Ultrasonik Muayene Prob Çaplarının Darbe Yankı Değerine Etkisinin Araştırılması

Year 2022, , 381 - 389, 15.06.2022

Emre Görgün

https://doi.org/10.31466/kfbd.1077386

Abstract

Bu çalışmanın amacı ultrasonik muayene yönteminde kullanılan probların kristal çapları ve frekans değerlerinin darbe yankı değeri ile ilişkisinin araştırılmasıdır. Ultrasonik muayene yöntemi tahribatsız muayene yöntemlerinden bir tanesi olarak bilinmektedir. Bu yöntem sayesinde muayenesi yapılacak malzemeye zarar vermeden malzeme içerisinde bulunan süreksizler tespit edilebilmektedir. Piezoelektrik malzemelerin ürettiği ses dalgalarının malzeme yüzeyine gönderilmesi ve tersinir olarak gelen ses dalgalarının okunması prensibi ile çalışmaktadır. İnsan kulağının duyamayacağı aralıklarda ses frekansları kullanılır, bu frekans değerleri malzemenin yapısına ve muayene edilecek ortama göre değişkenlik gösterirken genel olarak 1MHz ile 4MHz arasında değişmektedir. Çalışmamızda malzeme olarak tren tekerlekleri tercih edilmiştir. Tren tekerlekleri orta karbonlu çelik malzemeden dövme yöntemi ile üretilmektedir. İşletme sırasında dinamik zorlanmalara maruz kalan tren tekerleklerinin muayeneleri büyük önem arz etmektedir. Tren tekerlekleri üzerinde delik delme yöntemi ile 3mm çapında yapay hatalar oluşturulmuştur. Üzerinde yapay hataların bulunduğu tren tekerleklerine 3 farklı çap ve 3 farklı frekans değerlerine sahip problar ile muayene gerçekleştirilmiştir. Probların aynı baskı kuvveti ile malzeme yüzeyine temas etmesi için yaylı bir düzenek hazırlanmıştır. Toplam 6 farklı deney grubu ile 9 adet test gerçekleştirilmiş ve veri seti oluşturulmuştur. Problardan gelen verilen ses dalgaları db birimi olarak kaydedilmiştir. Literatürde prob seçiminde temel parametre her ne kadar probların frekansı gibi görülse de farklı prob çaplarının muayene hassasiyetine etkisinin olduğu gözlemlenmiştir. Prob çapları ile gelen ses dalgaları arasındaki ilişkinin belirlenmesinde IBk algoritması kullanılmıştır. Bu algoritma öznitelik uzayındaki en yakın eğitim örneklerine dayanarak nesnelerin sınıflandırılması prensibine dayanmaktadır. IBk algoritması kullanılarak yapılan model de prob çapı ile darbe yankı değerinin arasında %89 gibi yüksek bir oranda ilişki bulunmuştur. Bu değer prob seçiminde ana parametre olarak kabul edilmeyen prob çaplarının darbe yankı değeri ile ilişkisinin gösterilmesi açısından önem arz etmektedir.

Keywords

Tahribatsız muayene, Demiryolu Tekerleği, Demiryolları, Prob

Investigation of the Effect of Ultrasonic Inspection Probe Diameters on Impact Echo Value

Abstract

The aim of this study is to investigate the relationship between the pulse echo value of the probes used in the ultrasonic examination method. Ultrasonic inspection method is known as one of the non-destructive inspection methods. Thanks to this method, discontinuities in the material can be detected without damaging the material to be examined. It works with the principle of sending the sound waves produced by piezoelectric materials to the material surface and reading the sound waves coming reversibly. As the general working principle, sound frequencies are used in the ranges that the human ear cannot hear. These frequency values vary according to the structure of the material and the environment to be examined, but generally vary between 1MHz and 4MHz. In our study, train wheels were preferred as material. Train wheels are produced from medium carbon steel material by forging method. Inspections of train wheels, which are exposed to dynamic stresses during operation, are of great importance. The method of drilling holes on the train wheels with 3mm artificial errors were created. Inspection was carried out with total probes with 3 different diameters and 3 different frequency values on the train wheels on which artificial defects were found. A spring mechanism has been prepared for the probes to contact the material surface with the same pressure force. Experimental groups and a data set was created of 9 tests were carried out with 6 different. The sound waves given from the probes were recorded as db unit. Although the frequency of the probes is seen as the basic parameter in the selection of probes in the literature, it has been observed that different probe diameters have an effect on the inspection sensitivity. IBk algorithm was used to determine the relationship between probe diameters and incoming sound waves. This algorithm is based on the principle of classifying objects based on the closest training examples in the feature space. In the model made using the IBk algorithm, a high correlation of 89% was found in the probe diameter and pulse echo value. This value is important in terms of showing the relationship between the probe diameters, which cannot be considered as the main parameter, and the pulse echo value.

Keywords

Non-Destructive Testing, Rail, Wheel Defects, Railways, Probe

References

• Afrin, F., & Nahar, I. (2015). Incremental learning based intelligent job search system [PhD Thesis]. BRAC University.
• Bahonar, M., & Safizadeh, M. S. (2022). Investigation of real delamination detection in composite structure using air-coupled ultrasonic testing. Composite Structures, 280, 114939.
• Bilgin, M. (2017). Gerçek veri setlerinde klasik makine öğrenmesi yöntemlerinin performans analizi. Breast, 2(9), 683.
• Bojović, N. J. (2002). A general system theory approach to rail freight car fleet sizing. European Journal of Operational Research, 136(1), 136-172.
• Caruana, R., & Niculescu-Mizil, A. (2006). An empirical comparison of supervised learning algorithms. Proceedings of the 23rd international conference on Machine learning, 161-168.
• Chaplin, R. (2017). Industrial Ultrasonic Inspection: Levels 1 and 2. FriesenPress.
• Emerson, R., Pollock, D., McLean, D., & Fridley, K. (2002). Ultrasonic inspection of large bridge timbers. Forest Products Journal, 52(9), 88.
• Gentleman, R., & Carey, V. J. (2008). Unsupervised machine learning.Bioconductor case studies (ss. 137-157). Springer.
• Kalmegh, S. (2019). Effective classification of Indian News using Lazy Classifier IB1And IBk from weka. Journal of information and computing science, 6, 160-168.
• Karaböce, B., Özdingiş, M., Durmuş, H. O., & Çetin, E. (2016). Portable ultrasonic wattmeter for ultrasonic prob calibration. 2016 Medical Technologies National Congress (TIPTEKNO), 1-4.
• MeeraGandhi, G. (2010). Machine learning approach for attack prediction and classification using supervised learning algorithms. Int. J. Comput. Sci. Commun, 1(2), 247-250.
• Mohseni, E., Javadi, Y., Sweeney, N. E., Lines, D., MacLeod, C. N., Vithanage, R. K., Qiu, Z., Vasilev, M., Mineo, C., & Lukacs, P. (2021). Model-assisted ultrasonic calibration using intentionally embedded defects for in-process weld inspection. Materials & Design, 198, 109330.
• Nizam, H., & Akın, S. S. (2014). Sosyal medyada makine öğrenmesi ile duygu analizinde dengeli ve dengesiz veri setlerinin performanslarının karşılaştırılması. XIX. Türkiye’de İnternet Konferansı, 1(6).
• Park, M. H., Kim, I. S., & Yoon, Y. K. (1996). Ultrasonic inspection of long steel pipes using Lamb waves. NDT & E International, 29(1), 13-20.
• Rhodes, J. D., & Levy, R. (1979). A generalized multiplexer theory. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 27(2), 99-111.
• Rose, J. L., & Meyer, P. A. (1975). Model for ultrasonic field analysis in solids. The Journal of the Acoustical Society of America, 57(3), 598-605.
• Sekhar, A. V., Kityk, A. V., Jedryka, J., Rakus, P., Wojciechowski, A., Reddy, A. S. S., Raju, G. N., & Veeraiah, N. (2021). Investigations on the influence CuO doping on elastic proberties of Li2SO4–MgO–P2O5 glass system by means of acoustic wave probagation. Solid State Communications, 330, 114270.
• Tomlinson, J. R., Wagg, A. R., & Whittle, M. J. (1980). Ultrasonic inspection of austenitic welds.
• Townsend, J. T. (1971). Theoretical analysis of an alphabetic confusion matrix. Perception & Psychophysics, 9(1), 40-50.
• Türker, M., Ertürk, A. T., & Güven, E. A. (t.y.). Metalik Malzemelerin Ultrasonik Yöntem ile Muayenelerinde Karşılaşılan Saçılma Kayıpları.
• Visa, S., Ramsay, B., Ralescu, A. L., & Van Der Knaap, E. (2011). Confusion matrix-based feature selection. MAICS, 710, 120-127.
• Vogt, K., Fradin, F. Y., Pearson, J. E., Sebastian, T., Bader, S. D., Hillebrands, B., Hoffmann, A., & Schultheiss, H. (2014). Realization of a spin-wave multiplexer. Nature communications, 5(1), 1-5.
• Zhao, K.-R., Wang, L., Liu, P.-F., Hang, X.-M., Wang, H.-Y., Ye, S.-Y., Liu, Z.-J., & Liang, G.-X. (2021). A signal-switchable electrochemiluminescence biosensor based on the integration of spherical nucleic acid and CRISPR/Cas12a for multiplex detection of HIV/HPV DNAs. Sensors and Actuators B: Chemical, 346, 130485.