعتی روزافزونی در ارایه سطوح جدیدی از داده های حاصل از آزمون فراصوت و روشهای نمایش آن در زمینه های بازرسی جوش، آزمون چسبندگی، نمایه ضخامت و شناسایی ترک حین سرویس دارند.
دستگاههای تجاری فراصوت تا سالها از مبدلهای تک المانه با یک کریستال پیزوالکتریک به منظور تولید و دریافت امواج صوت مبدل های دو المانه با کریستالهای ارسال کننده و دریافت کننده و یا جفت مبدل شامل دو مبدل تک المانه، یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت روش فرستادن گرفتن و روش عبور کامل ).
این شیوه ها هنوز هم به طور گسترده در دستگاههای تجاری موجود شناسایی عیوب و ضخامت سنجی به کار می روند اما روش آرایه فازی امروزه به مهم ترین روش در عرصه بازرسی غیر مخرب فراصوتی تبدیل شده است.
اصل برهم کنش سازنده و مخرب امواج² توسط دانشمند انگلیسی توماس یونگ در سال 1801 بر اساس الگوهای تداخلی دو منبع نقطه ای نور نشان داده شد بر مبنای این اصل موجهای هم فاز یک دیگر را تقویت کرده و موجهای غیر هم فاز یک دیگر را خنثی می کنند.
شکل 2: الگوی تداخلی منبع دو نقطه ای
بیشینه فشار= 🔴
کمینه فشار= 🔵
جابجایی فاز³ یا فازی کردن⁴ در واقع روشی برای کنترل این برهم کنشها از طریق جابجایی زمان⁵ جبهه موج⁶ تشکیل شده از دو یا چند منبع است؛ از این طریق میتوان به خمش هدایت با تمرکز انرژی جبهه موج مبادرت نمود.
مبدل های فراصوت اغلب شامل یک المان فعال هستند که تولید و دریافت امواج صوتی بسامد بالا را بر عهده دارند یا دو المان جفت شده که یکی ارسال و دیگری دریافت کننده است. در مقابل پرابهای آرایه فازی شامل مجموعه ای از مبدل ها به تعداد 16 تا 256 المان کوچک است که هر یک میتوانند به طور مستقل ارسال و دریافت داشته باشند.
شکل 3: نحوه کارکرد پراب التراسونیک معمولی و Phased Arrey
بر خلاف عیب یابهای معمولی سیستم آرایه فازی توانایی حرکت دادن باریکه موج در گستره ای از زاویه ها یا یک مسیر خطی یا تمرکز پویا در عمقهای مختلف را داشته و از این رو قابلیت و انعطاف پذیری بازرسی را افزایش داده است.
مزایا:
- سیستمهای آرایه فازی توانایی به کارگیری در موقعیتهایی که توسط عیب یابهای فراصوت معمولی مورد بازرسی قرار می گرفتند را دارا میباشد.
- بازرسی جوش و ترک یابی مهمترین کاربردهای این روش بوده و این آزمونها در طیف گسترده ای از صنایع از جمله هوا فضاء تولید برق پتروشیمی و نفت و گاز تولید شمش و مقاطع فلزی ساخت و نگهداری خطوط لوله، فلزات ساختمانی و تولیدات عمومی دارای اهمیت ویژه میباشند.
- آرایه های فازی در بررسی خوردگی به خوبی نمایه ضخامت باقی مانده دیواره را ترسیم می نماید و برای بازرسی قطعات با شکل پیچیده مناسب می باشند.
- در موقعیت هایی که رویش مکانیکی با محدودیت مواجه است حرکت ناچیز پراب و همچنین قابلیت حرکت باریکه بدون نیاز به جابجایی پراب به بازرسی قطعات کمک میکند.
- قابلیت تمرکز در عمق های مختلف توانایی اندازه گیری عیوب بحرانی در بازرسی از حجم را افزایش می دهد.
- سرعت بالا در بازرسی
- در اختیار داشتن یک سند دائمی از کلیه مراحل بازرسی و اسکن
- به دلیل نفوذ زیاد صوت، امکان بازرسی قطعات ضخیم میسر می باشد.
معایب
- از معایب سیستم های آرایه فازی قیمت نسبتاً بالا و نیاز به کاربر آموزش دیده است. اگرچه این هزینه ها در مقابل طیف گسترده قابلیت ها و صرفه جویی در زمان بازرسی قابل چشم پوشی می باشد.
- تنها برای موادی که قابلیت عبود صوت از آن ها وجود دارد قابل استفاده است.
استاندارد مرجع:
- ASME Sec. V -Article 4
- ASTM E2700
منابع:
کاوه پوررضا، آزمون آرایه فبزی تئوری مقدمبتی برای کبربردهبی صنعتی و CODE CASE 2235-10
علیرضا صوفیی زاده، احسان هدایت، محسن کشفی، نگاه نافذ 1394، نشریه انجمن شرکت های بازرسی فنی و آزمون های غیر مخرب ایران شماره 24، 25 و 26، بازرسی غیر مخرب به روش Phased Arrey
- Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT)
- Constructive and destructive Interaction of Waves
- Phase-Shifting
- Phasing
- Time-Shifting
- Wave Front