مفاهیم تست اولتراسونیک بتن

تئوری انتشار امواج

روش های سرعت پالس اولتراسونیک شامل انتشار امواج مافوق صوت در جامدات و اندازه گیری زمان برای انتشار امواج التراسونیک بین نقطه ارسال و دریافت است. از روی ویژگی های انتشار امواج التراسونیک می توان برای شناسایی خصوصیات ترکیب مصالح، ساختار، خواص الاستیسیته، چگالی و هندسه استفاده کرد. از این تکنیک غیرتهاجمی  همچنین برای شناسایی و توصیف معایب در مصالح و همچنین شدت خرابی با مشاهده پراکندگی امواج التراسونیک می توان بهره برد همچنین بطور غیر مستقیم مقاومت بتن را بدست آورد. اولین گزارش‌های اندازه‌گیری سرعت پالس‌هایی که به صورت مکانیکی در بتن تولید شده است اواسط دهه 1940 در آمریکا چاپ شد. مشخص شد سرعت در اصل به خواص الاستیک ماده وابسته است و به هندسه تقریبا هیچ وابستگی ندارد. ارزش احتمالی این روش واضح بود اما مشکلات اندازه‌گیری در آن قابل توجه بود و چند سال بعد به توسعه تجهیزات مکانیکی پالس تکراری در فرانسه منجر شد. تقریبا در همین زمان کاری با استفاده از مبدل‌های الکترواکوستیکی در کانادا و انگلیس انجام شد که مشخص شد بر نوع و فرکانس پالس‌های ایجادشده کنترل بیشتری دارد. این نوع آزمون به صورت روش التراسونیک پیشرفته توسعه یافته است که پالس‌هایی در محدوده فرکانس 150-20 کیلوهرتز را بکار می‌برند که به وسیله مدارات الکترونیکی تولید و ثبت شده است. در آزمون التراسونیکی فلزات معمولا از تکنیک پالس انعکاسی با فرکانس‌های خیلی بالا استفاده می‌شود اما به دلیل پراکندگی زیادی که در رابط‌های ماتریس/سنگدانه و ترک‌های ریز دیده می‌شود، کاربرد این آزمون در مورد بتن آسان نیست. بنابراین، آزمون بتن در حال حاضر عمدتا مبتنی بر اندازه‌گیری سرعت پالس با استفاده از تکنیک‌های فرافرستادن فراصوتی است. این روش به طور گسترده در سراسر جهان مورد قبول بوده و ابزار سبک و قدرتمند مناسبی است که راحت در سایت و نیز آزمایشگاه می‌توان از آن استفاده کرد.

اندروز  اظهار داشت با توسعه مبدلهایی با بازده بهبودیافته و تفسیر رایانه‌ای، طیف وسیعی از کاربردهای جدید در دسترس قرار گرفته است. نویسندگان نشان داده‌اند مطالعه مشخصات تضعیف پالس، داده‌های مفیدی درباره خرابی بتن ناشی از واکنش‌های آلکالی – سیلیکا ارائه می‌کند ، هر چند عملا برای دستیابی به اتصال محکم در سایت مشکلاتی وجود دارد. هیلر وکروگل توسعه تکنیک‌های پالس – اکو را برای امکانپذیر کردن شناسایی نقائص و ترک‌ها طبق آزمون‌ روی یک سطح و نیز استفاده از سیستم اتصال وکیوم را ترسیم کرده‌ و کاربرد تکنیک‌های پردازش سیگنال جهت دستیابی به اطلاعاتی درباره نقائص و ویژگی‌های داخلی در حال حاضر در دست تحقیق است. توسعه جالب دیگر که ساک و اولسون توصیف کرده‌اند شامل استفاده از اسکنرهای فرستنده و گیرنده rolling است که برای اتصال به سیستم رایانه‌ای کسب داده‌ به هیچ واسطه‌ای نیاز ندارد که این سیستم اسکن خط راست را تا 9 متر در مقیاس زمانی کمتر از 30 ثانیه میسر می‌کند.

با اینکه احتمال دارد این پیشرفت‌ها تا استفاده تجاری این روش در آینده نزدیک گسترش پیدا کند، باقیمانده این فصل بر تکنیک‌های متعارف سرعت پالس متمرکز خواهد بود.

اگر یک اپراتور باتجربه از این روش بدرستی استفاده کند، می‌تواند درباره داخل یک عضو بتن  مقدار قابل توجهی اطلاعات بدست آورد. با این حال، از آنجا که محدوده سرعت‌های پالس مربوط به کیفیات عملی بتن نسبتا کم (km/s 3.5-4.8) است، کاربرد این روش به خصوص در سایت دقت زیادی را می‌طلبد. به علاوه، از آنجا که خواص الاستیک بتن که بر سرعت پالس تاثیر می‌گذارد، بررسی کامل رابطه بین مدول الاستیک و مقاومت در زمان تفسیر نتایج اغلب ضرورت دارد.
کالیبراسیون آزمون و تفسیر نتایج

مساله اصلی این است که ماده مورد آزمون از دو ماده تشکیل‌دهنده، ماتریس و سنگدانه تشکیل می‌شود که خواص الاستیک و مقاومت متفاوتی دارند. رابطه بین سرعت پالس التراسونیک و مدول الاستیک دینامیکی ماده کامپوزیت که با آزمون‌ رزنانس روی منشور بلورین اندازه‌گیری می‌شود نسبتا قابل اطمینان است. با اینکه این رابطه در عملی‌ترین بتن‌های ساخته شده از سنگدانه‌، تحت تاثیر مقدار نسبت پواسیون دینامیکی قرار می‌گیرد، برآورد مدول الاستیسیته باید در حدود 10٪ دقیق باشد.

 

کالیبراسیون مقاومت

 

به دلیل تاثیر شکل ذرات سنگدانه، اثر رابط سنگدانه و ماتریس و تغییرپذیری توزیع ذره همراه با تغییر خواص ماتریس با افزایش سن، رابطه بین مدول‌الاستیک و مقاومت ماده کامپوزیت را نمی‌توان صرفا با توجه به خواص و نسبت‌ هر ماده تشکیل‌دهنده تعریف کرد. با اینکه برای توضیح نظری این موضوع تلاش‌هایی صورت گرفته است، پیچیدگی این روابط مشترک به گونه‌ای است که کالیبراسیون تجربی مدول الاستیک و روابط سرعت پالس التراسونیک و مقاومت معمولا ضروری است. نوع، شکل، اندازه و کمیت سنگدانه ممکن است متفاوت باشد و نوع سیمان، نوع ماسه، نسبت آب به سیمان و پختگی، همه عوامل مهمی است که بر خواص ماتریس و لذا همبستگی‌های مقاومت تاثیر می‌گذارد. منحنی سرعت پالس التراسونیک و مقاومت که برای مثال با توجه به پختگی به عنوان تنها متغیر بدست می‌آید از منحنیی که از نسبت متغیر آب به سیمان در ترکیبات مشابه اما آزمون در پختگی‌های قابل مقایسه بدست می‌آید، متفاوت خواهد بود. به همین ترتیب، انواع و نسبت‌های متفاوت سنگدانه و نیز مشخصات سیمان، همبستگی‌های مختلفی دارد. این شامل بتن‌های سبک  و سیمان‌های ویژه  خواهد بود.

کالیبراسیون مقاومت در یک ترکیب خاص معمولا باید در آزمایشگاه با توجه کافی به عواملی که در بالا فهرست شد، انجام گیرد. خوانش سرعت پالس التراسونیک بین هر دو جفت وجه مقابل قالب مکعب با شرایط رطوبت مشخص انجام می‌گیرد که طبق معمول می‌شکنند. در حالت ایده‌آل، حداقل 10 مجموعه از سه نمونه باید مورد استفاده قرار گیرد که تا حد امکان طیف وسیعی از مقاومت را با توجه به میانگین نتایج هر گروه، در بر می‌گیرد. حداقل سه سرعت پالس التراسونیک برای هر مکعب باید اندازه‌گیری شود و هر خوانش باید در حدود 5 درصد میانگین آن مکعب باشد. وقتی این کار امکانپذیر نباشد، گاهی مغزه‌هایی که از بتن سخت‌شده بریده شده است برای کالیبراسیون به کار می‌رود هر چند این خطر وجود دارد که آسیب ناشی از سوراخ کردن می‌تواند بر خوانش سرعت پالس تاثیر بگذارد. هر زمان امکان داشته باشد خوانش‌ها باید قبل از برش در محل مغزه‌ها انجام گیرد. به شرط اینکه قطر مغزه‌ها بزرگتر از 100 میلیمتر باشد و انتهای آن‌ها قبل از آزمون به طور مناسب آماده شود، امکان کالیبراسوین مناسب باید فراهم باشد، هر چند معمولا تنها دامنه مقاومت محدودی را در بر خواهد گرفت. اگر استفاده از مغزه‌هایی با قطر کوچکتر ضروری باشد، ممکن است استفاده از مبدل‌های فرکانس بالا لازم باشد و دقت مقاومت نهایی نیز کاهش خواهد یافت .

از اینرو، لگاریتم مقاومت مکعب در مقابل سرعت پالس در مورد یک بتن خاص، خطی است. بنابراین استفاده از منحنی نمونه‌های مرجع برای نتیجه‌گیری از طیف محدودی از نتایج مغزه‌ها امکانپذیر است. بتن ساخته شده از سنگدانه‌های سبک احتمالا در یک میزان مقاومت معین، سرعت پالس کمتری را نشان می‌دهد. در این شکل اثر ذرات سبک وزن (All-Lytag) را می‌توان مشاهده کرد. همچنین باید متذکر شویم در مورد سبک‌‌ترین سنگدانه‌ها، تغییرپذیری مقادیر اندازه‌گیری شده احتمالا کاهش خواهد یافت.

نظریه انتشار پالس در داخل بتن

 

ضربه بر یک حجم جامد، سه نوع موج تولید می‌کند. امواج سطحی دارای جابجایی ذرات بیضوی، کندترین امواج هستند در صورتی که امواج برشی و عرضی با جابجایی ذرات در زوایای قائم به سمت حرکت، سریعتر هستند. امواج طولی دارای جابجایی ذرات در جهت حرکت (که گاهی به امواج فشاری معروف است) مهم‌ترین امواج هستند زیرا سریع‌ترین موج‌ها بوده و به طور کلی اطلاعات مفیدتری ارائه می‌کنند. مبدل‌های الکترو – اکوستیکی در اصل این نوع امواج را تولید می‌کنند؛ انواع دیگر به دلیل سرعت پایین آن‌ها به طور کلی تداخل چندانی ایجاد نمی‌کند.سرعت پالس به خواص الاستیک و حجم واسطه وابسته است و از اینرو اگر حجم و سرعت انتشار موج معلوم باشد، می‌توان خواص الاستیک را ارزیابی کرد.

عوامل عملی تاثیرگذار بر نتایج اندازه‌گیری شده

 

عوامل زیادی با اندازه‌گیری‌های صورت گرفته در بتن در محل ارتباط دارد که می‌تواند بر نتایج تاثیر بگذارد.

دما: بعید است دامنه عملیاتی که در اقلیم‌های دمایی پیش‌بینی می‌شود تاثیر مهمی بر سرعت‌ پالس‌های التراسونیک داشته باشد اما اگر با دماهای حداکثر مواجه شویم، اثر آن‌ها را می‌توان برآورد کرد. این عوامل مبتنی بر کاری است که جونز و فاکائورا است و ترک خوردگی ریز داخلی احتمالی در دماهای بالا و اثر یخ زدن آب در بتن در دماهای بسیار پایین را نشان می‌دهد.

سابقه تنش: به طور کلی می‌توان پذیرفت تا زمانی که تنش تقریبا 50 درصدی مقاومت نهایی حاصل شود، سرعت پالس التراسونیک مکعب‌های آزمایشگاهی تاثیر معنی‌داری ندارد. نویسندگانی  که طبق آزمون‌ تیرها نشان داده‌اند بتن در معرض تنش خمشی مشخصات مشابهی را نشان می‌دهد، این موضوع را تایید کرده‌اند. در میزان تنش بالاتر، کاهش آشکار سرعت پالس التراسونیک ناشی از ترک‌های ریز داخلی مشاهده می‌شود که هم بر طول و هم عرض مسیر تاثیرگذار خواهد بود.

به روشنی ثابت شده است تحت شرایط خدماتی که تنش در آن به طور طبیعی از مقاومت مکعب بیشتر است، تاثیر تنش فشاری بر سرعت پالس التراسونیک معنی‌دار نیست و سرعت‌ پالس التراسونیک اعضای بتن پیش‌تنیده را می‌توان با اطمینان به کار برد. تنها در صورتی که یک عضو که به طور جدی بیش از حد تنیده شده باشد، سرعت پالس‌های التراسونیک تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. ثابت شده است اثر تنش‌های کششی به همین اندازه ناچیز است اما روی مناطق احتمالا ترک‌خورده باید با احتیاط عمل کرد حتی وقتی اندازه‌گیری‌ها با ترک‌ها موازی باشد زیرا ممکن است عرض مسیر کمتر از حد قابل قبول باشد.

طول مسیر: سرعت‌ پالس‌های التراسونیک به طور کلی تحت تاثیر طول مسیر قرار ندارد به شرط اینکه آنقدر کم نباشد که در این صورت ماهیت ناهمگون بتن ممکن است اهمیت پیدا کند. وقتی طول مسیر کوتاه باشد، محدودیت‌های فیزیکی ابزار اندازه‌گیری زمان نیز ممکن است خطاهایی داشته باشد.  حداقل طول مسیر 100 و 150 میلیمتر را به ترتیب برای بتن با حداکثر اندازه سنگدانه 20 و 40 پیشنهاد می‌کند. در سطوح قالب‌گیری نشده، حداقل طول 150 میلیمتری را برای خوانش‌ مستقیم یا 400 میلیمتری برای خوانش غیر مستقیم باید انتخاب کرد.

شواهدی وجود دارد  مبنی بر اینکه سرعت اندازه‌گیری شده با افزایش طول مسیر کاهش خواهد یافت و کاهش عادی 5 درصدی در افزایش طول مسیر تقریبا از 3 متر به 6 متر گزارش شده است زیرا در نتیجه تضعیف اجزای پالس با فرکانس بالا، آغاز پالس التراسونیک چندان به روشنی تعریف نمی‌شود. اگر در این باره تردیدی وجود داشته باشد، پیشنهاد می‌شود آزمون‌های تایید انجام شود هر چند در عملی‌ترین موقعیت‌ها بعید است طول مسیرها مشکل جدی نشان دهد.

شرایط رطوبت: سرعت پالس التراسونیک در بتن اشباع‌شده ممکن است تا 5 درصد بالاتر از سرعت پالس التراسونیک در همان بتن در شرایط خشک باشد هر چند این تاثیر در بتن با مقاومت بالا کمتر از بتن با مقاومت کم خواهد بود. بنابراین، اثر شرایط رطوبت بر سرعت پالس و مقاومت بتن عامل دیگری است که در مشکلات کالیبراسیون نقش دارد زیرا میزان رطوبت بتن به طور کلی با افزایش سن کاهش خواهد یافت. یک نمونه مرطوب سرعت پالس التراسونیک بالاتری را نشان می‌دهد به طوری که خشک کردن به کاهش سرعت پالس التراسونیک اندازه‌گیری شده نسبت به مقاومت منجر می‌شود. بنابراین واضح است مقدار منحنی‌های همبستگی مقاومت محدود به کاربرد در بتن در محل می‌شود مگر اینکه مبتنی بر پختگی مناسبی باشد.

آرماتور: در صورت وجود آرماتور اگر امکان داشته باشد باید از آن اجتناب کرد زیرا سرعت بالای پالس‌ها در فولاد همراه با کاستی‌های احتمالی تراکم در مناطق به شدت تقویت شده، عدم قطعیت قابل توجهی دارد. با این حال، اغلب شرایطی وجود خواهد داشت که در آن اجتناب از فولاد تقویتی نزدیک مسیر پالس التراسونیک امکانپذیر نیست و آنگاه اصلاح مقادیر اندازه‌گیری شده ضرورت خواهد داشت. ایجاد اصلاحات آسان نیست و تاثیر فولاد می‌تواند خواص بتن را تحت‌الشعاع قرار دهد به طوری که اطمینان در برآورد سرعت پالس‌های بتن کاهش خواهد یافت.

سرعت پالس التراسونیک در واسطه فولاد بی‌نهایت نزدیک به 5.9 کیلومتر بر ثانیه است اما ثابت شده است با قطر تیر تا 5.1 کیلومتر بر ثانیه در امتداد طول یک تیر تقویت 10 میلیمتری در هوا، کاهش می‌یابد. به علاوه، سرعت در امتداد یک تیر تعبیه شده در بتن تحت تاثیر سرعت پالس التراسونیک در بتن و شرایط پیوند بین فولاد و بتن قرار می‌گیرد.

افزایش آشکار سرعت پالس التراسونیک در یک عضو بتن به نزدیکی اندازه‌ تیرهای تقویتی، قطر و تعداد تیرها و جهت‌گیری آن‌ها با توجه به مسیر انتشار بستگی دارد. افزایش در صورتی اتفاق خواهد افتاد که اولین پالس التراسونیک برای رسیدن به مبدل گیرنده تا حدودی در بتن و تا حدودی در فولاد حرکت کند. ضرایب همبستگی که در اصل RILEM  مطرح کرده است مقدار متوسط ثابتی را برای سرعت پالس التراسونیک در فولاد در نظر گرفته و حداکثر تاثیر احتمالی فولاد را مطرح می‌کند. روشی که اتخاذ کرده است مبتنی بر کار تجربی گسترده نویسندگان  بوده و قطر تیر را به حساب آورده، اصلاحات کمتری را ایجاب می‌کند.برای اهداف عملی، در سرعت‌ پالس التراسونیک 4.0 کیلومتر بر ثانیه یا سرعت‌های بالاتر در بتن، تیرهای دارای قطر 20 میلیمتری که به صورت عرضی به مسیر پالس حرکت می‌کند هیچ تاثیر معنی‌داری بر مقادیر اندازه‌گیری شده نخواهد داشت اما تیرهای دارای قطر بزرگتر از 6 میلیمتر که در امتداد این مسیر حرکت می‌کند ممکن است اثر معنی‌داری داشته باشد.

 

ابزار سرعت پالس و کاربرد آن

 

ابزار آزمون باید وسیله‌ای برای تولید پالس التراسونیک فراهم کند که آن را به بتن فرستاده، پالس التراسونیک را دریافت و تقویت کرده و مدت آن را نشان می‌دهد.

پالس‌های التراسونیک ولتاژ تکراری به صورت الکترونیکی تولید شده و به وسیله مبدل انتقال‌دهنده، به انفجار موجی انرژی مکانیکی تبدیل می‌شوند که باید از طریق یک واسطه مناسب به سطح بتن متصل شود. یک مبدل گیرنده مشابه نیز در یک فاصله معلوم از فرستنده به بتن متصل شده و انرژی مکانیکی دوباره به پالس الکتریکی با همان فرکانس تبدیل می‌شود. دستگاه زمانبندی الکترونیکی، فاصله زمانی بین آغاز و دریافت پالس التراسونیک را اندازه‌گیری می‌کند و روی نوسان‌نما یا به صورت بازخوانی دیجیتالی نمایش داده می‌شود. این ابزار باید بتواند زمان انتقال را با دقت 1٪± اندازه‌گیری کند. برای اطمینان از آغاز پالس التراسونیک تند، زمان خیز پالس التراسونیک الکترونیک به فرستنده باید کمتر از یک چهارم مدت طبیعی آن باشد. فرکانس تکرار پالس التراسونیک باید آنقدر کم باشد که از تداخل بین پالس‌های التراسونیک متوالی جلوگیری کند و عملکرد باید در یک محدوده شرایط جوی و عملیاتی معقول حفظ شود.

مبدل‌ها با فرکانس طبیعی بین 20 و 150 کیلوهرتز برای استفاده در بتن مناسب‌تر هستند. این مبدل‌ها ممکن است از هر نوعی باشد هر چند بلور فیزوالکتریکی متداول‌ترین نوع آن است. اندازه‌گیری زمان بر مبنای شناسایی پالس موج فشاری است که اولین بخش آن ممکن است صرفا دامنه بسیار کوچکی داشته باشد. اگر نوسان‌سنج مورد استفاده قرار گیرد، پالس التراسونیک دریافتی تقویت شده و آغاز آن به عنوان نقطه مماس بین منحنی سیگنال و خط مبنای زمان افقی به شمار می‌رود در حالی که در صورت استفاده از ابزارهای دیجیتالی، پالس تقویت شده و طوری شکل می‌گیرد که تایمر را از یک نقطه روی لبه پالس به کار می‌اندازد.

تعدادی از ابزارهایی که به صورت تجاری تولید می‌شود در سال‌های اخیر در دسترس قرار گرفته است که این نیازها را برآورده می‌کند. متداول‌ترین این ابزارها V-meterتولید آمریکا  و PUNDIT (تستر التراسونیک قابل حمل با نمایشگر دیجیتالی) تولید انگلیس است. این دو ابزار شباهت‌های زیادی دارد: اندازه هر دو 180×110×160 میلیمتر و ‌وزن آن‌ها 3 کیلوگرم است و دارای نمایشگر دیجیتالی هستند. باتری‌های قابل شارژ نیکل – کادمیوم بیش از نه ساعت کار مداوم را میسر می‌کند. شارژ فعلی هر دو ثابت است که شارژ مجدد از منبع شبکه a.c. را میسر می‌کند و همچنین به واسطه یک واحد منبع تغذیه شبکه می‌توان به طور مستقیم آن را به کار انداخت. برای استفاده در آزمایشگاه، می‌توان یک واحد آنالوگ را افزود و برای کنترل تجربی مداوم می‌توان آن را به نوبه خود به یک دستگاه ضبط متصل کرد. یک ابزار دیگر شامل یک نوسان‌سنج است و کنترل دامنه را میسر می‌کند.

مشخصات نوار فولادی معلوم است و هر بار که مورد استفاده قرار گیرد برای تنظیم صفر ابزار به وسیله واحد کنترل تاخیر متغیر بکار می‌رود.صفحه نمایش یک بلور مایع چهار رقمی است و خوانش زمان انتقال مستقیم را به میکروثانیه نشان می‌دهد. طیف وسیعی از مبدل‌ها بین 24 و 200 کیلوهرتز موجود است، هر چند نسخه‌های 54 و 82 کیلوهرتز به طور طبیعی برای تست آزمایشگاهی یا آزمون بتن در محل مورد استفاده قرار خواهد گرفت. انواع ضد آب یا حتی عمق دریای این مبدل‌ها نیز موجود است. جایگزین دیگر، مبدل پروب تصاعدی است که یک نقطه تماس ایجاد می‌کند و نسبت به مبدل‌های مسطح در سطوح ناهموار یا خمیده دارای مزایای عملیاتی هستند. این ابزار مقاوم بوده و به همراه یک محفظه حامل برای استفاده در سایت ارائه می‌شود. وقتی طول مسیر زیاد در سایت مطرح باشد،‌ تقویت‌کننده‌های سیگنال نیز در دسترس است و محدوده دمای محیط قابل قبول 45-0 درجه سانتیگراد عملا باید قسمت عمده محل را دربر گیرد.

طرز کار نسبتا آسان است اما اگر بخواهیم نتایج قابل اطمینانی بدست آوریم به دقت بسیار زیادی نیاز دارد. اتصال آکوستیک مناسب بین سطح بتن و سطح مبدل یک ضرورت است و این امر به وسیله یک واسطه نظیر وازلین، صابون مایع یا گریس میسر می‌شود. بسته‌های هوایی باید حذف شود و این نکته حائز اهمیت است که تنها یک لایه جداکننده نازک وجود دارد و هر گونه لایه مازاد را باید حذف کرد. ثابت شده است یک واسطه سبک نظیر وازلین یا صابون مایع بهترین واسطه برای سطوح صاف است اما برای سطوح ناهموارتری که در مقابل شاترهای صاف قالب‌گیری نشده است گریس غلیظ  پیشنهاد می‌شود. اگر سطح بسیار ناهموار یا ناصاف باشد، ساییدن یا تهیه با خمیر ملات پاریس یا زودگیر ممکن است برای ایجاد یک سطح صاف برای کاربرد مبدل ضروری باشد. با برداشتن کامل و کاربرد مجدد مبدل‌ها برای بدست آوردن حداقل مقدار زمان انتقال، تکرار خوانش‌ها اهمیت دارد. با اینکه ادعا می‌شود این ابزار اندازه‌گیری تا 0.1± میکروثانیه دقیق است، اگر بخواهیم به دقت زمان انتقال 0.1±  دست یابیم، معمولا ممکن است بدست آوردن یک خوانش تا 0.7±  در طول مسیر 300 میلیمتری لازم باشد که تنها با دقت زیاد در شیوه اندازه‌گیری می‌توان به آن دست یافت و هرگونه خوانش نامفهوم طی آزمون در صورت لزوم باید با دقت ویژه تا حذف هر منبع ارتعاش دیگر،‌هر چند خفیف، تکرار شود.

طول مسیر را نیز باید با دقت 0.1± اندازه‌گیری کرد. این کار در مورد مسیرهای حدود 500 میلیمتری چندان دشوار نیست اما برای مسیرهای کوتاه‌تر، استفاده از کولیس پیشنهاد می‌شود. ابعاد اسمی عضو که در نقشه‌ها آمده است به ندرت کافی است.

ترتیب مبدل: مبدل‌ها را می‌توان به سه روش اصلی مرتب کرد. این روش‌ها عبارتند از:

(الف) وجوه مقابل (انتقال مستقیم)

(ب) وجوه مجاور (انتقال نیمه مستقیم)

(ج) وجه یکسان (انتقال غیرمستقیم).

انتخاب مبدل: فرکانس طبیعی مبدل‌هایی که بیشترین کاربرد را دارند 54 کیلوهرتز است. سطح آن‌ها صاف و قطر آن‌ها 50 میلیمتر است و لذا در یک مساحت قابل توجه تماس مناسب باید تضمین شود. با این حال، استفاده از مبدل پروب که فقط تماس نقطه‌ای ایجاد کرده و به هیچ عملیات سطحی یا کوپلنت نیاز ندارد دارای مزایایی است. صرفه‌جویی در زمان ممکن است قابل توجه باشد و دقت طول مسیر در خوانش‌های غیر مستقیم را می‌توان افزایش داد اما متاسفانه این نوع مبدل به فشار اپراتور حساس‌تر است. ثابت شده است عملکرد گیرنده‌ها در این زمینه رضایت‌بخش است اما توان سیگنال که از این نوع مبدل فرستنده فراهم می‌شود آنقدر کم است که استفاده از آن معمولا برای آزمون در محل عملی نیست. گیرنده پروب تصاعدی که قطر نوک آن 6 میلیمتر است، ممکن است در سطوح بسیار ناهموار نیز مفید باشد که در غیر اینصورت کارهای مقدماتی ممکن است ضرورت داشته باشد.

مهم‌ترین عواملی که احتمالا انتخاب فرکانس مبدل جایگزین را ایجاب می‌کند با ابعاد عضو مورد آزمون ارتباط دارد. در مورد اعضای کوچک مشکلاتی پیش می‌آید زیرا واسطه مورد آزمون را نمی‌توان به طور موثر نامحدود تصور کرد. این امر زمانی روی می‌دهد که عرض مسیر کمتر از طول موج λ باشد. از آنجا که λ سرعت پالس یا فرکانس ارتعاش است، در نتیجه کمترین ابعاد جانبی باید برآورده شود. به همین ترتیب اندازه سنگدانه باید کمتر از λ باشد تا از کاهش انرژی موج و اتلاف احتمالی سیگنال در گیرنده جلوگیری کند هر چند این موضوع معمولا مساله‌ای ایجاد نخواهد کرد. با اینکه به دلیل خروجی انرژی پایین‌تر مربوط به فرکانس بالاتر، استفاده از فرکانس‌های بالاتر می‌تواند حداکثر طول مسیر قابل قبول (10 متر به ازای 54 کیلوهرتز تا 3 متر به ازای 82 کیلوهرتز) را کاهش دهد، این مساله را می‌توان با استفاده از یک تقویت‌کننده سیگنال ارزان قیمت رفع کرد.

کالیبراسیون ابزار: برای تنظیم خوانش صفر در ابزار قبل از استفاده، تاخیر زمانی را باید تنظیم کرد و همچنین باید به طور منظم طی هر دوره استفاده و در پایان آن کنترل کرد. هر مبدل و مشخصات اصلی مربوط به آن بر این تنظیم تاثیر خواهد گذاشت که با کمک نوار مرجع فولاد کالیبره انجام می‌شود که زمان انتقال آن حدود μs 25  است. خوانش به وسیله این نوار  به شیوه معمولی صورت می‌گیرد که تضمین می‌کند تنها یک لایه نازک کوپلنت، نوار و مبدل‌ها را جدا می‌کند. همچنین پیشنهاد می‌شود دقت این ابزار در اندازه‌گیری زمان انتقال با اندازه‌ آن در یک نمونه مرجع دوم ترجیحا با زمان انتقال حدود  μs100 بررسی شود.

 

قابلیت اطمینان و محدودیت‌ها

 

تصور می‌شود اندازه‌ سرعت پالس التراسونیک روش ارزشمند و مطمئنی برای بررسی درون بدنه بتن به شیوه کاملا غیرمخرب است. ابزار پیشرفته مقاوم، در حد معقول ارزان بوده و کار با آن آسان و حتی در شرایط سایت قابل اطمینان است؛ با این حال، نمی‌توان بیش از حد تاکید کرد که اپراتورها باید کاملا آموزش‌دیده و به عوامل تاثیرگذار بر خوانش‌ها آگاه باشند. به همین ترتیب لازم است مهندسان باتجربه‌ای که با این تکنیک آشنا هستند نتایج را کاملا ارزیابی و تفسیر کنند. برای اهداف مقایسه‌ای، این روش چند محدودیت دارد غیر از زمانی که دو وجه مخالف یک عضو در دسترس نباشد. این روش تنها روش تعیین اندازه ترک‌خوردگی درون بتن است که به راحتی در دسترس است؛ با این حال، وقتی بتن مرطوب باشد، استفاده برای شناسایی شکستگی‌های درون بتن قابل اطمینان نیست.

متاسفانه کاربرد این روش با حداقل اطمینان در برآورد مقاومت بتن است. عوامل تاثیرگذار بر کالیبراسیون آنقدر زیاد است که حتی تحت شرایط ایده‌آل با کالیبراسیون خاص، بعید است حدود 95٪ اطمینان بهتر از 20٪± را بتوان برای پیش‌بینی مقاومت مطلق بتن در محل تحقق بخشید. با اینکه ممکن است شرایطی پیش آید که از این روش برای پیش‌بینی مقاومت استفاده کرد، اما این کار پیشنهاد نمی‌شود. به مراتب بهتر است توجه بر استفاده از این روش برای مقایسه بتن ظاهرا مشابه احتمالا همراه با نوع دیگری از آزمون معطوف شود به جای اینکه به کاربردهایی مبادرت کنیم که غیر قابل اطمینان بوده و لذا با تردید به آن‌ها نگریسته می‌شود.

 

دستگاه Ultrasonic

 

دستگاه Ultrasonic قادر است عیوب یا ناپیوستگی های ریز که معادل نصف طول موجش است را نشان دهد .

در مقابل ترنس ویوسر دستگاه 3 ناحیه وجود دارد :

• Far field
• Near field
• Dead zone
• منطقه Near zone مکانی است که اگر ناپیوستگی ها در این منطقه قرار گیرند بصورت واضح و دقیق توسط دستگاه قابل تشخیصنمی باشد (این یکی از معایب روش UT می باشد).
• منطقه Far field or Far zone منطقه ای است که عیوب با دقت بالایی قابل تشخیص می باشند در این منطقه صوت حالت واگرایی دارد که این زاویه واگرایی به عواملی چون طول موج و قطر کریستال پراب و فرکانس وابسته می باشد که با طول موج رابطه مستقیم و با فرکانس و قطر کریستال پراب رابطه معکوس دارد .

توضیحاتی درباره پراب ها و دستگاه های ultrasonic

دستگاه های آنالوگ و دیجیتال و پراب های Angle و Normal

دستگاه های به دوصورت تقسیم می شوند :

آنالوگ

در صنعت کاربرد چندانی ندارند بدلیل آنکه سرعت کارکردن با دستگاه کم است . ازاین دستگاه بیشتر در آموزش های Ultrasonic testing و کارهای آزمایشگاهی استفاده می شود .

دیجیتال

بدلیل راحت و آسان بودن سیستم دستگاه و سرعت بالا برای کار, از این نوع دستگاه در صنعت استفاده می شود.

 

انواع پراب ها

 

Angle (پراب های زاویه دار): اغلب استفاده این پراب در تست و بازرسی جوش است.

Normal (پراب های نرمال): اغلب استفاده این پراب ها برای تست و بازرسی سطوح است و برای تست جوش استفاده نمی شود .

Pulse – Echo (برگشت صوت): در این روش تنها یک پراب استفاده می شود که هم فرستنده و هم گیرنده صوت است

(Through Transmission) انتقال صوت: در این روش 2 پراب استفاده می شود که یکی فرستنده و دیگری گیرنده صوت است .

نوع انتقال صوت در پراب ها به دو صورت است :

 

• پالس کوتاه Short pulse
• موج متوالی Continuous wave