شبیه سازی تمرکز امواج آلتراسونیک آرایه فازی به‌منظور یافتن عیوب در جوش فلزات غیرهمجنس

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، خوزستان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، خوزستان، ایران

چکیده

آزمون آلتراسونیک یکی از روش‌های کارآمد و مقرون به صرفه به‌جهت بازرسی اتصالاتی همچون جوش است. در مراکز هسته‌ای از جوش فریتی-آستنیتی برای اتصال لوله‌های از جنس فولاد آستنیتی به بدنۀ راکتور که از جنس فولاد فریتی است، استفاده می‌شود. ناهمگن و ناهمسانگرد بودن محیط جوش موجب انحراف و تضعیف امواج منتشر شده می‌شود. این موضوع سبب کاهش دامنۀ اکوی عیوب و نتیجتاً کاهش احتمال کشف آنها در جوش می‌شود. لذا از روش آرایه فازی به‌دلیل توانایی تمرکز امواج برای بازرسی جوش فریتی-آستنیتی استفاده می‌شود. روش تمرکز معمولی از جمله روش‌های موجود به‌جهت تمرکز امواج در مواد همگن و همسانگرد است. لذا، از این روش در محیط‌های ناهمگن و ناهمسانگردی همچون جوش فریتی-آستنیتی نمی‌توان استفاده کرد. بر همین اساس، در این پژوهش روش تمرکز معمولی به‌منظور تمرکز امواج در محیط‌های ناهمگن و ناهمسانگرد توسعه داده شده است. بمنظور صحت سنجی روش توسعه یافته، نتایج حاصل از شبیه سازی روش تمرکز معمولی توسعه یافته بر عیب موجود در بلوک فولادی و جوش فریتی-آستنیتی با نتایج روش تمرکز تطبیقی مقایسه شده‌اند. نتایج بدست آمده از شبیه سازی روش تمرکز معمولی توسعه یافته در جوش فریتی-آستنیتی نشان از دقت بالای عملکرد این روش در متمرکز ساختن امواج در محیط‌های ناهمگن و ناهمسانگرد دارد. همچنین، مقایسه نتایج شبیه سازی روش توسعه یافته با روش آلتراسونیک معمولی نشان می‌دهد که استفاده از این روش در بازرسی جوش فریتی-آستنیتی، دامنۀ اکوی عیب را به میزان 235% افزایش می‌دهد که این موضوع نشان از تمرکز امواج در نقطۀ هدف یا همان عیب موجود در جوش است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] طاهری م و همکاران (1395) ارزیابی تغییرات فرمول‏‌بندی لاستیک با اندازه‌گیری سرعت امواج فراصوتی. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 294-285 :(1)6.  

[2]  Yuan C, et al. (2016) Ultrasonic phased array detection of internal defects in composite insulators. IEEE Trans. Dielectr Electr Insul 23(1): 525-531.

[3]  Olympus NDT (2017) Advances in phased array ultrasonic technology applications. 2nd edn. Olympus Scientific Solutions Americas.

[4]  Gezaei Abera A, et al. (2018) Prediction of grain orientation in dissimilar metal weld using ultrasonic response of numerical simulation from deliberated scatterers. Int J Press Vessel Pip 168: 1-10.

[5] قاقانی م (1389) بررسی متالورژیکی جوش پذیری فلزات غیرهمجنس در حالت ذوبی. چاپ اول، سبزان، تهران.

[6]  Singh RKR, et al. (2018) Friction stir welding of nuclear grade SA508Gr.3Cl.1 and SS304LN dissimilar steels. Proc. Inst Mech Eng Part C J Mech Eng Sci 232(21): 3814-3822.

[7]  Ye J, et al. (2011) Model-based simulation of focused beam fields produced by a phased array ultrasonic transducer in dissimilar metal welds. NDT&E Int 44(3): 290-296.

[8]  Rathod, et al. (2014) Metallurgical characterization and diffusion studies of successively buttered deposit of Ni–Fe alloy and Inconel on SA508 ferritic steel. ISIJ Int 54(8): 1866-1875.

[9]  Rathod DW, et al. (2015) Experimental analysis of dissimilar metal weld joint: Ferritic to austenitic stainless steel. Mater Sci Eng 639: 259-268.

[10] Szávai S, et al. (2016) Modeling of phased array ultrasonic inspection of a steam generator dissimilar metal weld. Procedia Struct Integr 2: 1015-1022.

[11] Beardsley B, et al. (1995) A simple scheme for self-focusing of an array. J Nondestruct Eval 14(4): 169-179.

[12] Azar L, et al. (2000) Beam focusing behavior of linear phased arrays. NDT&E Int 33(3): 189-198.

[13] Weston M, et al. (2012) Time efficient auto-focusing algorithms for ultrasonic inspection of dual-layered media using Full Matrix Capture. NDT&E Int 47: 43-50.

[14] Holmes C, et al. (2005) Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit–receive array data for non-destructive evaluation. NDT&E Int 38(8): 701-711.

[15] Ogilvy JA (1985) Computerized ultrasonic ray tracing in austenitic steel. NDT Int 18(2): 67-77.

[16] Kim, et al. (2016) Simulation based investigation of focusing phased array ultrasound in dissimilar metal welds. Nucl Eng Technol 48(1): 228-235.

[17] Chen J, et al. (2015) Simulation and experiment for the inspection of stainless steel bolts in servicing using an ultrasonic phased array. Nondestruct. Test Eval 30(4): 373-386.

[18] Cunningham LJ, et al. (2016) The detection of flaws in austenitic welds using the decomposition of the time-reversal operator. Proc R Soc A Math Phys Eng Sci 472(2188): 20150500.

[19] Shivaprasad S, et al. (2018) Modeling and simulation of ultrasonic beam skewing in polycrystalline materials. Int J Adv Eng Sci Appl Math 10(1): 70-78.

[20] افتخاری شهری س و همکاران (1393) طراحی سیستم هیدروفرمینگ لوله همراه با ارتعاشات آلتراسونیک قالب. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 148-135 :(1)5.   

[21] Drozdz MB (2008) Efficient finite element modeling of ultrasound waves in elastic media. Imperial College London.

[22] Rose JL (2014) Ultrasonic Guided waves in solid media. 1st edn. Cambridge Press, London.

[23] Kolkoori SR, et al. (2013) Ultrasonic field profile evaluation in acoustically inhomogeneous anisotropic materials using 2D ray tracing model: Numerical and experimental comparison. Ultrasonics 53(2): 396-411.

[24] Tabatabaeipour SM, Honarvar F (2010) A comparative evaluation of ultrasonic testing of AISI 316L welds made by shielded metal arc welding and gas tungsten arc welding processes. J Mater Process Technol 210(8): 1043-1050.