مطالعه عددی استفاده از تمرکز امواج فراصوت به روش آرایه‌فازی در بازرسی اتصالات لوله‌های پلی‌اتیلنی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

3 محقق، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراک

10.22044/jsfm.2023.12981.3727

چکیده

بازرسی اتصالات لوله‌های پلی‌اتیلنی به دلیل کاربرد فراوان در شبکه‌های انتقال آب، گاز و مواد شیمیایی، اهمیت زیادی در صنایع مختلف دارد. از میان روش‌های بازرسی غیرمخرب، فراصوت مناسب‌ترین روش برای این نوع اتصالات است. به سبب جنس پلیمری این اتصالات و درنتیجه تضعیف زیاد موج، این نوع بازرسی با چالش‌هایی همراه است. استفاده از بازسی فراصوت به روش آرایه فازی به سبب تمرکز موج و ایجاد نقاط پرانرژی در محل اتصالات، راه حل جایگزینی برای روشهای معمول است. در این مقاله با استفاده از روش المان محدود، بازرسی فراصوت به روش معمول و نیز به روش آرایه فازی برای پایش اتصالات لوله‌های پلی اتیلنی شبیه‌سازی شده است. انواع عیوب احتمالی بررسی شده و اثر آن در سیگنال بازتاب مشخص شده است. با استفاده از روش عددی بر پایه شبیه‌سازی‌های متوالی، سیگنال بازتاب در روش آرایه فازی تحلیل شده است. نتایج نشان داد افزایش تعداد پیزوها سبب افزایش بهبود عملکرد پروب و همچنین افزایش تمرکز موج مکانیکی را تا 160 درصد برای 32 المان و 270 درصد برای 64 المان نسبت به پروبی با 16 پیزوالکتریک به همراه خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Maclennan, D., Pettigrew, I. G., & Bird, C. R. (2012, April). Plastic Fantastic?–An NDE inspection solution for HDPE butt welds. In 18 th World Conference in Non-Destructive Testing, Durban, South Africa (pp. 16-20).‏
[2] Bowman, J. (1997). A review of the electrofusion joining process for polyethylene pipe systems. Polymer Engineering & Science, 37(4), 674-691.‏
[3] Hekun, C., Zheng, C., Hong, C., & Yang, F. (2012, April). Ultrasonic phased array inspection on PE pipe heat fusion joints and electr-fusion joints. In 18 th World Conference in Non-Destructive Testing, Durban, South Africa (pp. 16-20).‏
[4] Frederick, C., Porter, A., & Zimmerman, D. (2010). High-density polyethylene piping butt-fusion joint examination using ultrasonic phased array. J. pres. Ves. Tech., 132(5).‏
[5] Shi, J., Zheng, J., & Guo, W. (2011). Formation mechanism of the eigen-line in electrofusion joints of polyethylene pipes. J. pres.. ves. Techno., 133(5).
[6] Maclennan, D., Pettigrew, I. G., & Bird, C. R. (2012, April). Plastic Fantastic?–An NDE inspection solution for HDPE butt welds. In 18 th World Conference in Non-Destructive Testing, Durban, South Africa (pp. 16-20).
[7] Hagglund, F., Robson, M., Troughton, M. J., Spicer, W., & Pinson, I. R. (2014, October). A novel phased array ultrasonic testing (PAUT) system for on-site inspection of welded joints in plastic pipes. In Proceedings of the 11th European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT), Prague, Czech Republic (pp. 6-10).‏ ‏
[8] Zheng, J., Hou, D., Guo, W., Miao, X., Zhou, Y., & Shi, J. (2016). Ultrasonic inspection of electrofusion joints of large polyethylene pipes in nuclear power plants. J. Pres. Ves. Tech., 138(6).
‏[9] Sheng, X., Hou, D., & Zheng, J. (2017, July). Investigation on acoustic propagation of ultrasound in polyethylene pipe used in nuclear power plant. In Pressure Vessels and Piping Conference (Vol. 57946, p. V03AT03A049). American Society of Mechanical Engineers.
 
]10[ یاره یی. (2018). طراحی و مدلسازی آزمون فراصوت آرایه فازی و شبیه سازی انتشار دسته پرتو امواج فراصوتی در ورق فلزی به کمک نرم افزار اجزای محدود آباکوس. مهندسی مکانیک و ارتعاشات, 9(2), 26-33.
]11[ حسام رحمانی، حامد ثابت، مهران روح نیا، 1398،سیستم فراصوتی آرایه فازی را برای بازرسی در محل اتصالات جوش های الکترفیوژن در لوله های پلی اتیلنی، بیستمین کنفرانس ملی جوش و بازرسی در دانشگاه شهرکرد.
]12[ فروزش, امین, ولی پور چهارده چریک و یاقوتیان, امین. (2019). شبیه سازی تمرکز امواج آلتراسونیک آرایه فازی به‌منظور یافتن عیوب در جوش فلزات غیرهمجنس. مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، 9(2), 92-77.
[13] Miao, C., Qin, Y., Guo, W., An, C., Ling, Z., & Chen, Z. (2019, July). Ultrasonic phased array inspection with water wedge for butt fusion joints of polyethylene pipe. In Pressure Vessels and Piping Conference (Vol. 58974, p.V06AT06A030). American Society of Mechanical Engineers.
[14] Tao, Y. J., Guo, W. C., Miao, C. J., & Shi, J. F. (2020, November). Study on Electrofusion Welding Process Based on Real-time Ultrasonic Phased Array Video Recording. In 2020 IEEE Far East NDT New Technology & Application Forum (FENDT) (pp. 66-70). IEEE.‏
[15] Niu, S., Bellala, V., Qureshi, D. A., & Srivastava, V. (2023). A machine learning method to characterize the crack length and position in high-density polyethylene using ultrasound. arXiv preprint arXiv:2304.11497.‏
[16] Rao, J., Tao, Y., Sun, Y., Miao, C., & Wang, W. (2023). Detection of defects in highly attenuating materials using ultrasonic least-squares reverse time migration with preconditioned stochastic gradient descent. Ultrasonics, 131, 106930.‏
[17] Li, Q., Lu, Q., Chen, Y., Su, J., & Yang, J. (2023). Effect of the ultrasonic phased array on defect detection of HDPE electro-fusion joint. In.  J. Phys.: Conference Series (Vol. 2419, No. 1, p. 012070). IOP Publishing.‏
[18] Muñoz-Rojas, P. A., Kühl, A., Mendonça, P. D., Benvenutti, I. J., & Creus, G. J. (2011). Modeling nonlinear viscoelastic behavior of high density polyethylene (HDPE): Application of stress-time equivalence versus interpolation of rheological properties. In III International Symposium on Solid Mechanics.‏
[19] Ssozi, E. N. (2014). The effect of viscoelastic deformation in pipe cracks on leakage response to variations in pressure (Master's thesis, University of Cape Town).‏
[20] Mosavi, S. S., Mazdak, S., Sheykholeslami, M. R., Sajadi, V. S., & Yousefi, P. (2021). The effects of loading path on process parameters in the free tube forming process. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: J. Eng. Manufac., 235(12), 1992-2003.‏
[21] Azar, L., Shi, Y., & Wooh, S. C. (2000). Beam focusing behavior of linear phased arrays. NDT & e International, 33(3), 189-198.‏
[22] Qi, G., Li, Y., & Ding, N. (2019, December). Measurement of acoustic basic parameters of polyethylene pipe. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 677, No. 2, p. 022050). IOP Publishing.‏