Quantitative evaluation of ultrasonic C-scan images in homogeneous and layered anisotropic austenitic materials is of general importance for understanding the influence of anisotropy on wave fields during ultrasonic non-destructive testing and evaluation of these materials. In this contribution, a three dimensional ray tracing method is presented for evaluating ultrasonic C-scan images quantitatively in general homogeneous and layered anisotropic austenitic materials. The directivity of the ultrasonic ray source in general homogeneous columnar grained anisotropic austenitic steel material (including layback orientation) is obtained in three dimensions based on Lamb's reciprocity theorem. As a prerequisite for ray tracing model, the problem of ultrasonic ray energy reflection and transmission coefficients at an interface between (a) isotropic base material and anisotropic austenitic weld material (including layback orientation), (b) two adjacent anisotropic weld metals and (c) anisotropic weld metal and isotropic base material is solved in three dimensions. The influence of columnar grain orientation and layback orientation on ultrasonic C-scan image is quantitatively analyzed in the context of ultrasonic testing of homogeneous and layered austenitic steel materials. The presented quantitative results provide valuable information during ultrasonic characterization of homogeneous and layered anisotropic austenitic steel materials

چکیده

ارزیابی کمی تصاویر سی–اسکن فراصوتی در مواد سخت شده ناهمسانگرد لایه ای و همگن، برای فهم اثر ناهمسانگردی بر میدان های موج، حین آزمون غیرمخرب فراصوتی و ارزیابی سه بعدی، اهمیت اساسی دارد. در این کار، یک روش ردیابی اشعه ای سه بعدی برای ارزیابی کمی تصاویر سی–اسکن فراصوتی شده در مواد معمولی سخت شده ناهمسانگرد لایه ای و همگن ارائه می شود. جهت گیری منبع اشعه فراصوتی در مواد فولادی سخت شده ناهمسانگرد دارای دانه های ستونی همگن معمولی (شامل جهت پس-خواب) در سه بعد، بر اساس قضیه متقابل لام به دست می آید. به عنوان پیش نیازی برای تعریف مدل ردیابی اشعه ای، مسئله ضرایب عبور و بازتاب انرژی اشعه فراصوتی در یک فصل مشترک بین (الف) ماده زمینه همسانگرد و ماده جوش سخت شده ناهمسانگرد (شامل جهت پس-خواب)، (ب) دو فلز جوش خورده ناهمسانگرد مجاور و (ج) فلز جوش خورده ناهمسانگرد و ماده زمینه همسانگرد، در سه بعد حل شده است. اثر جهت دانه ستونی و جهت پس-خواب در تصویر سی–اسکن فراصوتی، به صورت کمی در حوزه بررسی فراصوتی مواد فولادی سخت شده لایه ای و همگن تحلیل شده است. نتایج کمی ارائه شده، اطلاعات ارزشمندی را درباره مشخصه یابی فراصوتی مواد فولادی سخت شده ناهمسانگرد لایه ای و همگن حاصل می کنند.

1-مقدمه

مواد سخت شده دارای روکش، جوش های سخت شده و جوش های نامشابه، به علت چقرمگی شکست بالا و مقاومت در برابر خوردگی، در مخازن فشار و لوله های جریان اولیه در نیروگاه های هسته ای و صنایع شیمیایی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. ارزیابی یکپارچگی ساختاری این مواد بسیار مهم است. بررسی غیر مخرب فراصوتی این مواد جوش خورده و دارای روکش سخت شده، به علت ساختار دارای دانه های ستونی ناهمسانگرد که منجر به شکافتگی و بازتاب پرتو می شود، کار پیچیده ای است. ابزار شبیه سازی که اطلاعات کمی در مورد انتشار موج فراصوتی حاصل می کنند، نقش مهمی را در توسعه تکنیک های آزمون فراصوتی مطمئن و پیشرفته و در بهینه سازی پارامترهای تجربی برای بررسی مواد ناهمسانگرد ایفا می کنند…