ultrasonik eğitim çalışma notları

ULTRASONİK EĞİTİM ÇALIŞMA NOTLARI
Giriş :
Ultrasonik dalgalar ara yüzeylerden kuvvetle yansırlar. Çatlaklar, ince tabaka toplanmaları,
büzülmeler, çukurlar, boşluklar, gözenekli kısımlar ve iç yapıda sürekliliği bozan yapılar
( süreksizlikler ) ara yüzey oluşturduklarından kolaylıkla incelenebilmektedir.
Tanımlar;
Ultrasonik muayene 0,1 ile 25 MHz frekansta olan ses dalgaları ile yapılmaktadır.
Hertz ( Hz ) ; Saniye başına düşen devir sayısını ( frekansı ) ifade eder. 1 Hz saniyede 1 devir dir.
1 MHz 1.000.000 Hz. ( 1 MHz saniye başına 1.000.000 / s ifade eder. )
1 GHz 1.000.000.000 Hz.
1 Hz = 1/s dir.
Genlik ( A ) ; Salınım hareketi içerisindeki bir cismin başlangıç noktasına göre yaptığı maksimum
yer değiştirme değerine denir.
Periyot ( T ) ( Saniye – s ) ; Bir tam salınım hareketinin tamamlanması için gerekli olan zamana
denir.
Frekans ( f ) ( Hertz ) ; Bir saniye içerisinde gerçekleşen salınım sayısına denir. Hertz=1/s dir
Frekans ile periyot arasında f=1/T ilişkisi vardır.
A. DALGA ÇEŞİTLERİ
Boyuna Dalgalar ( Basınç Dalgaları ) : Katı, Sıvı ve Gaz ortamında yayılabilen ses
dalgalarıdır. Salınım yönleri ile yayılma yönleri aynıdır. En yaygın olarak kullanılan
ultrasonik dalga türüdür. Boyuna dalgaların hızı yaklaşık olarak çelikte (katı) 5920 m/s, suda
( sıvı ) 1500 m/s ve havada ( gaz ) 340 m/s dir. CB ile gösterilir.
Enine Dalgalar ( Kayma-Kesme Dalgaları ) : Salınım yönleri ile yayılım yönleri birbirine
diktir. Yalnızca katı ortamlarda yayılırlar. Enine dalganın hızı çelikte ( katı ) 3250 m/sn dir.
CE ile gösterilir.
Yüzey Dalgaları ( Rayleigh Dalgaları ) : Malzeme yüzeyinde yayılabilmektedir. Katı ve gaz
ara yüzeynde ilerler. Malzeme yüzeyinden en fazla bir dalga boyu derinlikte
yayılabilmektedir. Yüzey dalgaları CS ile gösterilir. Yüzey dalgalarını, boyuna dalgaları
malzeme yüzeyine belli bir kritik açı altında göndererek üretmek mümkündür. Örnek olarak
çelik malzemeye pleksiglas bir bloktan 57° geliş açısıyla boyuna dalgalar göndererek yüzey
dalgaları elde etmek mümkündür.
Lamb Dalgaları ( Laminasyon Dalgaları ) : İnce bir levha kalınlığında yayılan ve belirli bir
geliş açısı, frekans ve levha kalınlığında üretilebilen dalga tipidir. Cp olarak gösterilir.
Yalnızca katı ortamda yayılırlar.
Yukarıda bahsi geçen dalga türlerinin ses hızları arasında;
CB > CE > CS > CP bağıntı vardır.
DİNAMİK Endüstriyel Ölçüm
Web : www.dinamik-ndt.com E mail : [email protected]
Tel : +90 533 935 23 05.
Ultrasonik Ses Dalgalarının Üretimi
Ultrasonik muayenede kullanılan yüksek frekanslı ses dalgaları; manyetostriktif ve
piezoelektrik etki olmak üzere iki yöntemle oluşur.
Manyetostriktif Etki ; Ferromanyetik karakterli ( demir, nikel, kobalt ve alaşımları )
malzemelerin bir manyetik alan içerisine sokulduklarında uğradıkları şekil değişimidir.
Piezoelektrik Etki
; Piezoeletrik element adı verilen bir malzemenin elektrik enerjisini
mekanik enerjiye mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirmesine denir. Piezoelektrik
elementlerin kalınlığı ortaya çıkan ses dalgalarının frekansını belirler.
f = C / 2.d dir.
f : Frekans
C : Ses Hızı
d: Kristal Kalınlığı
Piezoeletrik Kristaller ve Özellikleri ; Probların yapımında çoğu zaman Piezoelektrik
özelliğine sahip kristaller kullanılır. Piezoelektrik malzemeler doğal kristaller ve polarize
seramikler olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. Doğal kristallerin başlıcaları, Kuvartz ( SiO 2 ),
Rochelle tuzu ve turmalindir. En büyük kullanım avantajları yüksek sıcaklıkta muayene
imkanı sağlar ve aşınmaya karşı daha dirençlidirler. Polarize kristallerin başlıcaları, Kurşun
zirkonat, Baryum titanat ( BaTiO3 ) dır. Daha yüksek duyarlılığa ve daha düşük üretim
maliyetine sahiptir.
* Ses Hızına olan Etkiler Nelerdir?
Akustik Empedans ( Z ) ; Bir malzemede ultrasonik dalgaların yayılmasına karşı gösterilen
dirence akustik empedans denir. Z = C. q ile belirtilir. ( kg / m² s ) Ses dalgaları farklı bir
akustik empedans ile karşılaştıklarında geri yansırlar.
C: Ses Hızı
q . Yoğunluk
Akustik Basınç ( P ) ; Ultrasonik dalgalar tarafından malzemeye uygulanan değişken
gerilmelerin genliğini ifade etmek için kulanılan terimdir. P=Z.a ile belirtilir.
Z= Akustik Empedans
a = Parçacık Titreşiminin Genliğidir.
İki basın arasındaki fark ;
Artış;
dB = 20 log A1 / A 2
2 dB lik artışta – 1,25 kat
6 dB lik artışta – 2 kat
14 dB lik artışta – 5 kat artış sağlanır. ( 6 + 6 + 2 )
20 dB lik arışta – 10 kat ( 6 + 6 + 6 + 2 )
Akustik Şiddet ( I ) ; Ultrasonik ses dalgalarının yayılması sırasında yayılma yönlerindeki
birim kesitten geçen mekanik enerji miktarına Ultrasonik dalgaların şiddeti denir.
I= P² / 2.Z = P.(a / 2 ) bağıntısı ile gösterilir.
DİNAMİK Endüstriyel Ölçüm
Web : www.dinamik-ndt.com E mail : [email protected]
Tel : +90 533 935 23 05.
Ultrasonik Dalgaların Zayıflaması ; Ultrasonik dalgaların çeşitli etkenlerle şiddet ve
enerjilerini kaybetmesine Ultrasonik Zayıflama denir. Dalgaların zayıflaması kavramının
anlaşılabilmesi için öncelikle malzeme iç yapısının özelliklerine kısaca değinelim. Metalik
malzemelerin tamamı polikristal ( çok kristalli ) malzemeler olarak adlandırılır. Malzeme
içerisindeki ses dalgalarının zayıflaması malzemenin tane yapısı ile birebir ilgilidir.
Ultrasonik Dalgalarında Zayıflamanın Nedenleri ;
Demet genişlemesi ; Ses dalgalarının bir ortamda ilerlerken sürekli olan şiddetlerinin
zayıfladıkları bilinir. En ideal malzemelerde bile ses şiddeti mesafeye bağlı olarak ses
demeti genişlemesinden dolayı azalmaktadır.
Soğurulma ; Ses dalgalarının malzeme içerisinde ilerlerken enerjisinin iç sürtünmeler nedeni
ile ısı enerjisine dönüşmesi olayıdır. Frekans yükseldikçe iç sürtünme ve soğurulma
artmaktadır.
Saçılma ; Malzemenin tam olarak homojen olmamasından kaynaklanmaktadır. Ultrasonik
dalgaların tane sırlarının yüzey ile etkileşmeleri sonucu saçılarak meydana gelen ses
zayıflama mekanizmasıdır. Saçılan ses dalgalarının tekrar proba dönmesi çimlenme etkisi
adı verilen ultrasonik muayene ekranında belirtiler halinde gözlemlenir. Tane boyutu arttıkça
ve ses dalgalarının frekansı artıkça saçılma miktarı artış gösterir. Yoğunluk arttıkça saçılma
azalır.
Sesin Malzemede Yayılması Sırasında Oluşan Zayıflama Kayıpları
Saçılma ve soğurulma ile meydana gelen zayıflama sonucu ses basıncının azalması
aşağıdaki fonksiyon ile ile ifade edilir.
P
Po
x
Φ
: X Mesafedeki ses basıncı.
: Başlangıçtaki ses basıncı.
: Malzemede sesin aldığı yol.
: Zayıflama Katsayısı
DİNAMİK Endüstriyel Ölçüm
Web : www.dinamik-ndt.com E mail : [email protected]
Tel : +90 533 935 23 05.
Bulunacak hata boyutları dalga boyunun yarısı ile orantılıdır. Dalga boyu ne kadar küçük
olursa malzemenin tane sınırı ( tane yapısı ) ile etkileşim o kadar fazla olur. ( Saçılma fazla
olur )
Ara Yüzey Kayıpları ;
Ultrasonik Dalgaların Ara Yüzeylerdeki Davranışları
Ultrasonik dalgalar özelliği ( yoğunluğu, akustik empedansı,… ) farklı olan bir ortamdan
diğerine geçerken kırılma ve yansımaya uğrarlar. Yansıma ve kırılma açıları Snell Kanunu
ile hesaplanmaktadır. Bu kanuna göre; Sinα / Sinß =C1 / C2 dir. Bir ses dalgasının boyuna
dalgadan enine dalgaya veya enine dalgadan boyuna dalgaya dönüşmesine mod
dönüşümü denir. Ara yüzeye gelen ses dalgalarının %100 dönüşüm gösterdiği veya %100
yansımaya uğradığı açı değerine kritik açı denir.
Örnek değerlendirmeler Ek de bulunmaktadır.
Perspex – Çelik ara yüzeyler için krtik açılar.
( Açılı problar çelik içerisine verdikleri enine dalganın kırılma açısı ile anılırlar. )
B. PROBLAR
Ultrasonik problar, elektrik enerjisinin ultrasonik enerjiye ve ultrasonik enerjinin elektrik
enerjisine dönüştürüldüğü yerdir. Endüstride kullanılan tüm problar imalatçıları tarafından
belirli özellikleri belirtilerek satışa sunulur.
DİNAMİK Endüstriyel Ölçüm
Web : www.dinamik-ndt.com E mail : [email protected]
Tel : +90 533 935 23 05.
Problar;
Normal Prob : Muayene parçasına ses dalgalarını dik olarak gönderen problardır. Normal
problar boyuna dalgalar üretirler. 6 mm. Den aşağı kalınlıktaki malzemelerde UT kontrolü
yapılmaz.
Açılı Prob : Muayene parçasına ses dalgalarını belirli bir açı ile ( 45°,60° ve 70° ) gönderen
problardır. Açılı problar enine dalgalar üretir. Özellikle kaynak dikişlerinin kontrolünde
kullanılır. ( Açılı problar çelik içerisine verdikleri enine dalganın kırılma açısı ile anılırlar. ) 8
mm. Den aşağı kalınlıktaki malzemelerde UT kontrolü yapılmaz.
T/R Prob ( Çift Kristalli Prob ) : İnce et kalınlığına sahip parçaların muayene edilmesi
amacı ile geliştirilmiş çift kristal içeren problardır. Kristallerden birisi verici olarak çalışırken
diğeri alıcı olarak çalışır. İnce malzemelerde hassas bir muayene sağlar. Yüzeye yakın
hataların incelenmesinde kullanılırlar. Boyuna dalga üretir ve algılarlar.
Daldırma Tipi Prob : Normal prob ile aynı yapıya sahip olan daldırma tipi problar özellikle
otomasyon tipi muayenelerde kullanılır. Su içerisinde kullanılan bu probların en önemli
özelliği sızdırmazlık özelliğine sahip olmalarıdır. Muayene parçasına doğrudan temasa
gerek yoktur.
Prob Seçimi ; Genellikle 1 – 5 MHz arasında problar tercih edilir. Büyük taneli döküm
ürünlerde frekans 1 MHz veya 0,5 MHz prob tercih edilir.
Prob seçiminde, belirleyici olan probun;
Kristal Çapı ; Yakın alan uzunluğu ve eğri yüzeyli malzemelerde temas yüzdesi göz önüne
alınır. Prob çapı küçüldükçe yakın alan kısalmaktadır.
Frekans
; Mümkün mertebe yüksek frekans ile çalışmak, hem daha küçük hataların
algılanmasını sağlar hemde ayırma gücünü iyileştirir. Frekans seçiminde asıl belirleyici
faktör malzemenin tane boyutudur. Tane boyutu büyüdükçe artan saçılma ve soğurulmayı
azaltmak için düşük frekans seçilmelidir. Ayrıca malzeme kalınlığı arttıkça frekans
düşürülmelidir. Yüksek frekans kaba taneli malzemede saçılmaya ve ekranda çimlenme
denilen sinyallerin oluşmasına neden olur. Frekans yükseldikçe hassasiyet artar. Pürüzlü
yüzeylerde düşük frekans tercih edilir. Düşük frekans ile yapılacak muayenelerde tespit
duyarlılığı artar. Yüksek frekans ile yapılırsa ayırt etme gücü yüksek olur ve konumlandırma
daha net ve kesin olur.
Demet Yönüdür ; Önce açılı yada normal problardan birine karar verilir. Açılı prob
kullanıldığında prob açısı hatadan maksimum yansıma elde edilecek şekilde seçilir. Yani
beklenen hataya ses demetinin dik olarak çarpması düşünülür. Bunun için kaynak
dikişlerinin muayenesinde açılı prob tercih edilir.
DİNAMİK Endüstriyel Ölçüm
Web : www.dinamik-ndt.com E mail : [email protected]
Tel : +90 533 935 23 05.
Bunların arasındaki bağıntılar,
N=D².f / 4.C = D²/ 4.λ
C=f.λ
Ɣ = C / f.D = λ / D dır.
N: Yakın Alan Boyu
λ : Dalga Boyu
D : Kristal Çapı
f : Frekans
C : Ses Hızı
C. UT MUAYENE CİHAZLARI
UT Muayene cihazlarında Zaman devresi, Tarama Devresi, Darbe Devresi, Algılama ve
Yükseltme Devresi ve probdan oluşur.
UT Cihazlarında Tarama Şekilleri ;
UT de tarama şekilleri 3 e ayrılır. A Tarama, B Tarama, C Tarama görüntüsüdür.
A Tarama ; Ultrasonik enerjinin zamana bağlı olarak gösterimidir. Dikey eksende enerji
mitarı gösterilirken yatay eksende zamanı vermektedir. A Taramada yüzeyin derinliği veya
malzemenin et kalınlığı yankının konumundan tespit edilir. Ayrıca bilinen bir yansıtıcından
gelen yankı yüksekliğiyle karşılaştırmak suretiyle süreksizliklerin yankı yüksekliğinden
süreksizlik boyu tahmini yapılabilir.
B Tarama ; Test parçasının kesitsel görüntüsüdür. Dolayısıyla bu tarama tipinde parça
içerisindeki süreksizliklerin boyu ve derinliği birlikte görülür.
C Tarama : Daldırma tip otomasyon muayene sistemlerinde kullanılan ve test parçası
içerisindeki mevcut süreksizliklerin yüzeyden görüntüsünü veren tarama şeklidir. C Tarama
görüntüsünde mevcut süreksizliklerin derinliği hakkında herhangi bir bilgi sahibi olunamaz.
DİNAMİK Endüstriyel Ölçüm
Web : www.dinamik-ndt.com E mail : [email protected]
Tel : +90 533 935 23 05.
D. KALİBRASYON
Kalibrasyona Başlamadan Önce Dikkat Edilecek Hususlar ;
Range ≥ 2.d.1.25 dır. ( d: malzeme kalınlığıdır. ) Normal prob
Range ≥ 2.d / cos a dır. Açılı prob ( a : prob açısı )
Normal Prob ile Kalibrasyon ;
Referans kalınlıkları Ref1 : 25 / Ref 2 : 75 seçilir. Refcont. : 50 ( ortadaki pick ) dir.
T/R Çift Kristalli Prob ile Kalibrasyon ;
Referans kalınlıkları Ref1 : X1 / Ref2 : X2 seçilir. Refcont. : X3 ( ortadaki pick ) dir.
Açılı Prob ile Kalibrasyon ;
Referans kalınlıkları Ref1 : 25 / Ref 2 : 100 seçilir. Refcont. : 50 ( ortadaki pick ) dir.
DİNAMİK Endüstriyel Ölçüm
Web : www.dinamik-ndt.com E mail : [email protected]
Tel : +90 533 935 23 05.