بخشی از مقاله
چکيده :
امروزه استفاده از آزمون غيرمخرب قابل اطمينان و مقرون به صرفه ، در صنايع هوا فضا، دريايي ، عمراني و نفت و گاز، از اهم سزايي برخوردار است . جهت تأمين اين نياز صنعت ، شيوه هاي متنوعي جهت پايش سلامت سازه موجود مي باشد. يکي از متد آزمونهاي غير مخرب ، استفاده از آزمون امواج هدايت شده ي فراصوتي بوده که به دليل مشخصات خاص آن از قبيل قابليت انت فواصل طولاني ، جهت پايش سازه هاي بزرگ بسيار مناسب است . تشخيص دقيق عيوب رخ داده در سازه نيازمند شناخت دقيق موج ، حين انتشار در سازه مي باشد. در اين مقاله تأثير حضور جوش اصطکاکي در ورق بر روي مشخصه هاي موج منتشرشد بررسي قرار گرفته است . هدف از اين مطالعه ، ارزيابي الگويي از موج دريافت شده در حضور جوش اصطکاکي در ورق مي بتوان با استفاده از آن ، معيار استانداردي را جهت بررسي کيفيت جوش هاي اصطکاکي به کار رفته در صنايع نفت و گاز، ارائه بدين منظور آزمون امواج هدايت شده فراصوتي در دو حالت با و بدون وجود جوش ، بر روي ورق آلومينيوم انجام و سيگن دريافتي ثبت شده اند. سپس با استفاده از شيوه هاي پيشرفته ي پردازش سيگنال از قبيل فيلترينگ و تحليل موجک ، سيگنال دريافتي مورد مطالعه و تحليل قرار گرفته اند. تغييرات ايجاد شده در سيگنالهاي دريافتي تطابق خوبي را با نتايج پيش بيني اساس تئوري حرکت امواج در ورق و نيز حل عددي روابط حاکم بر انتشار موج در ورق آلومينيومي ، دارا مي باشد..
واژه هاي کليدي : پايش سلامت سازه ، آزمون غيرمخرب ، آزمون امواج هدايت شده ي فراصوتي ، صنايع نفت و گاز، اصطکاکي
١- مقدمه
امروزه به منظور کاهش خطر خرابي مکانيکي و کنترل هزينه هاي نگه داري سازه هايي از قبيل هواپيما، کشتی خطوط لوله استفاده از تکنيکهاي پايش سلامت سازه در حين کارکرد وبه کارگيري مواد هوشمند به شدت در افزايش است . پايش سلامت سازه در واقع شامل پايش تغييرات در سازه از طريق حس گرهاي قرار داده شده بر روي يا جاسازي شده در داخل سازه مي باشد. تکنيک امواج هدايت شده به دليل توانايي آن در پايش سلامت يک محد گسترده و راحتي ايجاد و کاربرد آن ، يکي از شيوه هاي نوين و بسيار پرکاربرد مي باشد. هر چند به دليل انتشار ه چندين مود و خاصيت پراکنده شوندگي آنها، موج دريافتي بسيار پيچيده بوده و تحليل آن مشکل است .
امواج هدايت شده فراصوتي به عنوان حوزه جديدي از تحقيق در جامعه آزمون هاي غيرمخرب شناخته شده ان امواج فراصوتي در سازه هاي هدايت کننده ي موج مانند تيوب ها، لوله ها، و ورق ها و جود دارند. امواج هدايت امواجي هستند که در امتداد مرز يک سازه انتشار مي يابند. امواج منتشر شده در داخل يک صفحه که داراي دو مرز موازي و بدون تنش مي باشد، به عنوان امواج لمب (Lamb) شناخته مي شوند که به نام مخترع آن ناميده شده ان امواج در واقع انتشار اغتشاشات الاستيک در يک ورق جامد با شرايط مرزي آزاد مي باشند که بر حسب مودهاي انتشار دو دسته ي متقارن و نامتقارن تقسيم مي شوند. مي توان گفت امواج هدايت شده از طريق بازتابهاي متوالي از سطور ورق ، در طول محيط مورد آزمون منتشر مي گردد.
به منظور آشنايي کلي با امواج هدايت شده و روابط تئوريک حاکم بر آن مي توان به مقاله ي رز که در سال منتشر شده است رجوع کرد. در زير خلاصه اي از روابط حاکم بر انتشار موج به منظور بدست آوردن سرعت هاي فازی گروهي و ترسيم نمودارهاي پراکنده شوندگي ذکر شده است :
در صورتي که نمودارهاي مربوط به سرعتهاي فازي و گروهي بر حسب فرکانس ترسيم گردند مي توان به نمود پراکندگي دست يافت . منظور از پراکنده شدن موج ، تغيير سرعت موج در صورت تغيير طول موج است . منظور از گروهي ، سرعت يک گروه يا دسته ي موج است در صورتيکه سرعت فازي به سرعت هر يک از محتواي فرکانسي موج دلالت دارد. معادلات حرکت موج در يک ورق ايزوتروپ الاستيک به صورت خلاصه در زير آمده است : در يک ورق الاستيک ايزوتروپ با ضخامت h٢ نمودارهاي مربوط به پراکندگي سرعت فازي ، با حل معادلات مرب پراکنده شوندگي قابل دست يابي است .
معادلات بالا نمودارهاي پراکنده شوندگي مربوط به سرعت فازي را به ترتيب براي مودهاي متقارن و نامتقارن
مي دهد که در آن : (2)
که در آن Cl سرعت موج لمب (سرعت فازي )، Cp سرعت موج اوليه (موج طولي ) و Cs سرعت موج دومي ( موج عرضي ) است . نيز فرکانس دايره اي (راديان /ثانيه ) موج منتشر شده است .
در واقع در يک ورق با ضخامت d و فرکانس آکوستيکي f تعداد معدودي از مودهاي انتشار موجود است که با سرعتهاي فازي مشخص تعيين مي شوند که مي توان توصيف کاملي از آن را در نمودارهاي پراکنده شدگي مشاهده کرد.
هر منحني بيانگر يک مود مي باشد که با علائم An و Sn که به ترتيب مودهاي متقارن و نامتقارن مي باشند نام گذاري مي شوند.
مودهاي متقارن و نامتقارن ايجاد شده در هنگام انتشار امواج هدايت شده در محيط و امتداد انتشار و حرکت آنها در شکل (١) قابل مشاهده است .
دو مود اول منتشر شده از اهميت بسياري برخوردار است و لذا مودهاي پايه ناميده مي شوند. اين دو مود در فرکانسهاي بسيار پايين نيز وجود دارند. از اين رو به منظور تحليل ساده تر موج دريافتي ، معمولا با تحريک در فرکانسهاي پايين از ايجاد مودهاي بالاتر اجتناب مي شود. از مود S٠ معمولا جهت تشخيص عيوب سطحي در سازه هاي فلزي استفاده مي شود در صورتيکه مود A٠ نسبت به عيوب موجود در عمق ، حساسيت بالاتري داشته و نسبت به مود متقارن انرژي بيشتري دارد.
جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي براي اولين بار براي آلياژهاي AL ابداع گشت و يک روش جوش کاري حالت جامد است . چون روش هاي جوشکاري فعلي براي جوش دادن آلياژهاي آلومينيوم که در هوا فضا کاربرد دارند، کفايت نمي کند . آلومينيوم هاي سري ٢٠٠٠و ٧٠٠٠ و ٦٠٠٠ را به عنوان آلومينيوم هاي غير قابل جوش مي شناسند. به خاطر ساختار ميکروسکوپي ضعيف و خلل و فرج هاي که در منطقه FZ باقي مي ماند و خواص منطقه جوش با فلز پايه قابل مقايسه نيست . بعضي آلومينيوم ها قابليت جوشکاري دارند ولي در عوض با اکسيدهاي سطحي مشکل بزرگي دارند که بر طرف کردن آن نيز گران مي باشد . مجموع اين عوامل دست به دست هم داد که در سال ١٩٩١ The (TWI)welding institute) روش FSWرا اختراع کرد.
ايده اصلي جوشکاري اصطکاکي بسيار ساده مي باشد. يک وسيله دوار مصرف نشدني (يک پين ويژه هم دندانه ) را در نظر بگيريد. دو فلزي را که مي خواهند جوش بدهند در کنار هم محکم قرار مي دهند و پين وار اتصال اين دو فلز مي شود و همراه با چرخش ، طول خط اتصال را طي مي کند. پين دو عمل اصلي را انجام مي ده
گرم کردن قطعه توسط اصطکاک
• حرکت دادن مواد به منظور اتصال
گرما به کمک اصطکاک بين پين و قطعه کار و تغيير فرم پلاستيک قطعه به دست مي آيد. حرارت متمرکز باعث نرم شدن مواد اطراف پين و به همراه حرکت دوار پين ، باعث حرکت مواد از جلوي پين به عقب پين مي گردد اثر اين پروسه اتصال در حالت جامد اتفاق مي افتد به علت ساختار هندسي پين ، موادي که در اطراف پين حرک کنند به خوبي با يکديگر ترکيب مي شوند . در جوشکاري FSW مواد در گرماي بالا تغيير شکل زيادي مي د ساختار نهايي ، دانه هاي کريستالي هم محور و خوبي دارد و همچنين داراي خواص مکانيکي مطلوبي است . W عنوان مهم ترين پيشرفت در اتصال فلزات در دهه ي اخير مطرح بوده است و تکنولوژي "سبز" است که بازده انرژ دارد و در مقام مقايسه با ساير روش هاي جوشکاري متداول ،FSW انرژي بسيار کمتري مصرف مي کند و هي محافظ يا سرباره اي استفاده نمي شود به همين علت دوست محيط زيست ناميده مي شود و اتصال شامل هيچگو پر کننده اي نمي باشد و همچنين هر نوع آلومينيومي بدون دلواپسي از سازش پذيري ساختارش مي توان به کار هر نوع آلومينيومي و کامپوزيتي مي توانند به يکديگر با سهولت وصل شوند و در مقايسه با روش جوش کاري اصط قديمي ، که معمولا بر روي قطعات قرينه و کوچک که مي چرخيدند و فشار داده مي شدند تا جوش بخورند ، کاري اصطکاکي فعلي در انواع مختلف اتصالات مانند اتصال زير، اتصال
