انواع پراب التراسونیک (UT)

انواع پراب التراسونیک از مهمترین اجزای سیستم‌های آزمون غیرمخرب (NDT) هستند و نقش مستقیمی در کیفیت و دقت بازرسی دارند. در تست UT، امواج فراصوت توسط پراب به داخل قطعه ارسال شده و بازتاب آنها از ناپیوستگی ها، ترکها، حفره‌ ها و مرزهای هندسی توسط همان پراب یا یک پراب دیگر دریافت می‌شود. بنابراین انتخاب صحیح پراب، تأثیر قابل‌توجهی بر قابلیت تشخیص عیب، دقت اندازه‌گیری و تفسیر نتایج دارد.

پرابهای التراسونیک در انواع مختلفی مانند نرمال، زاویه‌ دار، دوکریستاله، تماسی، غوطه‌ وری و پرابهای مورد استفاده در روشهای پیشرفته UT تولید می‌شوند. هر یک از این پرابها برای شرایط و کاربرد خاصی طراحی شده‌اند. در این مقاله با مهمترین انواع پراب آلتراسونیک، کاربرد آنها و معیارهای انتخاب پراب مناسب آشنا می‌شویم.

پراب آلتراسونیک چیست و چه نقشی در تست UT دارد؟

پراب التراسونیک (Ultrasonic Probe یا Transducer) وسیله ‌ای است که انرژی الکتریکی را به امواج مکانیکی فراصوت تبدیل می‌کند و در برخی شرایط، امواج برگشتی را نیز به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

پراب معمولاً از یک یا چند عنصر پیزوالکتریک تشکیل شده است. هنگامی که ولتاژ الکتریکی به این عنصر وارد می‌شود، ارتعاش کرده و امواج فراصوت تولید می‌کند. این امواج از طریق ماده کوپلنت و سطح قطعه وارد ماده می‌شوند.

در هنگام برخورد موج با یک ناپیوستگی یا تغییر در ساختار قطعه، بخشی از انرژی موج بازتاب می‌شود. پراب این بازتاب را دریافت کرده و دستگاه عیب یاب اولتراسونیک UT آن را به صورت سیگنال روی صفحه نمایش می‌دهد.

به همین دلیل، تست UT و اهمیت پراب های التراسونیک ارتباط بسیار نزدیکی با یکدیگر دارند. حتی پیشرفته‌ترین دستگاه اولتراسونیک نیز در صورت استفاده از پراب نامناسب نمی‌تواند نتیجه قابل اعتمادی ارائه دهد.

عواملی مانند فرکانس، اندازه کریستال، نوع موج، زاویه شکست، پهنای باند و شکل پراب در عملکرد آن تأثیرگذار هستند.

پراب‌های نرمال (Normal Probe) و کاربرد آنها

پراب نرمال آلتراسونیک یکی از رایجترین انواع پراب در آزمون UT است. در این نوع پراب، موج به صورت عمود یا تقریباً عمود بر سطح قطعه وارد آن می‌شود و معمولاً از موج طولی (Longitudinal Wave) استفاده می‌شود.

پرابهای نرمال معمولاً برای موارد زیر کاربرد دارند:

شناسایی عیوب داخلی در قطعات ریختگی و فورج
بررسی ورقهای فلزی
کنترل خوردگی و کاهش ضخامت
بازرسی قطعاتی که دسترسی مستقیم به سطح آنها وجود دارد

فرکانس پراب یکی از پارامترهای مهم آن است. فرکانسهای بالاتر معمولاً قدرت تفکیک بیشتری دارند، اما نفوذ آنها در برخی مواد یا قطعات ضخیم کاهش پیدا می‌کند. در مقابل، فرکانسهای پایینتر نفوذ بیشتری داشته و برای قطعات ضخیم یا موادی با تضعیف صوتی بالا مناسبتر هستند.

صفحه پیشنهادی: خرید انواع پرابهای Phased Array , TOFD از کمپانی SIUI

پراب‌های زاویه‌دار (Angle Probe) و کاربرد آنها

پرابهای زاویه‌ دار یا Angle Beam Probe از پرکاربردترین انواع پراب آلتراسونیک در بازرسی جوش هستند. برخلاف پراب نرمال، در این پرابها موج با زاویه مشخصی وارد قطعه شده و معمولاً با استفاده از موج برشی (Shear Wave) عملیات بازرسی انجام می‌شود.

زاویه پراب معمولاً بر اساس زاویه شکست موج در قطعه تعریف می‌شود و مقادیر رایج آن شامل ۴۵، ۶۰ و ۷۰ درجه است.

پراب زاویه‌دار برای شناسایی عیوبی مانند موارد زیر بسیار مناسب است:

تست جوش
عدم ذوب (Lack of Fusion)
عدم نفوذ (Lack of Penetration)
ترک ‌های داخلی
عیوب واقع در کناره یا ریشه جوش

یکی از مزیت‌های مهم پراب زاویه‌ای این است که امکان ارسال موج به نواحی ‌ای را فراهم می‌کند که با یک پراب نرمال به‌ سادگی قابل بررسی نیستند.

به همین دلیل در بسیاری از پروژه‌ های بازرسی خطوط لوله، مخازن تحت فشار، سازه‌ های فلزی و اتصالات جوشی، انتخاب پراب زاویه ‌دار مناسب اهمیت زیادی دارد.

بیشتر بخوانید: همه چیز درباره آموزش تست التراسونیک جوش (UT) + روش کار

سایر انواع پراب و معیارهای انتخاب آنها

علاوه بر پراب‌های نرمال و زاویه‌دار، مدل‌های دیگری نیز برای کاربردهای تخصصی وجود دارند.

پراب دوکریستاله یا T/R (Dual Element)

این پراب دارای دو کرستال مجزا است؛ یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت امواج. کریستالها معمولاً با زاویه‌ای کوچک نسبت به یکدیگر قرار می‌گیرند.

پراب دوکریستاله برای تشخیص عیوب نزدیک به سطح بسیار مناسب است و در برخی کاربردهای ضخامت‌سنجی و خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پراب غوطه‌وری (Immersion Probe)

در روش Immersion، پراب مستقیماً با قطعه تماس ندارد و امواج از طریق آب یا یک محیط مایع به قطعه منتقل می‌شوند. این روش برای بازرسی قطعات با هندسه پیچیده و سیستم‌های اتوماتیک مناسب است.

پراب‌های Phased Array

پرابهای فیزاری Phased Array از مجموعه ‌ای از عناصر کوچک تشکیل شده‌اند که به صورت مستقل کنترل می‌شوند. با تغییر زمان تحریک عناصر، می‌توان جهت و تمرکز پرتو صوتی را کنترل کرد.

این فناوری امکان اسکن سریعتر و پوشش حجمی گسترده‌ تر را فراهم می‌کند و در بازرسی جوش های حساس، خطوط لوله و قطعات صنعتی پیشرفته کاربرد زیادی دارد.

معیارهای انتخاب پراب

انتخاب پراب برای عیب یاب التراسونیک باید بر اساس شرایط واقعی بازرسی انجام شود. مهم‌ترین عوامل عبارت‌اند از:

نوع ماده: فولاد، آلومینیوم، کامپوزیت و سایر مواد رفتار صوتی متفاوتی دارند.
ضخامت قطعه: قطعات ضخیمتر ممکن است به فرکانس پایینتر نیاز داشته باشند.
نوع عیب مورد انتظار: ترک، تخلخل، عدم ذوب و خوردگی ممکن است به روش و پراب متفاوتی نیاز داشته باشند.
هندسه قطعه: انحنا، ضخامت و شکل سطح روی انتخاب پراب تأثیر دارند.
فرکانس: فرکانس بالاتر معمولاً تفکیک‌پذیری بهتر و فرکانس پایینتر نفوذ بیشتری ایجاد می‌کند.
زاویه پراب: در بازرسی جوش، انتخاب زاویه مناسب برای پوشش ناحیه جوش اهمیت زیادی دارد.
ابعاد کریستال: اندازه کرستال بر سطح پوشش، میدان نزدیک و قابلیت تشخیص عیوب تأثیر می‌گذارد.

همچنین باید سازگاری پراب با دستگاه مورد استفاده بررسی شود. در برخی سیستم ها، انواع پراب و کابل التراسونیک دارای کانکتورها و کابل های اختصاصی هستند و استفاده از کابل یا اتصال نامناسب می‌تواند موجب افت کیفیت سیگنال شود.

در نهایت، اگرچه دستگاه تست جوش و تجهیزات UT نقش مهمی دارند، اما کیفیت بازرسی تا حد زیادی به انتخاب صحیح پراب، کالیبراسیون مناسب و مهارت اپراتور وابسته است.

نتیجه گیری

انواع پراب التراسونیک بخش جدایی‌ناپذیر سیستم های آزمون غیرمخرب هستند و انتخاب صحیح آنها تأثیر مستقیمی بر دقت و قابلیت اطمینان نتایج دارد. پراب نرمال آلتراسونیک بیشتر برای ضخامت‌ سنجی و شناسایی عیوب با دسترسی مستقیم مناسب است، در حالی که پرابهای زاویه‌دار کاربرد گسترده‌ای در بازرسی جوش و شناسایی عیوب داخلی دارند. پراب‌های دوکریستاله، غوطه‌وری و Phased Array نیز برای شرایط تخصصی‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بنابراین برای دستیابی به نتایج دقیق در UT، باید نوع پراب، فرکانس، زاویه، اندازه کریستال، نوع موج، ضخامت و جنس قطعه و همچنین نوع عیب احتمالی به‌صورت هم‌زمان مورد بررسی قرار گیرد.

سوالات متداول

۱. پراب التراسونیک چیست؟

پراب قطعه‌ای از سیستم UT است که انرژی الکتریکی را به امواج فراصوت تبدیل کرده و در بسیاری از سیستم‌ها امواج بازتابی را نیز دریافت می‌کند.

۲. تفاوت پراب نرمال و زاویه‌دار چیست؟

پراب نرمال امواج را تقریباً عمود بر سطح قطعه ارسال می‌کند، در حالی که پراب زاویه‌دار موج را با زاویه مشخص وارد قطعه کرده و معمولاً برای بازرسی جوش و عیوب داخلی استفاده می‌شود.