Titanyum Çubuklar Neden Hacimsel Kusur Tespiti Gerektirir?
Titanyum ve alaşımları kabaca 4,43 g/cm3 yoğunluğu yüksek spesifik güç ve mükemmel korozyon direnciyle birleştirir; bu nedenle çubuk, çubuk ve tel uçak bağlantı elemanları, tıbbi implantlar, pompa milleri, ısı eşanjörü boruları ve kimyasal proses donanımlarında yaygın olarak kullanılır. Titanyum çubuk normalde kimya ve mekanik özellikleri kontrol eden ancak tek başına çubuğun iç kısmının sağlam olduğunu kanıtlamayan bir spesifikasyon olan ASTM B348'e göre sipariş edilir. Bu nedenle havacılık, tıbbi ve nükleer satın alma siparişleri, malzeme spesifikasyonunun üstüne bir ultrasonik kabul sınıfı ekler.
Bunun nedeni iç süreksizliklerdir. Sert alfa kalıntıları, büzülme boşlukları, dövme bindirmeleri ve merkez hattı gözenekliliği, herhangi bir görünür yüzey belirtisi oluşturmadan haddeleme ve dövme işlemine dayanabilir, ancak bunlar, yorulma açısından kritik parçalarda gerilim artırıcı olarak görev yapar. Ultrasonik test, bu tür özellikleri hacimsel olarak tespit eder, çünkü megahertz frekanslı ses, katı titanyum boyunca düşük zayıflamayla yayılır ve akustik empedansın değiştiği her yerde, örneğin bir boşlukta, bir çatlakta veya bir kalıntıda güçlü bir şekilde yansıtır.
Ultrasonik Yöntem Nasıl Çalışır?
Endüstriyel denetim, düşük megahertz aralığındaki, genellikle 2,5 MHz ila 10 MHz aralığındaki dalgaları kullanır. Daha yüksek frekanslar daha kısa dalga boyları, daha iyi çözünürlük ve daha dar bir ışın sağlar, ancak tane yapısı tarafından daha fazla saçılırlar; düşük frekanslar daha az yapısal gürültüyle daha kalın bölümlere nüfuz eder. Dövme veya haddelenmiş bir titanyum çubuk için dalga boyu, milimetre ölçeğindeki reflektörleri çözecek kadar kısadır ve aşırı zayıflama olmadan mikro yapıdan geçecek kadar uzun kalır.
İki ölçüm incelemeyi yönlendirir. Yankının uçuş süresi, malzemenin ses hızı ile birleştiğinde, derinlik=hız x zaman / 2 ilişkisinden reflektörün derinliğini verir; burada iki faktörü gidiş dönüş için geçerlidir. Geri dönen sinyalin genliği, yansıtan yüzeyin boyutuyla ilişkilidir, dolayısıyla daha büyük bir süreksizlik daha fazla enerji döndürür. Bir kusurun eşdeğer boyutu, bilinen geometriye sahip referans reflektörlerle oluşturulmuş bir genlik-mesafe eğrisinden okunur.
Titanyum alaşımlarında boyuna dalga hızı yaklaşık 6.100 m/s, Ti-6Al-4V kalitesi için ise kayma dalgası hızı yaklaşık 3.100 m/s'dir. Bu değerler aynı kalitedeki bir referans bloğu üzerinde ölçülür çünkü hız alaşım içeriğine, dokuya ve ısıl işleme göre biraz değişir ve yüzde bir hız hatası yüzde bir derinlik hatasına dönüşür.
Dalga Modları ve Prob Seçimi
| Dalga modu | Tipik frekans | Algılama hedefi |
|---|---|---|
| Boyuna, düz ışın | 2,5 ila 10 MHz | İç boşluklar, kalıntılar, merkez hattı gözenekliliği |
| Kesme, açılı ışın | 2 ila 5 MHz, 45 ila 70 derece takozlar | Radyal çatlaklar, bindirmeler, yüzey altı kusurları |
| Yüzey dalgası | 2 ila 5 MHz | Bitmiş çubukta yüzey kırılma kusurları |
| Çift elemanlı, düz ışın | 2 ila 5 MHz | Giriş yüzüne yakın yüzey bölgelerine yakın |
Prob seçimi ürünün geometrisine göre yapılır. Küçük çaplı çubuk, giriş yüzeyi yakınındaki ölü bölgeyi azaltan odaklanmış veya çift elemanlı problardan yararlanırken, büyük çaplı çubuk, silindirik yüzeyden ve her iki uçtan çalışan bir dizi düz ve açılı ışın probuyla denetlenir. Kuplaj seçimi de önemlidir: su, hafif yağ ve gliserin kullanılır ve kuplaj kaybının uzun bir tarama sırasında sürüklenmemesi için kuplajın yüzeyi tutarlı bir şekilde ıslatması gerekir.
Kalibrasyon ve Kabul Kriterleri
Temaslı darbe eko taraması, temas yöntemiyle darbe eko ultrasonik muayenesini tanımlayan ve cihazın doğrusallığını, kalibrasyon aralıklarını ve tarama kapsamını kapsayan ASTM E114'ü takip eder. Referans blokları, hassasiyeti ayarlamak ve mesafe genlik eğrisini oluşturmak için kullanılan düz tabanlı delikli reflektörleri tanımlayan ultrasonik referans bloklarının üretilmesi ve kontrol edilmesi uygulaması olan ASTM E127 kapsamında üretilir ve doğrulanır.
Dövme ürünlerin ultrasonik muayenesine yönelik uygulama olan ASTM E2375, tarama hızı, kapsam ve dokümantasyon gereklilikleri de dahil olmak üzere çubuk ve kütük muayenesi için şemsiye çerçeveyi sağlar. AMS 2631, titanyum çubuğun ultrasonik muayenesi için kabul sınıflarını belirler ve uçak ve motor üreticileri tarafından yaygın olarak alıntılanır; her sınıf, izin verilen maksimum gösterge boyutunu ve belirli bir hacimdeki reddedilebilir göstergelerin sayısını sınırlar. Sınıf, kayıt seviyesi ve kabul limitlerinin tümü satın alma siparişinde belirtilmelidir, çünkü aynı çubuk bir sınıfı geçebilir ve daha sıkı bir sınıfta başarısız olabilir.
Tipik Endüstriyel Uygulamalar
Gizli bir katılımın yorulma çatlağı başlatabileceği uçak yapısal bağlantı elemanları ve motor donanımı.
Dahili sağlamlığın yorulma ömrünü ve temiz yüzey kaplamasını desteklediği tıbbi implantlar ve alet boşlukları.
Klorürlere maruz kalan kimyasal ve tuzdan arındırma tesisi şaftları ve pompa bileşenleri.
Belgelenmiş hacimsel muayene kayıtları gerektiren enerji üretimi ve nükleer kalite çubuğu.
Elektrot ve tel üretmek için kullanılan katkı maddesi üretim hammadde çubuğu.
Sıkça Sorulan Sorular
S: Titanyum çubuktaki iç kusurlar için hangi ultrasonik dalga modu en iyisidir?
Boyuna düz ışın dalgaları, iç boşluklar, kalıntılar ve merkez hattı gözenekliliği için standart seçimdir çünkü bunlar çubuğun ekseni boyunca hareket eder ve kirişe dik uzanan kusurlardan verimli bir şekilde yansıtır.
S: Kayma dalgası testine neden ihtiyaç duyulur?
Açılı ışın kesme dalgaları çapı geçer ve düz bir ışının gözden kaçırabileceği radyal ve eğik kusurları keser, böylece çoğu çubuk özelliği her iki modu da tek bir tarama dizisinde birleştirir.
S: Bir kusurun boyutu nasıl ifade edilir?
Göstergeler referans reflektörlerle karşılaştırılır ve fiziksel kusurun doğrudan ölçümü yerine, yankı genliği ve derinliğinden elde edilen eşdeğer düz tabanlı delik boyutu olarak raporlanır.
S: Kalibrasyon ne sıklıkla doğrulanır?
Cihaz ve prob kalibrasyonu, her muayene oturumunun başında ve sonunda ve herhangi bir prob, kablo veya kuplaj değişikliğinden sonra kontrol edilir ve sonuçlar muayene raporuna kaydedilir.
S: Ultrasonik testler tahribatlı testlerin yerini alabilir mi?
Hayır. Ultrasonik muayene kimya, çekme ve metalografik testlerin hacimsel bir tamamlayıcısıdır. Malzemeyi iç süreksizliklere karşı tarar ancak bileşimi veya mekanik özellikleri onaylamaz.
S: İnce taneli titanyumda hassasiyeti ne sınırlar?
Tanecik yapısı, yüzey kalitesi ve parça geometrisi pratik limitleri belirler. Kaba veya bantlı bir mikro yapı arka plandaki gürültüyü yükseltir, bu nedenle frekans ve kazancın gerekli algılama eşiğine göre dengelenmesi gerekir.
