Ultrasonik Muayene Nedir?

Bu tahribatsız muayene yönteminde incelenmek istenilen malzemedeki süreksizlikleri tespit edebilmek için muayene probu tarafından üretilen yüksek frekanstaki (0.1-20 MHZ) ses üstü dalgalarının test malzemesi içerisinde yayılması ve bir süreksizliğe çarptıktan sonra tekrar proba yansıması ve böylece prob tarafından algılanması temeline dayanmaktadır. Tipik bir ultrasonik probun yapısı Şekil 1’de görülmektedir. Prob tarafından algılanan dalgalar (piezoelektrik olay ile) elektrik sinyallerine dönüştürülür ve katot ışınları tüpü ekranında malzeme içyapısının habercisi olan yankılar (ekolar) şeklinde görülür. Ekran üzerinde gözlenen ekoların konumları ve genlikleri süreksizliğin bulunduğu yer ve boyutları hakkında bilgi verir (Şekil 2 ve 3).

Şekil 1. Tipik bir ultrasonik probun yapısı

Şekil 2. Modern ultrasonik muayene cihazlarının görünümleri

Şekil 3. Ultrasonik muayene yönteminin çalışma prensibi

Metalik veya metalik olmayan malzemelerde beklenen hacimsel hatalar ile çatlak türü yüzey hatalarının tespiti için kullanılabilir. Süreksizlikler ultrasonik demete dik doğrultuda olduklarından en iyi şekilde algılanırlar, kaba taneli yapılar özellikle östenitik malzemeler için ultrasonik yöntem uygulanması zordur. Malzeme içine gönderilen yüksek frekanslı ses dalgaları ses yolu üzerinde bir engele çarpması durumunda yansırlar. Çarpma açısına bağlı olarak yansıyan sinyal alıcı proba gelebilir veya gelmeyebilir (Şekil 4). Alıcı proba ulaşan yansıyan sinyal ultrasonik muayene cihazının ekranında bir yankı belirtisi oluşturur. Yankının konumuna göre yansıtıcının muayene parçası içindeki koordinatları hesaplanabilir. Ayrıca yankının yüksekliği de yansıtıcının büyüklüğü hakkında fikir verir. Yankı sinyalinin şekline bakılarak yansıtıcının türü hakkında da bir yorum yapmak mümkün olabilir.

Şekil 4. İncelenen parça üzerindeki prob konumuna göre yansıma şekilleri

Muayene parçasında ses hızı ve ses zayıflatması özelliklerinin bölgesel olarak güçlü değişimler göstermesi durumunda doğru değerlendirme yapmak güçleşir. İri tane yapısı veya soğurma nedeniyle ses zayıflamasının çok fazla olduğu malzemelerde muayene bazen imkânsız olabilir. Muayene için ulaşılabilir durumda yeterince geniş bir yüzey hazırlanmalıdır. Yüzey durumu muayene parametrelerini doğrudan etkiler. İnce parçaların muayenesi nispeten güçtür. Ses demeti eksenine paralel konumlanmış düzlemsel süreksizliklerin tespiti mümkün olmaz. Genellikle referans standart bloklara ihtiyaç vardır. Bu bloklar toplu olarak Şekil 5’de görülmektedir. Yüksek frekanslı ses dalgaları prob adı verilen bir parça içindeki piezoelektrik özellikteki kristal tarafından üretilir. Metalik malzemelerin ultrasonik muayenesinde kullanılan frekans aralığı 500 kHz ile 10 MHz arasında olabilir. Muayene parçasının mikro yapı özelliklerine göre uygun frekans belirlenir. Prob muayene yüzeyine temas ettirildiğinde ses dalgalarının malzeme içine nüfuz edebilmesi için (sez dalgaları boşlukta yayılamaz) uygun bir temas sıvısı (yağ, gres, su, vb.) kullanılmalıdır. Prob muayene yüzeyinde gezdirilerek parça geometrisinden kaynaklanan yankıların konumları ve yükseklikleri değerlendirilerek hata çözümlemesi yapılır. Ultrasonik muayene için en yaygın kullanılan dalga türleri boyuna (basınç) ve enine (kesme) dalgalardır. Normal prob denilen sıfır derece giriş açısına sahip problarla çalışılırken malzeme içinde ilerleyen dalgalar boyuna dalgalardır. Açılı problar ise malzeme içine genellikle 45°, 60° ve 70° giriş açısı ile (bu değerler çelik malzeme içindir) enine dalgalar gönderir.

Şekil 5. Ultrasonik muayenede kullanılan çeşitli kalibrasyon blokları

Üç temel ultrasonik tekniği yaygın olarak kullanılmaktadır:

1. Darbe-yankı ve transmisyon yöntemi

• Darbe-yankı testinde, bir prob bir enerji darbesi gönderir ve aynı veya ikinci bir prob yankı olarak da bilinen yansıyan enerjiyi alır. Darbe yankı özellikle malzemenin sadece bir tarafı erişilebilir olduğu zamanlarda etkilidir.
• Transmisyon yöntemi numunenin karşılıklı tarafları üzerindeki iki dönüştürücü kullanılarak gerçekleştirilir. Biri verici olarak diğeri de alıcı olarak görev görür. Transmisyon yöntemi yansıtıcılar iyi olmadığında ve sinyal kuvveti zayıf olduğunda süreksizlikleri tespit etmekte faydalıdır.
  • Normal / Açılı Demet– Normal demet testi, yüzeye 90 derecelik açıyla uygulanan bir ses demetini kullanırken açılı demet numuneye 90 derecelik açıdan farklı bir açıyla uygulanan bir demeti kullanır. İkisi arasındaki seçim aşağıdakilere bağlı olarak yapılır:
• Sesin özellikten en büyük yansımayı üretebilmesi için ilgi özelliğinin uyumu
• Numune yüzeyi üzerindeki kaçınılması gereken engeller
  • Temas ve Daldırma– Malzemede yararlı seviyelerde ses enerjisi almak için, prob ve numune arasındaki hava giderilmelidir. Bu kaplin olarak adlandırılır. İki tür kaplin kullanılmaktadır:
• Temas testinde, su, yağ veya jel gibi bir temas maddesi prob ve numune arasına uygulanır.
• Daldırma testinde, numune ve prob bir su banyosuna yerleştirilir. Bu sürekli kaplini sağlarken probun daha iyi hareket etmesini sağlar.

En yaygın Ultrasonik uygulamalardan bazıları:

• Hata tespiti (çatlaklar, cüruflar, gözenek, katmanlara ayrılma, vb.)
• Erozyon / Korozyon kalınlık ölçümü
• Yapışma bütünlüğünün değerlendirilmesi
• Metallerde tane boyutu tahmini
• Kompozitlerde ve plastiklerde boşluk içeriği tahmini

Ultrasonik muayeneden bilgiler çok sayıda formatta sunulabilir:

• A-Tarama bir zaman fonksiyonu olarak alınan ultrasonik enerji miktarını gösterir
• B-Tarama bir numunenin profil görünümünü (en kesit) gösterir
• C-Tarama numune ve süreksizliklerin bir üstten görünümünü gösterir
• Hibrit / Dikiş, bir numunenin hasarlı alanlarının daha net bir resmini göstermek üzere birlikte dokunan C-Tarama görünümleriyle birlikte A ve/veya B Tarama görünümleriyle C-Taramanın bir üstten görünümünü gösterir. Söz konusu dikiş görünümleri daha büyük numuneler ve yüzey alanları için kullanılır.

Ultrasonik muayenenin başlıca avantajlarından bazıları:

• Yüzey ve yüzey altı bozukluklarını tespit eder
• Diğer test yöntemlerine karşı penetrasyon derinliği üstündür
• Darbe-yankı tekniğiyle sadece tek taraflı erişime izin verir
• Süreksizlik boyutu ve şeklinin tahminine ilişkin yüksek doğruluk
• Minimum numune hazırlığı gereklidir
• Elektronik donanım kullanılarak elde edilen anlık sonuçlar
• Ayrıntılı görüntüler otomatik sistemlerle elde edilebilir.