هل يمكن تطبيق الاختبار بالموجات فوق الصوتية على جميع المواد مثل البلاستيك والسيراميك؟
يُعد الاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT) طريقة متعددة الاستخدامات في مجال الاختبار غير الإتلافي (NDT)، لكن قابلية تطبيقه وفعاليته تختلف بشكل كبير بين عائلات المواد المختلفة. فعلى الرغم من إمكانية تطبيق UT على أي مادة صلبة قادرة على نقل الموجات الصوتية، فإن التطبيق العملي ونجاح الفحص يعتمدان بشكل حاسم على الخصائص الصوتية للمادة، وبنيتها المجهرية، ودرجة تجانسها.
الاختبار بالموجات فوق الصوتية في المكوّنات البلاستيكية والبوليمرية
تُظهر المواد البلاستيكية مجموعة فريدة من التحديات والاعتبارات في الفحص بالموجات فوق الصوتية بسبب طبيعتها اللزجة-المرنة (Viscoelastic).
تحديات الإخماد (Attenuation) وسرعة الموجة الصوتية
تُظهر أغلب اللدائن الهندسية معدل إخماد صوتي مرتفع، أي أن الموجات الصوتية تفقد طاقتها بسرعة أثناء انتقالها داخل المادة. ويرجع ذلك إلى بنية سلاسل البوليمر وخصائصها اللزجة-المرنة التي تحول جزءًا من طاقة الصوت إلى حرارة. تتمتع مواد مثل PEEK (بولي إيثر إيثر كيتون) و ديلرين (أسيتال Homopolymer) بمعدل إخماد أقل نسبيًا مقارنةً بالبلاستيك الأكثر ليونة، ما يجعلها أفضل مرشّحًا لاختبار UT. ومع ذلك، غالبًا ما يتطلب الفحص استخدام ترددات أقل (0.5–2.25 MHz) مقارنة بالمعادن، وهو ما يقلل من دقة الصورة. كما أن سرعة الصوت في البلاستيك أقل بكثير وأكثر تغيرًا منها في المعادن، ما يستلزم معايرة دقيقة للحصول على قياسات عمق موثوقة.
العوامل البنائية والبيئية
تؤثر البنية الداخلية للمكوّنات البلاستيكية بدرجة كبيرة على موثوقية نتائج UT. إذ يمكن أن تُسبب البوليمرات نصف البلورية تشتتًا للموجة عند حدود البنية البلورية، بينما تُولد البوليمرات المملوءة أو المعززة (مثل المواد المقواة بالألياف الزجاجية أو ألياف الكربون) مستوى مرتفعًا من الضوضاء بسبب اختلاف الممانعة الصوتية بين الطور الأساسي ومواد الحشو. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون المكوّنات البلاستيكية المستخدمة في قطاع السيارات أو المنتجات الاستهلاكية قد خضعت لمعالجات سطحية مثل طلاء الأشعة فوق البنفسجية (UV Coating) لقطع البلاستيك المُشغّلة CNC، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار عند إعداد خطة الفحص.
الاختبار بالموجات فوق الصوتية في المواد السيراميكية
تمثّل المواد السيراميكية الطرف الآخر من طيف المواد، مع تحديات مختلفة ولكنها لا تقل أهمية عند تطبيق UT.
البنية الحبيبية وحدود التردد
تُعد السيراميك التقنية مثل الزركونيا (ZrO₂) و الألومينا (Al₂O₃) مرشّحًا ممتازًا لاستخدام الترددات العالية في UT بسبب بنيتها الحبيبية الدقيقة والمتجانسة وسلوكها المرن. فهي غالبًا ما تتمتع بمعدل إخماد منخفض وسرعة صوت عالية، ما يتيح فحصًا عالي الدقة للكشف عن العيوب الصغيرة. في المقابل، تؤدي السيراميك الخشنة الحبيبات أو ذات المسامية العالية إلى تشتّت طاقة الموجة فوق الصوتية، مكوّنة إشارات ضوضائية قد تُخفي العيوب الدقيقة. في التطبيقات الحرجة مثل زراعة الأجزاء الطبية أو مكوّنات الطيران والملاحة الجوية، يُعد UT أداة أساسية للكشف عن الشقوق الدقيقة، والفراغات، وطبقات الانفصال (Delamination).
اعتبارات الشكل الهندسي وحالة السطح
تتطلب صلابة السيراميك العالية وهشاشتها استخدام تقنيات اقتران (Coupling) خاصة. فقد يُسبب الاختبار التلامسي القياسي خطر خدش السطح في المكوّنات المُشكّلة بدقة عبر خدمات تشغيل السيراميك CNC، لذا يُعتبر الفحص بالغمر (Immersion UT) الخيار المفضل. كما أن حالة السطح بالغة الأهمية — إذ يمكن للسطح الخشن ذي تشطيب “As Machined” أن يشتت حزمة الموجات فوق الصوتية، في حين أن السطح المصقول يحسن جودة الإشارة بشكل ملحوظ.
استجابة فئات المواد المختلفة للاختبار بالموجات فوق الصوتية
فئة المادة | تردد UT النموذجي | أهم التحديات | أفضل مجالات التطبيق |
|---|---|---|---|
المعادن (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ) | 2.25–10 MHz | تحديات محدودة؛ الحبيبات الخشنة في بعض السبائك | فحص اللحامات، الكشف عن الشقوق، قياس السماكة |
البلاستيك/البوليمرات | 0.5–2.25 MHz | إخماد عالٍ، تباين في سرعة الموجة الصوتية | الكشف عن الانفصال الطبقي، جودة الربط، المسامية العامة |
المركّبات المتقدمة (Composites) | 1–5 MHz | سلوك لا متجانس (Anisotropic)، تراكيب داخلية معقدة | التحقق من اتجاه الألياف، الكشف عن انفصال الطبقات والعيوب في مناطق الالتصاق |
السيراميك التقنية | 5–50 MHz | حالة السطح، المسامية المجهرية | الكشف عن الشقوق الدقيقة، تقييم تباين الكثافة |
تقنيات UT المتخصصة للمواد غير المعدنية
بالنسبة للمواد الصعبة، قد لا تكون تقنية النبضة-الصدى القياسية كافية، بل تتطلب استخدام أساليب متقدمة.
الفحص بالغمر للأسطح الحساسة
يُلغي الفحص بالغمر بالموجات فوق الصوتية، حيث يتم غمر كل من المجس والجزء في الماء، الإجهاد الناتج عن التلامس ويوفّر اقترانًا ثابتًا ومثاليًا. يُعد ذلك مهمًا بشكل خاص لفحص المكوّنات البلاستيكية الحساسة أو الأجزاء السيراميكية ذات الأشكال المعقدة الناتجة عن خدمة التشغيل متعددة المحاور، والتي يصعب فحصها باستخدام الطرق التلامسية التقليدية.
المجسات عالية التردد وذات النطاق العريض
بالنسبة للمواد السيراميكية المستخدمة في الروبوتات والتطبيقات الدقيقة، يمكن للمجسات عالية التردد (15–50 MHz) الكشف عن عيوب ميكرونية لا يمكن رؤيتها بالترددات التقليدية. كما يمكن ضبط المجسات ذات النطاق العريض إلكترونيًا بما يلائم سُمك المادة ونوع العيب المستهدف، مما يوفر قدرات معالجة إشارة متقدمة.
ختامًا، يمكن القول إن الاختبار بالموجات فوق الصوتية قابل للتطبيق فعليًا على المكوّنات البلاستيكية والسيراميكية، ولكن مع وجود حدود واضحة وحاجة إلى أساليب متخصصة. ويتوقف النجاح على فهم الخصائص الصوتية لكل مادة، واختيار تقنية UT المناسبة، والتردد الملائم، وطريقة الاقتران الصحيحة للوصول إلى حساسية الكشف المطلوبة مع الحفاظ في الوقت نفسه على سلامة الجزء وجودته.
