Tahribatsız test yöntemleri Ultrasonik Muayene

Kullanım alanları Boyut ölçümü:Darbe-yankı metoduna göre dalgaların gidip gelme süresinden boy ve kalınlık ölçümü yapılabilir. Sıcaklığa bağlı boyut değişiminin sıcaklığa göre kalibre edilmesiyle sıcaklık değişimi de belirlenebilir. Malzemelerin özelliklerinin tayini: Sertlik ölçümü: Sertliği bilinen belli numuneler ile cihazın skalası kalibre edilir. Sonrasında rezonans frekansına göre malzemenin sertliği belirlenir. Rezonans frekansı sertlik derecesine bağlıdır. Malzemenin metalorojik yapısının incelenmesi (tane büyüklüğü, kalıntılar..) Elastik katsayıların tayini (Yaung’s modülü, poisson oranı..) İç gerilmelerin belirlenmesi Kalıp kumundaki nem oranının belirlenmesi Beton kalitesinin tayini Hataların saptanması Diğer kullanımları: Gebelik kontrolü, kör bastonu, denizaltı sonar sistemleri, uzaktan kumandalar, ses ötesiyle plastik kaynağı, ses ötesiyle temizleme, böbrek taşlarının kırılması

Ultrasonik dalgalar hakkında genel bilgiler Ses ötesi insanın işitemedeği ses dalgalarıdır. İnsan 16-20000 Hz aralığındaki ses dalgalarını işitebilir. 20 kHz -25000 kHz arası dalgalar ultrasonik (ses ötesi) dalgalardır. Ses ötesi dalga malzemenin atomik yapısını titreştirerek atomun yanındaki atomu titreştirmesine neden olur. Bu şekilde dalga malzeme içinde yayılır. Elastik şekil değişimi vardır. Ses ötesinin şiddeti (enerjisi): I=0.5*W*(w*A)^2 W akustik empedans (sese karşı gösterilen direnç) W=Ro*c c yayınım hızı (m/sn)=frekans(Hz)*dalga boyu(m) (c, malzemeye veya dalga yayınım şekline göre değişir) Ro yoğunluk (kg/m^3) Omega (w) frekans, A titreşim genliği Ses basıncı : P=W*w*A Akustik enerji basınç ilişkisi: I=0.5*(P^2)/w Bir atomun malzeme içinde belli bir periyotta titreşmesi diğer atomlarıda etkilediğinden malzeme içinde bir dalga hareketi olur. Atomlar arası etkileşim yaylarla modellenirse, bu yayların sıkışma ve genişleme durumlarının atomlar arasında iletimi dalga hareketidir.

Kullanılan 3 dalga çeşidi Boyuna dalga :Dalga yayınımı titreşim doğrultusundadır. Atomlar arası mesafe boyuna değişir. Normal problarla üretilirler. Kalınlık ölçümünde veya yüzeye paralel hataların tespitinde kullanılır. Malzeme içinde ilerleme hızı diğer dalgalardan fazladır. Katı, sıvı, gaz her türlü malzeme içinde yayılırlar. Yayınım hızı Enine dalga: Dalga yayınımı titreşim doğrultusuna diktir. Atomlar birbirine göre kayma hareketi yaptıkları için kayma gerilmeleri sayesinde hareket iletilir. Bu yüzden sadece katı ortamlarda hareket iletilir. Açısal problarlarla üretilirler. Dolayısıyla yüzeye paralel olmayan hatalar için kullanılabilir. Yüzey dalgası: Elips şeklinde daireler çizen titreşim doğrultusu yayınım doğrultusuna göre sürekli değişir. Yüzeyde ilerler. Yağlı bir parmakla dokunulduğunda yüzey dalgası yok edilir. Yani yüzey dalgası yağlı kirli yüzeylede ilerleyemez. Yüzey pürüzlülüğü de negatif etkendir. Spiral yaylarda yorulma çatlakları bulunabilir.

Ses Ötesi dalgaların ara yüzeylerdeki davranışı (Şinel kanunu) Titreşim ara yüzeylere geldiği zaman, yansır kırılır veya dalga dönüşümüne uğrar. Şinel kanunu: Gelen açının sinüsü ile kırılan veya yansıyan açının sinüsleri oranı akustik hızların oranına eşittir. Boyuna dalganın yansımasında ortam değişikliği olmadığı ve dalga hızı aynı olduğı için Yansıma açısı=gelen açıdır. Kırılma açısı hız oranına göre bulunur. Boyuna dalganın 90 derece ile gönderilmesi durumunda kırılma olmaz.

Malzeme içinde boyuna ve enine dalgaların ikisi birden oluşması istenmez. Kırılan dalgalardan açısı büyük olan en az 90 derece olmalıdır. Diğer dalga da 90 dereceden küçük olmalıdır. Yansıyan ve kırılan dalga miktarları akustik empedanslara bağlıdır. Çelik-hava ara yüzeyi için Y=1 K=0 dır. Yani ses ötesi yüzeyden sızmaz, olduğu gibi yansır. Çatlaktanda böyle yansır. Bu yüzden Probla malzeme arasındaki hava tabakası kaldırılmalıdır. Bunun için su, yağ, gres gibi ara malzemeler kullanılır. Ses ötesi sıvıdan geçebilir.

Prob elemanları Koaksial kablo:Elektriği ileten telin dışındaki sargılar teli dış etkilerden korur. Sönüm bloku: Reçine sünger karışımı bir malzemedir. Transduserin üst kısmın giden dalgayı sönümler. Sönüm bloku olmasaydı transdüserin üst kısmından yansıyan dalga ile malzemeden yansıyan dalga karışabilir. Muhafaza: paslanmaz çeliktendir. Taban bloku: Malzemeye giren dalgaların geç girmesine neden olarak yakın bölgelerdeki kusurların tespitini sağlar. Aşınmayı önler. Plexiglasstan yapılır. Açısal probda taban bloku açılıdır. Plexiglass tan yapıldığı için tiner alkol ve benzeri maddeler etki ettiğinde matlaşır.Bu yüzden sık temizleme yapmamak gerekir. Akustik zırh: Çift transduzerli problarda açılarak yayılan dalgalar birbirlerini etkilemesinler diye araya akustik zırh konur. Sık kullanılan prob çeşitleri: Daldırma probu (bir çeşit normal probtur.boyuna dalgalar üretir), Taban bloklu prob Çift transduzerli prob (ince cidarlı malzemelerin muayenesinde kullanılır)

Maksimum güç teoremi Birbirine bağlı olarak çalışan iki sistemin birirnin çıkış direnci diğerinin giriş direncine eşitse cihaz maksimum güçle çalışır. Direnç seviyeleri uyum bobinleriyle ayarlanarak ekranda maksimum genlikler elde edildiğinde cihaz maksimum güçtedir. Güç artışı akım yükselterek yapılıdığında tepeler dışındaki gürültü sinyallerinin genlikleri de artacağından sinyal karışır, verim düşer ve bazı frekanslardaki sinyaller kaybolur.

Prob kontrolü Taban blokunda bir çatlak varsa yansıyan sinyal ekranda hata olarak görünür ve bizi yanıltır. Bu yüzden: Prob boştayken ekran kontrol edilir. Ekranda sadece gidiş sinyali olmalıdır. Brob boştayken gönderilen dalga kontrol edilir. Sinyalin yayılma durumu olmamalıdır. Duyarlılık ve derinlik kontrolü yapılabilir. Bilinen yapay hatalar referans olarak kullanılır.

Ses ötesi demet üzerindeki enerji dağılımı Probtan çıkan dalgaların bir yakın alanı birde uzak alanı vardır. Yakın alan stabil değildir ve taban bloku içinde kalmalıdır. Yakın alanın uzunluğu ve uzak alanın genişlemesi prob çapı ve dalga boyuna bağlıdır. Yakın alan uzunluğu Uzak alan genişlemesi

İyi bir hata tespiti için Maksimum güç teoremine göre sinyali mümkün olduğu kadar daha az enerji ile ekrana yansıtılmalıdır Hatayı mümkün olduğunca dalga eksenine getirmeliyiz. Hata uzak alan içinde kalmalı fakat mümkün olduğu kadar yakın alana yakın olmalıdır. Kayıplar mümkün olduğu kadar minimum olmalıdır.

Kayıplar Demet genişlemesi: Aynı enerji daha geniş kesitte ilerlediğine göre uzaklaştıkça birim yüzeye düşen enerji azalır. Soğurulma: Atomlar arasındaki iletim sırasında sönüm kayıpları oluşur. Bu kayıp frekans yükseldikçe artar. Saçılma: Malzemedeki mikroskobik ara yüzeylerden (gözenek, yabancı kalıntı, ayrılmış faz…) sinyalin sağa sola yansımasıdır. Dalga boyu küçüldükçe ve tane büyüklüğü arttıkça saçılma fazlalaşır. Ara yüzey: Yüzey pürüzlülüğü, yüzey kirliliği, yüzeyin düzlem olmayışı, yüzeyde oksit veya boya olması, akustik film tabakasının cinsi homojen olmayışı kayıplarda etkilidir. Ses ötesinin şiddeti: x, katedilen yol, alfa sabit

Darbe yankı yöntemi Malzeme içine belli sayıda (5-15 gibi) dalga katarı gönderilip bırakılır. Bu dalga yok olduğunda sonraki katar gönderilir. Aşağı yukarı 12 gidip gelme sonrası genlik zayıflar. Bu gidip gelme süresini beklemez isek tam olarak yok olmamış olan sinyal sonraki dalga katarını karıştırır. Hem alıcı hem verici olarak çalışan problar alıcıyken verici vericiyken alıcı olamazlar. Bu ölü zaman içinde gidip gelen sinyal algılanamaz bu yüzden taban (geciktirme bloku) kullanılır. Ekranda yatay eksen zamandır.

Rezonans yöntemi Daha çok ince cidarlı malzemelerde kalınlık ölçmede kullanılır. Gönderilen dalganın bitmesi beklenmeden yeni bir dalga gönderilerek dalgaların girişime uğraması sağlanır. Aynı fazda karşılaştıklarında iki dalganın süper pozisyonu ile daha büyük genlikte ses dalgaları ortaya çıkar. Aynı faz için d=N*lamda/2=N*c/(2*f) olmalıdır. d, malzeme kalınlığı, lamda dalga boyu, N tam sayı, f dalga frekansıdır. N=1 de temel harmonik frekansı, N=2,3,… yüksek harmonik frekansları bulunur. Yan yana 2 harmoniğinarasındaki frekans farkı temel harmonik frekansına eşittir. Malzemedeki dalga hızı c belli olduğu için daha çok kalınlık kolayca tespit edilebilir. Malzemeye dağişken frekansta dalga gönderilir. Ekranda yatay eksen frekanstır.

Transduzerin gönderdiği dalganın frekansı kendi öz rezonans frekansının en az %10 altında olmalıdır. Yoksa geri dönen dalga transduzeri rezonansa getirerek parçalar. Çelik için 3mm kalınlığın üstünde darbe yankı, altında ise rezonans yöntemi daha hassastır. Sertlik ölçümünde kullanılır. Korozyon kalınlığı Rezonans yöntemiyle veya çift problu darbe yankı yöntemiyle ölçülebilir.