تست رزونانس صوتی  یک آزمون غیرمخرب بر مبنای آنالیز مودال (پاسخ ارتعاشی) قطعات می‌باشد. در این روش ویژگی‌های دینامیکی قطعات شامل فرکانس‏های طبیعی و ضرایب میرایی تحلیل می‏‌شوند. از طرفی این ویژگی‏‌ها با خواص مکانیکی (مدول الاستیک) و ابعاد هندسی ارتباط مستقیم دارند. وجود عیب در یک قطعه منجر به تغییر خواص مکانیکی (موضعی یا کلی) و در نتیجه کاهش برخی از فرکانس‏‌های طبیعی و افزایش ضرایب میرایی می‌‏شود. با بررسی تغییرات پارامترهای فوق و مقایسه با نمونه‏‌های سالم، می‌‏توان قطعات معیوب را شناسایی کرد. در این تحقیق قطعات سگ‌دست پژو بررسی شدند: 500 نمونه سالم که از شیفت‏‌های مختلف تولید طی 2 ماه جمع آوری شده بودند، 50 نمونه با ندولاریته پایین 70% الی 85%، 50 نمونه با ندولاریته خیلی پایین 30% الی 60%، و 56 نمونه با عیوب دیگر ریخته‏‌گری از قبیل سردجوشی، حفرات انقباضی، انحرافات ماهیچه و قالب. کلیه نمونه‏‌ها با روش اولتراسونیک تست شده و 10% از قطعات نیز متالوگرافی شدند. آزمون رزونانس صوتی قطعات با سیستم EddySonic-AR انجام شد. ابتدا 200 نمونه سالم به عنوان نمونه‏‌های مرجع به سیستم معرفی شدند و 17 مود ارتعاشی هر قطعه آنالیز شدند. مودها با روش FEM در برنامه ANSYS نیز مطابقت داده شدند. با توجه به تغییرات پروسه تولید، بویژه در ابعاد و وزن قطعات، ابتدا مدل ریاضی متغیر‏های ناخواسته استخراج شده و سپس اثر آنها خنثی یا جبران‏‌سازی شدند. برای تفکیک قطعات سالم از معیوب، معیارهای مختلف یک یا چند‏متغیره تعریف شدند. با این روش 100% قطعات معیوب قابل تشخیص و جداسازی بودند.

تست رزونانس صوتی یک آزمون غیرمخرب بر مبنای آنالیز مودال (پاسخ ارتعاشی) قطعات می‌باشد. در این روش، پس از تحریک مکانیکی قطعات، ویژگی‌های دینامیکی آنها شامل فرکانس‌های طبیعی، ضریب‌های میرایی و شکل مودها محاسبه و تحلیل می‏‌شوند. هر جسم مود‏های ارتعاشی خاص خود را دارد. هر مود بیانگر یک موج ایستا یا رزونانس در یک فرکانس طبیعی است. مود‏های ارتعاشی هر جسم منحصر به فرد و همچون اثر انگشت آن می‌‏باشد. پس از تحریک مکانیکی قطعه با ضربه یا جاروب فرکانس، مودها تحریک شده و رفتار دینامیکی یا تابع تبدیل فرکانسی آن جسم مشخص می‌شود. در پاسخ به ضربه، تمام مود‏های جسم تحریک شده و هر مود در فرکانس‌ ویژه‏ای به صدا یا ارتعاش در می‏‌آید. هر مود، یک درجه آزادی ارتعاش جسم است، که به صورت سینوس میرا در فرکانس ویژه خود ارتعاش می‏‌کند. ارتعاش کلی جسم، برآیند یا حاصل جمع ارتعاش همه مود‌ها است.

مدل ساده یک مود را می‏‌توان با ارتعاش آزاد جرم و فنر بیان کرد. فرکانس طبیعی این سیستم برابر است با (f=1/2π √(k⁄m که در مدل ارتعاش سازه‏ای، k بیانگر خواص مکانیکی (مدول یانگ و خصوصیات الاستیک) و m بیانگر چگالی و ابعاد هندسی قطعه می‌باشد. در عمل یک جسم تعداد بی‌شماری فرکانس طبیعی یا مود دارد که تابعی از خصوصیات الاستیک و ابعاد هندسی جسم می‏‌باشند. فرکانس‌‏های طبیعی در پاسخ فرکانسی به صورت قله ظاهر می‌شوند. مقدار این فرکانس‏‌ها مستقل از محل ضربه، شدت ضربه، یا موقعیت حسگر (شتاب‏سنج، میکروفون یا پیزو) می‏‌باشند (البته دامنه یا انرژی هر مود تغییر می‏‌کند، اما مقدار فرکانس هر مود همیشه ثابت است). بصورت تئوری و با روش اجزاء محدود  نیز می‏توان شکل مود‏ها و فرکانس آنها را محاسبه کرد که این نتایج با روش تجربی (ضربه مکانیکی) هم‌خوانی دارند. 

همانطور که ذکر شد، فرکانس‏‌های طبیعی با خواص مکانیکی (مدول الاستیک) و ابعاد هندسی ارتباط دارند. بنابراین تغییر در خواص مکانیکی و هندسی قطعه خود را به صورت تغییر در پارامترهای مودال منعکس کرده و بررسی این تغییرات، نقطه شروع یافتن عیوب در قطعات می‏‌باشد. در اکثر موارد، وجود عیب یا خرابی در یک قطعه منجر به کاهش موضعی یا کلی k (مدول الاستیک) می‏‌شود و طبق فرمول فوق فرکانس‌‏های طبیعی کاهش می‏‌یابند. میزان کاهش یا شیفت فرکانس f با استحکام شکست یا خستگی رابطه مستقیم دارد. این هم‌بستگی شدید اساس تست غیر مخرب با روش رزونانس صوتی می‌باشد. با بررسی تغییرات فرکانس‏‌های طبیعی و مقایسه با نمونه‏‌های سالم، می‏‌توان قطعات معیوب را شناسایی کرد. این روش در سال 1998 مورد تایید اداره استاندارد ASTM قرار گرفت. کاربر‏د‏های روش رزونانس صوتی مطابق با استاندارد ASTM-E2001 عبارتند از تست و عیب‌‏یابی ترک، ناخالصی، حفره، تخلخل، اکسید، سرد‏جوشی، میزان کرویت، عملیات حرارتی، تغییرات سختی، چگالی، حذف یا اشتباه شدن یک مرحله از فرایند تولید، ابعاد و اندازه.

در عمل و کاربرد صنعتی، معیار کاهش فرکانس به تنهایی برای تفکیک قطعات معیوب کافی نمی‌‏باشد، زیرا در برخی از موارد فرکانس‏‌های قطعات سالم و خراب هم‌پوشانی دارند. این هم‌پوشانی به علت تغییرات پروسه تولید در ابعاد هندسی، وزن و سختی می‏‌باشد. اگرچه این تغییرات در محدوده مجازِ تعریف شده برای تولید قطعه می‌‏باشند، اثر این تغییرات روی فرکانس‏‌های طبیعی بیش از اثر عیب یا خرابی می‌‏تواند باشد. به عبارتی حساسیت فرکانس‏‌های طبیعی به تغییرات روند تولید بیشتر از حساسیت آنها به عیوب واقعی می‌‏باشد. بنابراین معیارهای یک‌‏متغیره (هر فرکانس به تنهایی) برای تشخیص عیوب کافی نیستند و باید از معیارهای چند‏متغیره و آماری استفاده کرد. هدف اصلی مدل‏‌های چند متغیره، الگوشناسی روند تولید و جبران‌‏سازی یا خنثی‏‌سازی تغییرات روند تولید می‏‌باشد. به عبارت دیگر، این مدل‏‌ها اثر متغیر‏های ناخواسته را حذف کرده و فرمول‏ یا رابطه بین عیوب و تغییرات پارامتر‏های مودال را ارائه می‏‌دهند.

در این تحقیق به یکی از کاربردهای تست رزونانس صوتی در تشخیص عیوب ریخته‏‌گری در چدن داکتیل اشاره شده است. امتیاز این تحقیق نسبت به تحقیقات مشابه در بکار بردن معیارهای چند متغیره برای جبران‏‌سازی تغییرات پروسه تولید و حساسیت بسیار بالاتر در تشخیص عیوب ریخته‏‌گری می‏‌باشد.

بیشترین کاربرد چدن داکتیل در قطعات ایمنی خودرو، بویژه سیستم تعلیق و ترمز، می‌‏باشد. با توجه به رشد روزافزون توليدات خودرو و رقابت در ارتقاء کیفیت و كاهش قيمت‌ها، روش رزونانس صوتی پتانسیل بالایی در تست 100% قطعات ایمنی دارد.

آزمون و تحلیل رزونانس صوتی قطعات با سیستم EddySonic-AR انجام گرفت. این سیستم در شرکت رادروش طراحی و ساخته شده است. دستگاه مکانیکی شامل فیکسچر، تکیه‏‌گاه‌‏ها، چکش، میکروفون، دماسنج و سنسورهای موقعیت قطعه می‏‌باشد که در محفظه ایزوله صوتی قرار می‏گیرد (شکل 1). پس از قرار دادن قطعه روی فیکسچر، قطعه توسط جک روی تکیه‏‌گاه‏‌های لاستیکی قرار می‌‏گیرد. تکیه‏‌گاه‌‏ها از جنس لاستیک مقاوم در برابر سایش با هسته چدنی می‏باشند، و حداقل سطح تماس با قطعه را دارند. به منظور حداقل‏سازی میرایی مود‏های مورد نظر، ...

شکل 1- سیستم رزونانس صوتی EddySonic-AR و دستگاه مکانیکی تست سگدست

 

ادامه‌ی مطلب