ضخامت‌سنج‌های التراسونیک (UTG - Ultrasonic Thickness Gauges) ابزارهای حیاتی در نگهداری و بازرسی‌های غیرمخرب ( NDT- Non-Destructive Testing) هستند. این ابزارها با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا، قادرند ضخامت دیواره فلزی ورق‌ها، لوله‌ها، و مخازن تحت فشار را بدون آسیب رساندن به سازه اندازه‌گیری کنند. توانایی UTG در تشخیص خوردگی داخلی (Internal Corrosion)، فرسایش (Erosion) و نازک‌شدگی دیواره، آن‌ها را به ستون اصلی برنامه‌های مدیریت یکپارچگی دارایی (Asset Integrity Management) در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، کشتی‌سازی و تولید نیرو تبدیل کرده است.
۱. اصول فنی اندازه‌گیری التراسونیک
عملکرد UTG بر پایه ارسال و دریافت امواج صوتی فراصوت استوار است.
الف) نحوه عملکرد (Pulse-Echo Principle)
تولید موج: یک پراب (Probe) یا ترانسدیوسر (Transducer) پالس‌های کوتاهی از امواج صوتی فراصوت (معمولاً در محدوده 1 تا 10 MHz) را به داخل ماده می‌فرستد.
انعکاس (Echo): این امواج از سطح داخلی (سطح پشتی) دیواره منعکس شده و توسط همان پراب دریافت می‌شوند.
محاسبه زمان پرواز (TOF): دستگاه، زمان دقیق رفت و برگشت موج ( TOF- Time of Flight) را اندازه‌گیری می‌کند.
محاسبه ضخامت: با دانستن سرعت ثابت صوت (V) در آن ماده خاص (متر بر ثانیه)، دستگاه ضخامت (T) را با فرمول زیر محاسبه می‌کند:
T=V*TOF/2
نکته کلیدی: ضخامت‌سنج باید قبل از اندازه‌گیری، برای سرعت صوت در ماده مورد نظر (مثلاً فولاد کربنی، آلومینیوم یا چدن) کالیبره شود.
ب) کوپلنت (Couplant) - عنصر ضروری
برای انتقال مؤثر امواج صوتی به داخل فلز، لازم است که هوای بین پراب و سطح قطعه کار کاملاً حذف شود. کوپلنت (مانند ژل مخصوص یا گلیسیرین) ماده‌ای است که این شکاف هوایی را پر می‌کند. بدون کوپلنت مناسب، موج منعکس شده و اندازه‌گیری غیرممکن خواهد بود.
۲. کاربردهای حیاتی در ارزیابی سلامت سازه‌ها
UTG در نگهداری پیشگیرانه نقش کلیدی ایفا می‌کند:
پایش خوردگی و فرسایش: اندازه‌گیری ضخامت دیواره در طول زمان، نرخ دقیق نازک‌شدگی به دلیل خوردگی شیمیایی یا فرسایش مکانیکی را نشان می‌دهد. این امر به مهندسان اجازه می‌دهد تا عمر باقیمانده (Remaining Life) مخزن یا لوله را محاسبه کنند.
بازرسی مخازن تحت فشار و بویلرها: اندازه‌گیری ضخامت در مناطق حساس به تنش و حرارت، برای اطمینان از مطابقت با کدهای ایمنی (ASME و API) ضروری است.
بازرسی خطوط لوله: UTGاغلب برای تشخیص عیوب خوردگی در سطح داخلی لوله‌ها که دسترسی به آن‌ها دشوار است، استفاده می‌شود.
پایش قطعات بحرانی در کشتی‌سازی: ارزیابی ضخامت بدنه کشتی‌ها، مخازن سوخت و سازه‌های فولادی در معرض آب شور.
۳. روش‌ها و تکنیک‌های اندازه‌گیری
کیفیت داده‌های UTG به روش استفاده شده و تکنیک‌های کالیبراسیون وابسته است.
الف) کالیبراسیون (Calibration)
قبل از شروع بازرسی، UTG باید روی یک بلوک کالیبراسیون (Calibration Block) که ضخامت و جنس آن دقیقاً مشخص است، کالیبره شود تا سرعت صوت صحیح ماده در دستگاه ثبت شود.
ب) اندازه‌گیری دمای بالا (High-Temperature Measurement)
مشکل فنی: سرعت صوت با افزایش دما کاهش می‌یابد. اندازه‌گیری ضخامت یک لوله داغ بدون اصلاح، منجر به خطای قابل توجه می‌شود.
راهکار: استفاده از پراب‌های دمای بالا و اعمال فاکتور تصحیح دما (Temperature Correction Factor) در دستگاه. اپراتور باید دمای سطح را اندازه‌گیری کرده و تنظیمات دستگاه را بر اساس آن تغییر دهد.
ج) تفسیر خطاها و داده‌ها
خطا ناشی از خوردگی: در صورت وجود خوردگی شدید در سطح خارجی یا داخلی، ممکن است پراب سیگنال‌های برگشتی متعددی را دریافت کند. اپراتورهای مجرب می‌توانند با استفاده از حالت B-SCAN (نمایش مقطعی ضخامت)، وجود فرورفتگی‌ها و حفره‌ها را تأیید کنند.
اندازه‌گیری چندگانه (Multiple Readings): برای ارزیابی ضخامت یک مخزن یا ورق، اندازه‌گیری‌ها باید در یک شبکه منظم (Grid Pattern) انجام شوند تا یک نقشه ضخامت جامع تهیه شود و نقاط با کمترین ضخامت شناسایی گردند.
۴. مزایا و محدودیت‌های
| ویژگی | مزایا | محدودیت‌ها |
| غیرمخرب | عدم نیاز به برش، سوراخکاری یا آسیب به سازه. | محدود به فلزاتی است که قابلیت انتقال امواج صوتی را دارند (برای برخی مواد با ساختار دانه درشت مانند چدن گرافیتی سخت است). |
| سرعت و حمل آسان | قابلیت حمل آسان و اندازه‌گیری سریع در محل کار. | نیاز به سطح تماس نسبتاً صاف برای اطمینان از جفت‌شدگی صحیح پراب (نیاز به تمیزکاری زنگ‌زدگی یا رنگ ضخیم). |
| دقت بالا | دقت بسیار بالا در اندازه‌گیری ضخامت. | نیاز به کالیبراسیون دقیق بر اساس سرعت صوت ماده و تصحیح دما. |
نتیجه‌گیری: گیج‌های ضخامت‌سنج التراسونیک ابزارهای اساسی برای هر برنامه مدیریت ایمنی دارایی هستند. توانایی آن‌ها در ارائه داده‌های دقیق و قابل ردیابی از نازک‌شدگی دیواره، مهندسان را قادر می‌سازد تا پیش‌بینی‌های دقیقی در مورد زمان شکست احتمالی سازه انجام دهند و تعمیرات را قبل از وقوع فاجعه برنامه‌ریزی کنند. تسلط بر تکنیک‌های کالیبراسیون و تفسیر داده‌ها در شرایط مختلف دمایی و سطحی، برای بهره‌برداری کامل از قابلیت‌های UTG ضروری است.
