Mühendislik

Ultrasonik kontrol nasıl yapılır? Mühendislik malzemelerinde uygulaması!

Ultrasonik kontrol

Ultrasonik kontrol nasıl yapılır? Mühendislik malzemelerinde uygulanması! | Günümüzde kullanılan makine, teçhizat ve aletlerin karmaşık yapısı ile yüksek maliyeti, maksimum güvenilirliği sağlayan imalat ve test yöntemlerinin kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Tahribatsız test sistemleri, bu yöntemlerin birçoğunu barındırmaktadır. Tahribatsız test yöntemlerinden biri olan ultrasonik kontrol en yaygın kullanılan metotlardan biridir. Ultrasonik kontrolde test personelinin tecrübe ve kabiliyeti son derece önemlidir.

Kalite kontrol kavramının gerektirdiği temel ultrasonik kontrol gereklerinini temin etmek için öncelikle test personelinin aşağıda ki yeterliliklere sahip olması gerekir.

  1. Ürünün kalitesini temin etmek amacıyla uygun test tekniği ya da tekniklerin kullanılmasını sağlayabilmeli,
  2. Belirtileri yorumlayıp değerlendirerek sağlıklı bir karar verebilmelidir.

Ultrasonik kontrol nasıl yapılır?

Ultrasonik testi, temel özellikleri nedeniyle kaynak, dövme, döküm, plaka, boru, plastik ve seramik ile benzeri metalik ve metalik olmayan ürünlerin test edilmesinde kullanılabilmektedir. Günümüzde ultrasonik kontrol, kaynaklarda ve çeşitli malzemelerdeki dahili süreksizlikleri ve malzeme bileşimindeki değişimleri en ekonomik şekilde ortaya çıkartabilmesi onu en mükemmel kontrol araçlarından birisi yapar.

Tahribatsız Muayene; makine, teçhizat ve aletlerin maksimum ölçüde güvenilirliğini sağlamak amacıyla kullanılan bir yöntemdir. Test sonuçlarının, bu güvenilirliği sağlamak amacıyla oluşturulmuş olan test standartlarına uygun olması gerekmektedir.

Ultrasonik teste ilişkin onaylanmış usuller; test parçasını analiz ederek, parçanın kullanım geçmişini inceleyerek, aynı ya da benzer parçaları tecrübe ederek ve benzer parçalardaki süreksizliklere ilişkin veri elde ederek oluşturulmaktadır.

Ultrasonik kontrol test personeli,

Kontrolü yapan personel, testin parçalara yeterli ölçüde uygulanması ve test hedefine ulaşılmasını sağlamaktan sorumludur. Diğer taraftan hatalı veya yetersiz olduğu ortaya çıkan yöntemler, düzeltilmek üzere sorumlu amirin gündemine sunulmalıdır.

Aşağıdaki uygulamalar vasıtasıyla maksimum ölçüde güvenilirliğin elde edilmesi, ultrasonik testin temel hedefini teşkil etmektedir:

Test edilen parçada bulunan bir süreksizliğe ilişkin optik olarak kaydedilmiş bir görüntü elde edilmesi,

Malzemeyi yapısal ve fiziksel özelliklerini bozmadan süreksizliğin doğal yapısının keşfedilmesi, Önceden tespit edilmiş standartlara göre kabul edilebilen ve edilemeyen malzemelerin ayrılması

Test sonuçlarına ilişkin bir değerlendirme yapmadan hiçbir test başarıyla tamamlanmış sayılmaz. Test yöntemleri ile test sonuçlarının değerlendirilmesi işlemi, test hedefinin çok iyi kavramasını ve test parçasının yapıldığı malzemenin iyi bilinmesini gerektirmektedir. Bunun yanı sıra ilgili üretim safhalarının da bilinmesi zorunludur.

Prensipler;

Ultrasonik kavramı, insan kulağının işitebileceğinden daha yüksek seviyede frekanslara sahip olan ses dalgalarını açıklamakta kullanılan genel bir terimdir. İşitme kapasitesi normal seviyede olan yetişkinler, saniyede 16.000 çevrim (16 kHz) ile 20.000 çevrim (20 kHz) arasında değişen frekansları işitebilmektedir.

Bilindiği gibi, ultrasonik kontrol yöntemi; bir malzemeyi yapısal olarak herhangi bir zarar vermeden ultrasonik titreşimler kullanarak incelemek ya da test etmektir.

Gerçekte ultrasonik kontrol işlemi, bir malzemenin kalınlığının ölçülmesi ya da boşluk veya çatlak gibi benzeri muhtemel süreksizliklerin bulunup bulunmadığını öğrenmek için malzemenin iç yapısının incelenmesi amacıyla kullanılmaktadır.

Test frekansları, saniyede 100.000 saykıl (100 kHz) ile 25.000.000 saykıl (Mhz) arasında değişir.

Sesin hızı,

Ses, bir ortamda (malzemede) taneciklerin mekanik titreşimidir. Ses dalgası, bir malzemede hareket ettiği zaman malzemedeki tanecikler ses dalgasıyla aynı frekansta olacak şekilde belirli bir noktanın etrafında titreşmektedir.

Taneciklerin dalgayla birlikte hareket etmeyip yalnızca dalga enerjisine tepki gösterdikleri unutulmamalıdır. Gerçekte malzeme içinde hareket eden tek faktör; dalga enerjisidir.

Ultrasonic elements!

Belirli bir ses dalgasının uzunluğu, tabandan tabana ya da tepeden tepeye ölçüldüğü zaman, mesafenin her zaman aynı olduğu görülecektir. Bu mesafe, kısaca dalga boyu (Lamda) olarak bilinir. Dalganın tam dalga boyu yayılması için gereken süre, kaynağın tam titreşimi gerçekleştirdiği süreye eşittir. Sesin hızı (V),aşağıdaki denklem ile bulunur.

C = x * F

C = Ses hızı

x = Ses dalgasının dalga boyu F = Ses dalgasının frekansı.

Ses dalgası türleri,

Katı bir maddede değişik ses dalga türleri yayılır.

Taneciklerin sesin yayılma yönüyle aynı doğrultuda ileri geri titreştiği boyuna dalgalar “longitudinal waves” ile taneciklerin sesin yayılma yönüne dik açı oluşturan bir noktada ileri geri titreştiği enine dalgalar “shear waves” ilk akla gelen örneklerdir. Bunun yanı sıra belirli limitler dâhilinde katı bir maddenin yüzeyi boyunca serbestçe hareket eden enine dalgalarda oluşturulabilmektedir.

Bu yüzey “Rayleigh” dalgaları, malzemeye yalnızca birkaç tanecik boyutunda nüfuz etmektedir. Sıvı ya da gazlardaki ultrasonik titreşimler, sıvı ve gazlarda kesici sertlik olmasından dolayı boyuna dalgalar şeklinde yayılmaktadır. Boyuna, enine ve yüzey dalgaları, katı maddelerde yayılabilmektedi

En kısa ultrasonik dalga boyları, görünür ışığın dalga boyuna eşittir. Bundan dolayı ultrasonik dalga titreşimlerinin yapısal özellikleri, ışık dalgalarının özelliklerine çok benzemektedir. Bir başka deyişle ultrasonik dalga titreşimleri de yansıyabilir, odaklanabilir ve kırılabilir.

Ses dalgalarının yüksek frekanslı tanecik titreşimleri, homojen katı maddelerde ışık demetleriyle aynı yönde yayılır. Ses demetleri, madde ile bir gaz, sıvı ya da başka bir katı madde arasında sınır işlevi gören herhangi bir yüzeyde kısmen ya da tamamıyla yansıtılabilir. Sonar kullanımlarında uygulanan yankı ile su derinliğinin ölçülmesi yöntemine benzer şekildeki ultrasonik sinyaller, parçada bulunan süreksizlikler ile bunların yerlerinin tespit edilmesini sağlayacak şekilde süreksizliklerden geriye yansır.

Ultrasonik Kontol Dalgalarının Yayılması,

Bir diyapazona vurulduğu zaman titreştikten sonra havayı sıkıştırarak ses dalgaları oluşturur. Bu dalgalar, şekilde gösterildiği gibi havada yayılarak dinleyicinin kulağına ulaşır. Aynı şekilde ultrasonik testte, kısa bir elektrik akım darbesi diyapazon gibi titreşen bir transduseri (kristali) uyarır. Buna bağlı olarak transduserden yayılan ses demeti su, yağ ya da benzeri bir kuplaj vasıtasıyla test parçasının ön yüzeyine doğru yayılır.

Ultrasonik kontrol ses yayilim
Sesin yayılması

Şekilde test parçasına temas eden transduser ile ses demet sinyallerinin parça içindeki hareketi gösterilmektedir.

ultrosonik kontrol transuder
Ultrosonik kontrol transuder.

Bir test parçasında ses demeti oluşturmak için bir gönderici “piezoelektrik” kristaline yüksek frekanslı elektrik gönderir. “Piezo” ön eki, “basmak, preslemek” anlamına gelen Yunanca bir kelimeden türetilmiştir. Piezoelektrik; “Titrediği zaman bir kristalin elektrik akımı oluşturma ya da tam tersine bir elektrik akımı verildiği zaman kristalin titreşmeye başlaması şeklinde ifade edilen olağanüstü bir olaya istinaden kullanılan bir kavramdır.” Elektrik sinyalleriyle harekete geçen kristal, elektrik enerjisini mekanik titreşimlere çevirdikten sonra bu titreşimleri sıvı ya da yağ gibi bir kuplaj vasıtasıyla test parçasına aktarır. Bu palsli titreşimler, test parçasının yoğunluğu ile elastikiyetine bağlı bir hız seviyesiyle cisim boyunca yayılır.

Yüksek frekanslı titreşimler, çoğunlukla ışık demetleriyle aynı şekilde hareket eder. Örneğin; yollarını kesen bir cisme çarptıkları zaman ses demet enerjisinin büyük bir bölümü o cisim tarafından yansıtılır. Daha sonra bu yansımalar, aynı kristal ya da transduserde toplanır. Kristalde toplanan mekanik enerji, burada elektrik enerjisine çevrilir.

Ultrasonik kontrol piezoelektrik kristaller,

Elektrik enerjisi, test cihazına gönderilerek yükseltildikten sonra katot ışın tüpü (Cathode-ray tube – CRT) ya da osiloskop’ ta baz hattı veya yatay bir görüntü izinin düşey sapması olarak gösterilir. Bu tür bilgi edinme yöntemi, “A-tipi tarama (A-scan)” olarak adlandırılır. Gerçekte ultrasonik kontrol, süreksizliğin gerçek yapısal durumu hakkında direkt bilgi temin etmez. Bir başka deyişle bu konuyla ilgili detaylı bilgi, başta test parçasının yapıldığı materyal ile geometrik yapısı olmak üzere çeşitli faktörlerden çıkarılır.

Ultrasonik dalgalar, süreksizlik ile test parçasının arka yüzeyinden ekolar-echo (yansımalar) şeklinde yansımaktadır. Süreksizlikten yayılan Şekilde ses demetinin test parçası içinde süreksizliğe kadar gidip geri dönmesi için gereken sürenin, ses demetinin arka yüzeye kadar ulaşıp geri dönmesi için gereken sürenin 2/3’ü kadar olduğu bir durum gösterilmektedir. Bu süre farklılığı, süreksizliğin bulunduğu noktanın, arka yüzey mesafesinin 2/3’ünde olduğunu göstermektedir. Yansıma, arka yüzey yansımasından önce alınır.

Ultrasonik kontrol sureksizlik

Ses demetinin bir yansıma yüzeyine doğru yayıldığı tek yönlü mesafe Şekil de gösterildiği gibi CRT ya da osiloskop ekranında ölçülebilir. İlk pals ya da diğer adıyla başlangıç sinyali ve yansıma yüzeyinden gelen eko (şekilde suda yayılan ses demeti olarak algılanmaktadır) osiloskop ekranının yatay görüntü izi ya da baz hattında iki keskin belirti veya yükselti oluşturmaktadır. Soldaki yükselti başlangıç sinyalinden kaynaklanırken sağdaki yükselti levhanın ön yüzeyinden alınan ekodan dolayı oluşmaktadır. İki yükselti arasındaki mesafe, transduser ile ön yüzey arasındaki mesafeyle orantılıdır.

Ultrasonik kontrol osiloskop

Şekilde tipik ultrasonik temas (contact) test düzeni ile osiloskop ekranında kaydedilen görüntü gösterilmektedir. Ekran üzerinde görüntülenen yükseltilerin, test parçası ön yüzeyi, süreksizlik ve arka yüzeyin fiili konumlarına göre bulunduğu noktaya dikkat edin.

Ultrasonik test ve sureksizlik

Ultrasonik kontrol osiloskop,

Şekilde osiloskop ekranındaki belirtiler, ölçekte “0” rakamıyla işaretlenen ilk pals ya da ön yüzey yükseltisi ve aynı şekilde “4” rakamıyla işaretlenen arka yüzey yükseltisi üzerinde görünecek şekilde ayarlanmıştır. Süreksizlik yükseltisi ise “1” rakamıyla işaretlenen noktanın hemen sağında görülmektedir. Ayarlamalar; cihaz üzerindeki SWEEP DELAY (tarama gecikmesi) ve SWEEP LENGTH veya RANGE (tarama boyu veya mesafesi) olmak üzere iki kontrol ile gerçekleştirilmektedir.

Cihazın SWEEP DELAY (Tarama Gecikmesi) kontrolü, baz hattı ile üzerinde görülen belirtilerin, belirtiler arasındaki mesafe aralığı sabit kalacak şekilde sağa veya sola doğru hareket etmesini mümkün kılar.

Bilgi nerede?

Şekilde test edilen malzemeye ilişkin belirtiler görülecek şekilde baz hattının sola doğru hareket ettirilmesini sağlayan SWEEP DELAY kontrol ayarı şematik olarak gösterilmektedir.

Şekilde operatör, öncelikle ön yüzey yükseltisini (aynı zamanda ilk palsi simgelemektedir) ve daha sonra ise süreksizlik yükseltisini görüntülemektedir.

SWEEP DELAY ayarlanarak ön yüzey yükseltisi soldaki en uç noktaya hareket ettirilip süreksizlik ve arka yüzey yükseltilerinin ekrana gelmesi sağlanır. Bu uygulamada İlk iki yükselti arasındaki mesafenin değişmez.

Operatör, osiloskop grid hatları üzerinde ön ve arka yüzey yükseltilerini ekrandaki mesafe ilişkisi ile test parçasının fiili ölçümleri bağlantılı olacak şekilde yerleştirilebilmektedir.

Osiloskop ayarları,

Bunu gerçekleştirmek için baz hattı, görüntülenen yükseltiler arasındaki mesafe aralığı değişecek şekilde uzatılır. Diğer taraftan süreksizlik yükseltisi ön ve arka yüzey yükseltilerine göre olan nispi konumunu korur. Bir başka deyişle yükseltiler arasındaki mesafe aralığı her zaman aynı oranda kalmaktadır.

Baz hattı, ekranın sol kenarından dışarıya veya sol kenarına doğru uzatılmaktadır. Bir başka deyişle SWEEP DELAY istenilen belirti gösteriminin başlangıç noktası ekranın sol kenarında olacak şekilde düzenlendiği takdirde SWEEP LENGTH ayarı, sağdaki yükselti sabit olan sol yükseltiden uzaklaşacak ya da yaklaşacak şekilde gerçekleşmektedir.

SWEEP DELAY kontrolü aynı zamanda tarama hattının istenilen kesitinden kaynaklanan tepkimelerin /belirtilerin görüntülenmesini sağlar. SWEEP DELAY kontrolü izleme ekranının parça derinliği boyunca hareket ettirilmesini mümkün kılar.

Sweep Delay

Bunun yanı sıra SWEEP DELAY ile SWEEP LENGTH kontrolleri müşterek olarak hareket ettirildiğinde parça derinliğinin büyütülmüş bir kesiti CRT ekranı boyunca izlenebilir. Ön ve arka yüzey yükseltilerinin ekran gridlerine göre hizalandığı ve bütün parça derinliği kesintinin ekran boyunca yayılmasını sağlayan SWEEP LENGTH ayarından sonraki ve önceki veri gösterimi Şekil 1-8’de şematik olarak gösterilmektedir.

Bir önceki örnekte osiloskop akranındaki grid hatlar, süreksizliklerin yerlerinin tespit edilmesini sağlayan yardımcı araçlar olarak kullanılmıştı. Şekilde ise parça içindeki herhangi bir süreksizliğin yerinin anında tespit edilmesine yardımcı olacak şekilde baz hattının tam altında görüntülenen mesafe işaretleyiciler gösterilmektedir.

Bu işaretleyiciler, ön yüzey yükseltisi ile ilk arka yüzey yükseltisi arasındaki mesafe aralığını dolduracak şekilde uzatılabilmektedir. Bu sırada aradaki boşluk eşit artışlarla taksim edilmektedir. Mesafe işaretleyiciler, RANGE MARKER switch (ON-OFF fonksiyonları için)’ı ve MARKER kontrol düğmesi ile kontrol edilmektedir. MARKER kontrol düğmesi, işaretleyici frekansın seçilmesini sağlar.

Frekans, desibel, mesafe ve süreksizlik,

Gerçekte frekans yükseldikçe kare dalgaların mesafe aralığı oldukça kısalacağı için daha doğru ölçümler yapılabilir. Şekilde gösterilen örnekte parçanın ön yüzeyi ile arka yüzeyi arasındaki mesafe aralığının 11 inç olduğu varsayıldığında süreksizliğin, mesafe işaretleyiciler ile tespit edildiği yaklaşık 5 inç derinliğinde bir noktada bulunduğu görülecektir.

Cihaz açılıp ısınması için belirli bir süre bekledikten sonra cihaz üzerinde, ekranın aydınlatılması, tarama hattının belirginliği, odak, yatay ve düşey merkezleme gibi çeşitli faktörlere ilişkin ilk ayarlar yapılır.

Cihazın ON-OFF takat switch’ inde genellikle CRT ekranında tanımlanan ekranın parlaklığını düzenleyen bir kontrol bulunmaktadır. Bu parlaklık, kişisel tercihe göre belirlenen bir faktördür.

Ultrasonik kontrol
Ultrasonik kontrol

Osiloskop adoklama ayarı,

Diğer taraftan “netlik – intensity” kontrolu, tarama hattını oluşturacak şekilde ekran boyunca hareket eden noktanın parlaklığını tespit etmektedir. Tarama hattının belirginliği, sol kenarda parlak hiçbir nokta kalmayacak ölçüde minimum seviyededir.

Astigmatizm ve odak kontrolları, ekran gösteriminin pürüzsüzlüğünü / keskinliğini ayarlar. Yatay merkezleme kontrolu ise CRT ekranında tarama çizgisinin başlangıç noktasını tespit eder.

Merkezleme kontrolunun, genellikle tarama hattı başlangıç noktası ekranın sol kenarında olacak şekilde ayarlandığına dikkat edin.

Düşey merkezleme kontrolu, tarama çizgisi ya da baz hattını ekranda istenilen taban hattıyla birleşecek şekilde yükseltip alçaltır. Baz hattı, genellikle sıfır taban hattına göre hizalanmaktadır.

Ultrasonik test cihazlarında ayar,

Çeşitli ultrasonik kontrol cihazların kontrollerinin çalıştırılıp ayarlanmasına ilişkin en doğru yöntemler her cihaz işletme el kitabında detaylı bir şekilde gösterilmektedir. Bunun yanı sıra her cihazın kapasite ve fonksiyonlarını da aynı kaynaktan öğrenmek mümkündür.

Tipik bir darbe-yankı (Pals eko, pulse-echo) ultrasonik Test cihazının basitleştirilmiş bir blok diyagramı şekilde gösterilmektedir.

Osiloskop ayar,

Zamanlayıcı, sistemin ana öğesidir. Gösterilen temas test düzeninde “pulser” dan gelen enerji palsi, transduser ile alıcı yükselteç ünitesine aynı anda gönderilerek başlangıç sinyali ile ön yüzey yükseltisinin aynı anda oluşması sağlar. Bir daldırma test düzeninde ise ilk pals ile ön yüzey yükseltisi, test parçasına kadar olan su yolu mesafesiyle birbirinden ayrılmaktadır.

Ultrasonik kontrolde teorinin yanında sahada yapılan yoğun pratikler, personelin yatkınlığı, cihazlara alışması hataların bulunması ve yorumlanması konusunda çok büyük öneme sahiptir.

inspection.semihbulgur.com

 

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir