بازرسی جوش

بازرسی جوش

بازرسی جوش (Welding Inspection) به منظور کنترل دقیق قطعات جوشکاری شده و برای حصول اطمینان از صحت انجام جوشکاری بر مبنای استانداردها و دستورالعمل های مشخص روی اتصالات جوش شده انجام می شود که این بررسی ها از جمله وظایف یک بازرس جوش است. در واقع می توان گفت فرآیند های جوشکاری مانند دیگر پروسه های صنعتی دارای اصول و استاندارد های مشخصی می باشد. سازه های جوش شده در مراحل مختلف کار و همچنین در خاتمه جوشکاری نیازمند بازرسی هستند. برای اطمینان یافتن از حصول کیفیت قابل قبول و مناسب در قطعات مختلف جوش شده، لازم است دستورالعمل های مربوط به جوشکاری بخوبی اجرا شوند.

مراحل بازرسی جوش

1. قبل از شروع فرآیند جوشکاری لازم است یک سری مقدمات کار فراهم باشد تا حتی المقدور از وقوع عیوب جوشکاری جلوگیری شود. از جمله این مقدمات عبارتند از:

• اطلاع از کیفیت مورد نظر کار و شرایط بهره برداری از قطعات
• مطالعه دقیق نقشه ها و مشخصات فنی
• انتخاب استانداردهای اجرایی
• انتخاب و ارزیابی روش جوشکاری
• انتخاب و بازرسی مواد مصرفی
• طرح و تنظیم نحوه اجرای جوشکاری 
• بررسی تجهیزات جوشکاری
• آزمون جوشکار و اپراتور

2. حین انجام جوشکاری نیز لازم است برخی بازرسی ها صورت بپذیرد. از جمله:

• بازرسی قطعاتی که بهم متصل شده و درز هایی که آماده جوشکاری هستند
• بازرسی محل های جوش و سطوح مجاور به منظور اطمینان از تمیزی و عدم آلودگی با موادی که اثرات زیان بخش بر جوش دارند
• بازرسی سطوح برشکاری شده با شعله یا شیار زده شده از نظر پوسته، ترک و غیره
• بازرسی ترتیب و توالی جوشکاری، استفاده از قیدها و گیره ها و سایر تمهیدات به منظور کنترل پیچیدگی ناشی از جوشکاری
• بازرسی مواد مصرفی جوشکاری از نظر دارا بودن شرایط مطلوب و گرم و خشک کردن الکترودهای رو پوش دار طبق استاندارد ها
• بررسی وضعیت جوشکاران و اپراتور های جوشکاری از نظر داشتن مهارت
• بازرسی پیش گرم کردن و حفظ درجه حرارت بین پاسی در صورت لزوم

3. بازرسی بعد از اتمام فرآیند جوشکاری به منظور حصول اطمینان از صحت جوشکاری، مانند:  

• بازرسی های مخرب

• بازرسی های غیر مخرب 

بازرسی های غیر مخرب

هدف از این آزمایشات تشخیص عیوب مختلف در جوش است بدون اینکه قطعه جوش داده شده غیر قابل استفاده شود. در اغلبآزمایشات غیر مخرب از خواص فیزیکی فلزات و به کمک وسایل و تجهیزات خاص می توان به وجود عیوب پی برد. معمول ترین آزمایشات غیر مخرب که در بازرسی جوش استفاده می شود عبارتند از: 

بازرسی چشمی

معمول ترین نوع تست های غیر مخرب، بازرسی چشمی (VT) است. این روش بسیار ساده و سریع انجام می شود. بطور کل پیش از انجام هر نوع بازرسی غیر مخرب (NDT)، یک بررسی چشمی لازم است. بازرسی چشمی در اتصالات جوشکاری می بایست با دقت بالایی انجام شود. لذا بدین منظور از وسایلی همچون دوربین های CCD، میکروپروسسورها و کامپیوتر استفاده می شود. می توان از روش هایی مثل پردازش تصویر، شناسایی ساختار و رد یا قبول کردن قطعات به طور اتوماتیک – زمانی که تعداد قطعات مورد آزمایش زیاد باشد – استفاده کرد.

آزمایش پرتو نگاری و تفسیر فیلم

تابش الکترو مغناطیسی با طول موج های بسیار کوتاه. بدین صورت که پرتو ایکس یا پرتو گاما از درون مواد جامد عبور می‌کند اما بخشی از آن، توسط محیط جذب می‌شود. مقدار جذب پرتو در هنگام عبور از ماده به چگالی و ضخامت ماده و همچنین ویژگی های پرتو تابیده شده بستگی دارد. اگر فیلم یا یک صفحه حساس در طرف دیگر قطعه قرار داده شود، اشعه عبوری از قطعه بر روی آن اثر می کند. اگر جوش، سالم و یکنواخت باشد، اشعه عبوری با غلظت و شدت یکنواخت فیلم را تار می کند؛ اما اگر در مسیر عبور اشعه عیوبی نظیر حفره گازی، ترک، سربازه محبوس شده و غیره وجود داشته باشد، اشعه در این مواضع با غلظت بیشتری بر روی فیلم ظهور می کند.

آزمون نفوذ

این روش یکی از آزمایش های نسبتا ساده و سریع برای تشخیص کامل بودن جوش در مخازن، سیلندر ها و لوله ها از نظر نشت پذیری مایع یا گاز است. در این روش پس از بستن کلیه دریچه ها در مخزن یا کپسول، از طریق فشار هیدرولیکی، آب، نفت، هوا یا گاز به داخل آن ها هدایت می شود. آب قابلیت نفوذ کم، نفت نسبتا خوب و هوا و گاز مخصوصا هیدروژن قابلیت نفوذ زیادی دارند. فشار اعمال شده در مخزن یا لوله باید تقریباً دو برابر فشاری باشد که برای کاربری آن وسیله در نظر گرفته شده است.

از طرق مختلف می توان نفوذ مایع یا گاز به خارج از مخزن را مشخص کرد. از جمله:

1- اعمال فشار معین و خواندن این فشار در زمان های مختلف از روی فشار سنج. چنانچه به مرور زمان افتی در عدد فشار سنج مشاهده شود نشانگر وجود نشتی در سیستم است.

2- پس از وارد کردن آب یا گاز به درون مخزن، محلول آب و صابون بر روی خط جوشکاری شده مالیده شود. در صورت وجود نشتی در آن قسمت ها حباب و کف ایجاد می شود. 

آزمایش جریان گردابی

چنانچه یک سیم پیچ که حامل جریان متناوب باشد در نزدیکی مواد رسانا قرار داده شود، این سیم پیچ جریان های گردابی یا میدان های ثانویه ای را در آن ماده ایجاد می کند. این جریان های القایی میدان هایی را ایجاد خواهند کرد که در خلاف جهت میدان مغناطیسی اولیه سیم پیچ است. تأثیر متقابل بین میدان ها موجب ایجاد یک نیروی ضد محرکه الکتریکی در سیم پیچ شده و در نتیجه سبب تغییر مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ خواهد شد. اگر ماده ناپیوستگی داشته باشد، توزیع و مقدار جریان های گردابی مجاور آن تغییر می‌کند و در نتیجه کاهشی در میدان مغناطیسی در رابطه با جریان های گردابی به وجود می‌آید، بنابراین مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ تغییر خواهد کرد. در واقع مشاهده تغییر در مقدار مقاومت سیم پیچ بیانگر حضور عیب در قطعه است. 

بازرسی با ذرات مغناطیسی

بازرسی با ذرات مغناطیسی یکی دیگر از روش های بازرسی غیر مخرب برای آشکار کردن بعضی عیوب سطحی غیر قابل رویت و خلل و فرج هایی است که در عمق زیادی قرار نداشته باشند. در این روش یک جریان الکتریکی بسیار قوی که تولید کننده میدان مغناطیسی باشد به منطقه جوش اعمال می شود. در اثر این عمل قطعه خاصیت آهن ربایی پیدا می کند. پس از آن ذرات و پودر های ریز فلزی روی سطح پاشیده می شود. این ذرات در اطراف عیوب تجمع می کنند. بدین ترتیب مکان عیب شناسایی می شود.

مشکل و محدودیت این روش آن است که برای شناسایی عیوبی که در عمق قطعه وجود دارند و برای قطعاتی که مغناطیس نمی شوند، کاربرد ندارد. 

بازرسی به کمک مایع رنگی نفوذ کننده

یکی دیگر از روش های بازرسی عیوب سطحی در جوش، نظیر ترک های سطحی، استفاده از محلول های رنگی نفوذ کننده و مواد ظاهر کننده است. در این روش یک مایع نافذ برای مدت مشخص روی سطح قطعه اعمال می شود. در این مدت در اثر خاصیت مویینگی، مایع نافذ داخل عیوب سطحی نفوذ می کند. پس از چند دقیقه مقدار اضافی مایع نافذ از روی سطح پاک شده و سطح خشک می شود.

در مرحله بعد ماده ظاهر کننده (Developer) بر روی سطح ریخته می شود. مایع نافذی که درون ناپیوستگی های سطح باقی مانده است، توسط ماده ظاهر کننده جذب شده و محل، اندازه و نوع ناپیوستگی مشخص می گردد.

امروزه دو نوع ماده ظاهر کننده در بازرسی جوش مورد استفاده واقع می شود:

1- ماده ظهور خشک: شامل یک ماده پودری با رنگ روشن است.

2- ماده ظهور مرطوب: شامل یک پودر است که در داخل مایع مناسب مثل آب یا یک حلال فرار ریخته شده و از محلول حاصل استفاده می شود.

آزمایش فراصوتی

در آزمایش فراصوتی امواج با فرکانس بالا در محدوده 20KHz – 20MHz برای تشخیص موقعیت و اندازه عیوب سطحی و عمقی نظیر خلل و فرج، ترک، سرباره محبوس شده و حتی ضخامت جوش یا قطعه کار، بکار می رود. این روش که بسیار حساس و دقیق است برای فلزات آهنی و غیر آهنی و حتی غیر فلزات قابل استفاده می باشد.

در این روش با عبور جریان الکتریکی متناوب با فرکانس بالا (یک میلیون سیکل در ثانیه) از کریستال کوارتز، انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود ( اثر پیزوالکتریک ). در ابتدا سطح کریستال منبسط شده و در نیم سیکل بعدی منقبض می شود. این امر موجب تولید ارتعاشات مکانیکی می شود.

امواج از قطعه مورد نظر عبور داده شده و از سمت دیگر توسط دستگاه گیرنده دریافت می شود. با توجه به زمان رفت و برگشت این امواج، می‌توان ضخامت قطعه را تعیین کرد. اگر کوچکترین عیبی در مسیر عبور امواج وجود داشته باشد، تمام یا بخشی از موج در برخورد با عیب منعکس می گردد. بدین ترتیب با مقایسه زمان های رفت و برگشت هر کدام از امواج در بخش های مختلف قطعه، می توان به حضور یا عدم حضور عیوب پی برد. از مزایای این روش سرعت عمل زیاد، حساسیت بالا، هزینه پایین و نامحدود بودن سطح کار مورد بررسی است. 

منابع و پیوندها

 

بازرسی چشمی

بازرسی چشمی (Visual Test) یا به اختصار VT معمول ترین نوع تست های غیر مخرب است. این روش ساده دارای کاربرد آسان و سریع است و معمولا با قیمت تمام شده پایین انجام می شود هر چند که یک قطعه توسط روش های دیگر NDT تست شود، یکبازرسی چشمی باید روی قطعه انجام شود. یک بازرسی چشمی ساده در روی قطعه می تواند عیوب سطحی بزرگ را شناسایی کرده و بلافاصله قطعه را رد کند و به طبع آن در زمان و هزینه صرفه جویی کند، در غیر این صورت با صرف هزینه و زمان زیاد و با روش های پیچیده تر این نتیجه بدست آید. اغلب، تست در اتصالات جوش شده برای پیدا کردن عیوب کوچک انجام می شود. برای این منظور، بازرسی چشمی با دقت خیلی بالا مورد استفاده قرار می گیرد، با اختراع وسایلی مانند دوربین های CCD، میکروپروسسورها و کامپیوترها، بازرسی چشمی با قیمت تمام شده کمتر و اطمینان بیشتری انجام می شود. می توان از روش هایی مثل پروسس تصویر، شناسایی ساختار و رد یا قبول کردن قطعات به صورت اتوماتیک در زمانی که تعداد قطعات مورد آزمایش زیاد باشد، استفاده کرد.

بازرسی چشمی دارای کاربردهای وسیعی در بازرسی مواد خام ریخته گری و مواد جوشکاری شده می باشد هر چند به خاطر دادن اطلاعات مفید در مراحل مختلف جوشکاری، این روش در جوشکاری از اهمیت بیشتری برخوردار است. بسیاری از خصوصیات جوش را بعد از اتمام جوشکاری و با نگاه کردن به جوش می توان فهمید ولی با بازرسی چشمی در حین مراحل جوشکاری اطلاعات بیشتری را می توان در مورد جوش به دست آورد. برای بسیاری از جوش هایی که حساسیت زیادی ندارند سلامت جوش به صورت اولیه بابازرسی چشمی جوش باید، قبل از جوشکاری، در حین جوشکاری و بعد از اتمام جوش انجام گیرد.

در حین انجام جوشکاری در اثر عدم مهارت جوشکار یا نداشتن اطلاعات لازم جوشکاری ممکن است بسیاری از عیوب در جوش به وجود بیایند. برای اطمینان از اینکه فاکتورهایی مثل خستگی پرسنل بر کار جوشکار ماهر اثر نمی گذارد نیاز به بازرسی و تست جوش ها می باشد هم چنین برای نشان دادن کیفیت، استحکام و خواص مورد نظر، جوش باید تست گردد.

بازرسی چشمی در هنگامی که جوشکاری انجام می شود و بعد از آن باعث بالا رفتن کیفیت جوش می شود و بعد از تکمیل آن، اطلاعات زیر را در اختیار بازرس می گذارد.

1- آیا نفوذ و ذوب به صورت کامل بین فلز پایه و فلز جوش انجام گرفته؟

2- آیا نشانه ای از وجود سوختگی لبه جوش در امتداد مرز جوش و فلز پایه وجود دارد؟

3- با نگاه کردن به ریشه جوش های V یا U شکل می توان فهمید آیا نفوذ در اتصال به میزان لازم انجام شده؟

4- آیا تاج جوش حالت مناسب (محدب) دارد یا حالت مقعر دارد؟ در حالت مقعر، به علت عدم وجود فلز جوش لازم در گره جوش، باعث ضعیف شدن جوش می گردد.

5- آیا ابعاد جوش درست است؟ (به وسیله گیج اندازه گیری می شود).

6- مطابقت جوش ها با اندازه های تعیین شده، آماده سازی ها و کنترل مراحل آماده سازی جوش.

7- مقبول بودن ظاهر جوش با توجه به عواملی مثل: ظاهر گرده جوش، پاشش های جوش، سوختگی لبه جوش و روی هم افتادگی جوش.

8- مشاهده عیوب و ترک ها در سطح قابل مشاهده جوش.

9- عدم نفوذ در ریشه یا نفوذ بیش از اندازه در ریشه.

10- سوراخ های کوچک ولی عمیق، حفره های گازی، تورق در انتهای ورق.

11- حوضچه های مذاب شبیه دهانه آتشفشان، حالت غیر طبیعی موج های گرده جوش و غیره.

یک گیج چند منظوره کوچک توسط انجمن بین المللی جوش طراحی شده است که قادر به اندازه گیری ضخامت تا 20 میلی متر، زاویه پخ جوش از 60 تا صفر درجه اندازه گیری تاج جوش، عمق سوختگی لبه جوش، اندازه گیری میزان گلوی جوش و مقدار پای جوش (Leg) (در جوش های Tشکل ) و اندازه گیری میزان عدم انطباق در جوش های سر به سر می باشد.

با وجود اینکه بازرسی چشمی روش ارزشمندی است ولی برای پیدا کردن عیوب زیر سطحی روش مورد اعتمادی نیست. بنابراین برای تصمیم گیری در مورد سلامت جوش، علاوه بر اطلاعاتی که در مورد سطح جوش به دست می آید، باید اطلاعاتی در مورد کیفیت درون جوش نیز داشته باشیم با استفاده از ابزار دیدن و اندازه گیری ابعاد جوش در بازرسی چشمی، قابلیت این روش بازرسی به طور قابل توجهی افزایش پیدا می کند.

با وجود پیشرفت های بسیار زیاد در وسایل بازرسی چشمی تاکنون هیچ کامپیوتری برای انجام عمل تصمیم گیری به جای مغز انسان به وجود نیامده است. داشتن اطلاعات مهندسی در مورد روش جوشکاری نیز کمک شایانی در شناسایی مناطق خیلی حساس یا مناطق معیوب است. 

وسایل زیادی مثل ذره بین های کوچک جیبی تا میکروسکوپ ها و چراغ های کوچک تک رنگ و دوربین های CCD برای افزایش محدوده کار بازرسی چشمی وجود دارند. دوربین های کوچک ثابت و قابل انعطاف برای بازرسی چشمی در مناطقی که غیر قابل دسترس هستند (کوچکتر از 1 میلی متر) و هم چنین برای حفظ سلامت بازرس در بازرسی های ابتدایی NDT، مورد استفاده قرار می گیرند. راحتی و آسایشی که با استفاده از وسایل بازرسی جوش برای بازرس به دست می آید همراه با کاهش خستگی ناشی از کار بازرسی باعث افزایش اطمینان به کار بازرسی چشمی می گردد.

اولین دستور کاری در بازرسی چشمی روشن کردن قطعه مورد نظر با نور است که معمولا بازرسی در نقاط روشن انجام می گیرد. سپس قطعه توسط چشم مورد بازرسی قرار می گیرد. با وجود اینکه وسایلی که در بازرسی چشمی مورد استفاده قرار می گیرند، خیلی ساده می باشند اما داشتن نور کافی در این نوع بازرسی لازم است، سطح قطعه کار نیز قبل از انجام بازرسی باید به صورت کامل تمیز شده باشد.

چشم انسان به خاطر قدرت دید و مشاهده عالی آن با ارزش ترین ابزار در بازرسی های NDT می باشد حساسیت چشم انسان با تغیر طول موج های نوری تغییر می کند. در شرایط معمولی بیشترین حساسیت چشم انسان به نور زرد مایل به سبز با طول موج 5560 آنگستروم می باشد. چشم انسان دارای دید خوبی در رنج های گسترده و شرایط مختلف می باشد و نمی تواند معیار مناسبی برای تشخیص اختلاف روشنایی های مختلف باشد، مگر در شرایط خاص، برای بازرسی چشمی نور مناسب 800 تا 1000 لوکس از شرایط مهم می باشد. به دلیل خطاهای ناشی از کاهش توانایی تشخیص در اثر خستگی، شخص نباید بیش از مدت 2 ساعت به صورت پیوسته بازرسی چشمی را انجام دهد.

 

 

تجهیزات بازرسی چشمی

تجهیزات بازرسی چشمی (Visual Test Equipment) عبارتند از : 1- میکروسکوپ 2- بوروسکوپ 3- اندوسکوپ 4- بوروسکوپ نوری قابل انعطاف 5- تلسکوپ 6- دیفرکتوسایت یا دی سایت

بازرسی چشمی بدون استفاده از وسایل بازرسی

در بازرسی چشمی یک قطعه یک بازرس کارآزموده می تواند اطلاعات زیر را در مورد قطعه به دست آورد:

1- شرایط کلی قطعه.

2- وجود یا عدم وجود لایه های اکسیدی و مواد و محصولات خوردگی روی سطح قطعه.

3- وجود یا عدم وجود انواع ترک ها (جهت و محل قرارگیری ترک ها با توجه به مناطق مختلف جوش ها فرق می کند).

4- حفره های گازی سطح قطعه مناطق پر شده توسط جوش طرح کلی بستر جوش و جهت گیری احتمالی بین بستر جوش و فلز پایه.

5- منابع پتانسیلی برای ضعف های مکانیکی مثل شیارهای تیز با عدم انطباق و غیره.

6- اطلاعات به دست آمده در بازرسی چشمی می تواند کمک مهمی در سایر تست ها باشد.

ابزارهای نوری مورد استفاده در بازرسی چشمی

استفاده از ابزار بصری در بازرسی چشمی سودمند است و به دلایل زیر استفاده از آن ها توصیه می شود:

1- بزرگ کردن عیوبی که توسط چشم غیر مسلح دیده نمی شوند

2- برای مناطقی که امکان دسترسی به آن ها وجود ندارد امکان بازرسی چشمی را فراهم می آورد.

در انجام بازرسی چشمی دانستن نوع عیبی که احتمال به وجود آمدن آن است و هم چنین مشخص کردن مناطقی که احتمال عیب در آن ها وجود دارد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. استفاده از ذره بین ها و چراغ ها در محل های مناسب، توصیه می شود. کل منطقه مورد بازرسی باید از لحاظ تمیز بودن سطح، وجود اجسام خارجی، محصولات خوردگی یا آسیب های وارده مورد بازرسی قرار گیرد. در بسیاری از موارد منطقه مورد نظر بازرسی چشمی باید قبل از بازرسی به صورت کامل تمیز کاری شود.

میکروسکوپ

یک میکروسکوپ چشمی شامل ترکیبی از انواع لنز ها است که برای بزرگ کردن تصویر یک جسم کوچک به کار می روند. برای بزرگ کردن تصویر جسم مورد نظر، آن را در جلوی لنزهای میکروسکوپ قرار می دهند. فاصله بین لنز و چشم تا وقتی که جسم در فاصله کانونی لنز قرار گیرد و یک تصویر خوب از جسم داشته باشد قابل تنظیم است. ساده ترین نوع میکروسکوپ دارای یک لنز می باشد که اغلب آن را به نام ذره بین می شناسیم. قابلیت بزرگنمایی یک ذره بین با توجه به رابطه M=25/f بدست می آبد که در این رابطه f فاصله کانونی عدسی می باشد. 25 یک ضریب ثابت است که نشان دهنده مقدار متوسط حداقل فاصله ای می باشد که جسم با چشم غیر مسلح دیده می شود.

در یک عدسی که فاصله کانونی آن برابر 12.5 سانتی متر است با استفاده از فرمول M=25/f می توان گفت: قدرت بزرگنمایی عدسی 2 برابر است. فاصله کانونی ذره بین و فاصله آن تا قطعه تقریبا برابر می باشند، به فضایی که توسط ذره بین قابل روئت است در اصطلاح میدان دید می گویند. در یک ذره بین معمولی، میدان دید کمتر از فاصله کانونی آن می باشد. انتخاب یک ذره بین با میدان دید مناسب از اهمیت خاصی برخوردار است. برای مثال: اگر یک قطعه بزرگ مورد بازرسی قرار گیرد. زمان لازم برای بازرسی با یک ذره بین با قدرت بزرگ نمایی 20 برابر خیلی زیاد است. روش درست بازرسی، استفاده از یک ذره بین با قدرت بزرگنمایی کم و علامت گذاری نقاط مشکوک و سپس استفاده از ذره بین قویتر در این نقاط می باشد. واژه عمق میدان برای نشان دادن فاصله ای می باشد که عدسی می تواند بدون خراب شدن کیفیت تصویر جسم، از جسم دور یا به آن نزدیک شود. در سایر فاصله ها، جسم در فاصله کانونی قرار نمی گیرد و تصویر واضحی ندارد. عمق میدان همراه با قدرت عدسی ها به صورت نسبی تغییر می کند. این عمق در عدسی های با قدرت بزرگنمایی کم، زیاد می باشد و با افزایش قدرت بزرگنمایی عدسی ها کاهش می یابد. عیوب کوچک و ریزه کاری های روی سطح را خیلی راحت تر می توان توسط میکروسکوپ دید، میزان حد بالای بزرگنمایی در میکروسکوپ ها در محدوده x10 می باشد. میکروسکوپ های چشمی برای ارزیابی ترک ها با توجه به شکل ترک ها و جهت قرارگیری آن ها مورد استفاده قرار می گیرند. در مرحله اول از میکروسکوپ با قدرت بزرگنمایی 2 تا 20 برابر استفاه می شود در حالی که در مرحله دوم از میکروسکوپ با قدرت بزرگنمایی 100 تا 500 برابر استفاده می شود. در مراحل بعد در صورت نیاز از میکروسکوپ با قدرت حدود 1500 تا 2000 برابر استفاده می شود.

پیشرفت در تکنولوژی میکروسکوپ ها باعث شده که امروزه از میکروسکوپ ها در بسیاری از خطوط بازرسی در صنایع مختلف استفاده وسیع بشود. استفاده از پروژکتورها در بازرسی باعث خستگی کمتر چشم و افزایش قدرت اپراتور در بازرسی تعداد بیشتری از قطعات کوچک می شود. حتی می توان یک دوربین 35 میلیمتری هم روی هر میکروسکوپ نصب کرد که به راحتی می تواند تصویر گرفته شده را روی یک دیوار تاریک بیاندازد. بزرگنمایی میکروسکوپ و ماکروسکوپ با توجه به ساخت و مدل آن می تواند از 3 تا 3000 برابر تغییر کند.

بوروسکپ

بوروسکوپ در حقیقت وسیله ای برای دیدن فضای داخلی لوله های باریک و قطر داخلی لوله ها است. بوروسکپ شامل یک سیستم روشن کننده است که از ترکیب تعدادی عدسی و یک صفحه نمایش دهنده درست شده و تصویر را با بیشترین قابلیت موجود به بیننده نشان می دهد. منبع نور یا جلوی عدسی جسمی یا در بالای آن قرار می گیرد تا بتواند نور مورد نیاز برای بازرسی چشمی را فراهم کند. هر چقدر عدسی های بوروسکپ بیشتر شوند نور تصویر مورد نظر کمتر می شود زیرا مقدار بیشتری از نور در عدسی ها مصرف می گردد.

بوروسکپ ها در مدل های مختلف از قطر 2.5 تا 19 میلی متر و در متراژهای مختلف وجود دارند. معمولا و به صورت یک قاعده کلی، قطر بوروسکپ به قطر داخلی سوراخ یا لوله مورد بازرسی بستگی دارد. طول بوروسکپ ها معمولا با فصله بین نقطه دسترسی و نقطه مورد بازرسی تعیین می شود. سیستم های تصویری در بوروسکپ ها طوری طراحی شده اند تا بتوانند تصاویر مستقیم، عمود، تصویر با زاویه تقریبا 180 درجه نسبت به جلوی بووسکوپ یا تصاویر مایل را برای بیننده تولید کنند. انتخاب زاویه بازرسی توسط نوع عیب و محل آن، انجام می شود. در اغلب بوروسکوپ ها فضای قابل دید توسط بوروسکپ ها تقریبا یک دایره با قطر 25 میلی متر در فاصله 25 میلی متری جسم می باشد. برای یک بزرگنمایی خاص، اندازه میدان دید، معمولا با قطر تغییر میکند. انواع بوروسکپ های مستقیم خطی و بوروسکپ ها با مفصل قابل انعطاف در دو امتداد با قدرت تفکیک بالا و بزرگنمایی x2 با میدان دید 35 و 80 درجه را نشان می دهد.

 

اندوسکپ

اندوسکپ خیلی شبیه بوروسکپ است با این تفاوت که این وسیله دارای سیستم های بصری بهتر و یک منبع نور با شدت قوی می باشد. هم چنین از انواع زوایای دید می تواند استفاده شود ویژگی منحصر به فرد اندوسکپ فاصله کانونی ثابت 4 میلی متری آن می باشد در زمانی که نوک اندوسکپ در فاصله 4 میلی متری از سطح جسم مورد بازرسی قرار می گیرد، بزرگنمایی در حدود 10 برابر از جسم به دست می آید. ویژگی فاصله کانونی ثابت و فوکوس نشدن اندوسکپ باعث می شود که در نقاطی که احتیاج به دقت بیشتری برای بازرسی نیاز است از اندوسکپ به جای بوروسکپ استفاده شود اندوسکوپ ها در قطرهای مختلف تا 1.7 میلی متر و در طول های متنوع از 100 تا 1500 میلی متر وجود دارند.

بوروسکپ نوری قابل انعطاف

بوروسکپ قابل انعطاف در اطراف گوشه ها و کنج ها و در داخل راهروهایی که پیچ ها و تغییر جهت های بسیاری در آن ها وجود دارد استفاده می شود. یک غلاف فولادی به حالت مارپیچ روی فیبرهای نوری کشیده شده است و از تصویری که توسط این فیبرها از عدسی جسمی به عدسی چشمی منتقل می شود محافظت می کند. این وسیله برای به دست آوردن تصاویر شفاف و واضح از قسمت های داخلی قطعات که در حالت عادی امکان دسترسی به آن ها نمی باشد، مورد استفاده قرار می گیرد. قابلیت کنترل از راه دور و انعطاف بالای فیبروسکوپ امکان استفاده از این وسیله را در قطعات با پیچ و خم های پیچیده و زیاد داده است. قسمت انتهای این وسیله، قابلیت انعطاف توسط اپراتور از راه دور را دارد. اکثر وسایل دارای عدسی جسمی با زوایه دید 100 درجه و نوک هدایت شونده با زاویه 90 ± درجه می باشند این وسایل دارای یک دسته فیبر نوری برای انتقال تصاویر و قابلیت کنترل فاصله کانونی برای به دست آوردن تصاویر شفاف و زاویه دید وسیع می باشند. طول کاری این وسایل از 60 تا 365 سانتی متر متغیر است و قطر آن ها از 0.3 تا 12.5 میلی متر متغیر می باشد.

  

از قابلیت تفکیک بالای دوربین های CCD تعبیه شده در فیبروسکپ ها می توان برای بازرسی سطح داخل لوله ها استفاده کرد دوربین هادر انواع مختلف دید به صورت مستقیم یا دید از کنار با حداقل منطقه دید 50 درجه همراه با 4 مفصل با زاویع 120 درجه که قابلیت حرکت با جوی استیک یا کنترل کننده های دستی را دارند، یافت می شوند. یک منبع نور مناسب و یک سیستم کنترل کننده داخل لوله مورد نظر را روشن می کند. کنترل اتوماتیک، نور را به صورت خود به خود برای بدست آوردن بیشترین روشنایی تنظیم می کند. تصاویر در یک مونیتور رنگی با قابلیت تفکیک بالا و قدرت فریز کردن تصاویر برای مشاهده جزئیات تصاویر نشان داده می شود. علاوه برآن تصاویر در یک حافظه سخت افزاری ذخیره می شوند تصاویر را می توان به صورت فایل کامپیوتری در آورد و به کامپیوترهای دیگر انتقال داد. تمام اطلاعات را می توان داخل ریپورت ها و مدارک داخل نرم افزارهای ویندوز ذخیره کرد و هم چنین اطلاعات تصویری را می توان برای به دست آوردن کنتراست و رزولوشن مناسب پروسس کرد.

تلسکوپ

از تلسکوپ برای به دست آوردن یک تصویر بزرگ از جسمی که فاصله زیادی از چشم دارد استفاده می شود و از این وسیله می توان برای بازرسی چشمی سطوحی که غیر قابل دسترسی هستند استفاده کرد. این وسیله شامل دو عدسی می باشد که به عنوان عدسی جسمی و چشمی نام گذاری شده اند از این وسیله می توان به همراه پیروسکپ برای دیدن سطوح پنهان نیز استفاده کرد. معمولا برای این منظور از تلویزیون مدار بسته نیز می توان استفاده کرد.

دیفرکتوسایت یا دی سایت

دی سایت یک روش برای دیدن خرابی های سطی و پستی و بلندی های روی سطح در اندازه های کوچک 10 میکرو متر است. این روش یک روش با قابلیت پاسخ دهی همزمان با تست است و استفاده ویژه ای در بازرسی سریع ساختارهای بزرگ دارد، ساختار (دی – سایت) شامل یک منبع نوری، یک صفحه منعکس کننده و جسم مورد بازرسی است. هم سطوح صاف و هم سطوح منحنی قابل بازرسی با این روش هستند ولی سطحی که مورد بازرسی قرار می گیرد. باید سطحی منعکس کننده باشد. روش دی – سایت بر اساس اصول هندسی نور کار می کند. در صورتی که یک سطح صاف همراه با یک فرورفتگی در روی آن مورد بازرسی قرار گیرد. شعاع نوری که به سطح فرورفتگی برخورد می کند کج می شود و این شعاع نوری که مسیر آن کج شده در نقطه ای غیر از تصویر نقطه مورد نظر و در تصویر سطح اطراف نقطه مورد نظر روی صفحه منعکس کننده برخورد می کند صفحه منعکس کننده از تعداد زیادی بستر شیشه ای که نور را منعکس می کند تشکیل شده است و این صفحه تمام دسته های نوری که به آن برخورد می کند را به همان نقاط اولیه خود بازتاب می دهد. بنابراین تمام سطح مورد بازرسی به غیر از نقطه فرورفتگی روشن می شود و نقطه مورد نظر به صورت یک لکه تاریک مشخص می شود. این اثر در انعکاس از صفحه منعکس کننده، به نام اثر دی – سایت شناخته می شود. این روش با افزایش میزان و شدت نور در یک طرف عیب و کاهش نور در طرف مقابل عیب باعث مشخص شدن عیب می گردد. روش دی سایت به طور موثری فرورفتگی های غیر قابل دید مثل سوراخ هایی که در اثر کار سرد به وجود می آیند و هم چنین ترک ها و خوردگی فلزات را ثبت می کند.

هولوگرافی لیزری و اندازه گیری میزان تصادم

هولوگرافی روشی است که بدون استفاده از عدسی، اطلاعاتی به صورت دو بعدی از یک جسم تهیه می کند که در مراحل بعدی از این اطلاعات برای درست کردن مدل سه بعدی از جسم مورد نظر استفاده می شود. یک شعاع نوری سه بعدی فضای زیادی را در یک هولوگرام نشان می دهد که در این تصویر عمق نیز به صورت مجازی نشان داده می شود. یک شعاع موازی نور به صورت لیزر در اثر انعکاس و شکست در یک جدا کننده پرتو به دو قسمت تقسیم می شود، هر کدام از این دو شعاع نوری توسط دو فیلتر جداگانه پراکنده می شوند. یکی از آن ها به جسم، تابیده می شود و ممکن است توسط آینه ها باز هم تفکیک شود. شعاع نوری دوم یا شعاع اصلی به صورت مستقیم به صفحه تابیده می شود و نور منعکس شده از جسم در آن تداخل می کند. هولوگرافی که در محل مربوطه تشکیل می شود حاوی اطلاعاتی درباره مقدار و فاز موج نوری منعکس شده از جسم می باشد علاوه بر آن دارای تصویری سه بعدی از جسم است.

بعد از تابش که ممکن است از چند هزارم ثانیه تا چند ثانیه طول بکشد، هولوگرام حاضر می شود. پروسس کردن صحیح ورق های هولوگرافی نیز موازی سایر مراحل تهیه هولوگرافی می باشد. نتایج به دست آمده به استفاده از دستورالعمل های تولید بستگی دارد. برای تولید دوباره تصویر در هولوگرام، کافی است که شعاع نوری اولیه را دوباره به هولوگرام بتابانیم که در اثر شکست نور در شبکه هولوگرافی، مجموعه ای از موج ها که در زمان های مختلف ثبت شده، در آن واحد دوباره تولید می شود. به محض اینکه یک تصویر ثبت شود یک اثر (فشار، دما، ...) روی جسم گذاشته می شود و سپس دوباره تصویر ثبت می شود وقتی که بعد از مدتی این دو موج، (همراه هم)، دوباره ساخته می شوند این دو موج در یکدیگر تداخل کرده و یک تصویر حاشیه دار مشاهده می شود که به تغییر شکل جسم بستگی دارد. انواع روش های ساخت هولوگرام شامل این موارد است:

1- دو تابش غیر همزمان

2- تابش همزمان

3- روش فشرده

4- روش میانگین زمانی

روش دو تابش غیر همزمان در هولوگرافی انتخاب مناسبی برای بازرسی مخازن تحت فشار مخصوصا مناطق جوش، آنالیز تنش و کرنش، آنالیز ارتعاش، تابیدن دقیق و اندازه گیری ابعادی می باشد.

  

 

تست رادیوگرافی

تست رادیوگرافی (Radiography Test) یکی از روش های مهم تست های غیر مخرب است که برای شناسایی عیوب داخلی اعم از فلزی و غیر فلزی به کار می رود. در تست رادیوگرافی از پرتو های با قابلیت نفوذ بالا برای نفوذ به داخل محیط مادی مورد آزمایش و مقدار جذب متفاوت این پرتوها در حین عبور از محیط های مختلف استفاده می شود. بخشی از پرتو که در حین عبور از محیط مادی جذب می شود به ضخامت، چگالی و عدد اتمی ماده و هم چنین طول موج پرتو یا انرژی فوتون های عبوری بستگی دارد. با افزایش ضخامت و چگالی محیط مادی، جذب پرتو بیشتر می شود. بنابراین در صورت وجود عیب یا ناهمگنی و تغییر ضخامت در قطعه میزان پرتو جذب شده در نقاط مختلف متفاوت خواهد بود. از این رو برای تشخیص و شناسایی عیب در قطعه باید به نحوی این غیر یکنواختی حاصل از مقدار پرتو جذب شده پس از عبور از درون قطعه را آشکار ساخت. این آشکار سازی می تواند با استفاده از روش های مختلفی انجام گیرد. در تست های غیر مخرب در رادیوگرافی آشکار سازی عیب یا ناهمگنی بیشتر با عبور دادن پرتوهای ایکس یا گاما از درون قطعه و بررسی اثر حاصل از آن بر روی فیلم انجام می گیرد. این فیلم رادیو گرافی را به طور اختصار رادیو گراف می نامند.

این روش یکی از پر کاربرد ترین روش های تست های غیر مخرب برای ردیابی عیوب داخلی مانند حفره های گازی است. عیوب صفحه ای نیز می توانند با جهت گیری مناسب توسط رادیوگرافی ردیابی شوند این روش هم چنین برای پیدا کردن تغییرات ترکیب در مواد، ضخامت سنجی، تعیین محل قطعات اضافی یا معیوب که در داخل دستگاه ها وجود دارند و از دید پنهان هستند استفاده شود مزیت اولیه استفاده از پرتوهای یونیزه کننده در تست های غیر مخرب این است که می توان با استفاده از این پرتوها در اجسام با اشکال مختلف و اندازه های میکرونی قطعات الکترونیکی تا گلوله های بسیار بزرگ یا ساختارهای نیروگاهی استفاده کرد. تشعشع های یونیزه کننده، همانطور که از اسم آن ها معلوم است تشعشعات ذرات باردار مثل پروتن ها، الکترون ها، پوزیترون ها و غیره هستند. هم چنین شامل تشعشعات الکترومغناطیسی مثل امواج ایکس و امواج گاما می باشند. فرق اصلی بین اشعه ایکس و گاما و سایر اشعه های الکترومغناطیسی مثل نور، امواج ماوراء بنفش و مادون قرمز از نظر تست و ارزیابی، این  است که اشعه های ایکس و گاما دارای قابلیت نفوذ در مواد هستند که نور توانایی نفوذ در آن ها را ندارد علاوه بر آن این امواج مثل نور دارای خاصیت ثبت تصاویر هستند. مزیت مهم استفاده از اشعه های یونیزه کننده در تست های غیر مخرب این است که می توان اشعه های یونیزه کننده را در مورد بسیاری از مواد از عناصر سبک مثل آلومینیم، برلیم و منیزیم تا فولاد، نیکل و سایر عناصر سنگین به کار برد. محصولات مختلف با اشکال متفاوت که توسط این تشعشعات مورد بازرسی قرار می گیرند محدوده وسیعی از محصولات ریخته گری، جوشکاری، کامپوزیت ها و قطعات سر هم بندی و جمع شده را در بر می گیرند.

اصول تست رادیوگرافی

تست رادیوگرافی یک روش حجمی در تست های غیر مخرب است که بر اساس اختلاف در جذب اشعه نافذ به وسیله قطعه مورد بازرسی و با استفاده از تشعشعات الکترومغناطیسی با طول موج های خیلی کوچک یا تشعشعات ذره ای (آلفا و بتا یا نوترون) انجام می شود به خاطر اختلاف در دانسیته و تغییر در ضخامت قطعه یا اختلاف در خواص جذب که به خاطر اختلاف در ترکیب و وجود عیوب می باشد، قسمت های مختلف قطعه مورد آزمایش، مقادیر مختلفی از اشعه نافذ را جذب می کنند.

در تست رادیوگرافی معمول، یک جسم توسط اشعه ایکس یا اشعه گاما پرتو دهی می شود و قسمتی از تشعشع که به وسیله جسم جذب نشده است، به یک برگه فیلم برخورد می کند. اشعه جذب نشده به فیلم برخورد می کند و اثری (شبیه به اثر نور در فیلم عکاسی) روی فیلم می گذارد. با ظهور فیلم، یک شکل دو بعدی که به صورت نقاط تیره و روشن می باشد. پدید می آید در اثر تغییر در دانسیته یا ضخامت یا ترکیبات جسم مورد آزمایش، تغییراتی در شدت اشعه عبور کرده به وجود می آید و در نهایت دانسیته عکس به دست آمده تغییر می کند. ارزیابی فیلم بر اساس اختلاف در دانسیته فیلم با مشخصات معلوم یا در اثر حضور عیوب در جسم مورد آزمایش انجام می شود.

در تست رادیوگرافی توسط پروتون، وقتی که یک اشعه از پروتن های تک انرژی از ضخامت ماده عبور می کند بیشتر ترقیق بعد از عبور اشعه از 90 درصد مسافت صورت می گیرد برای پیدا کردن تغییرات ضخامت در حدود 0.05 درصد می توان از تکنیک رادیوگرافی با پروتن استفاده کرد که بهتر از روش های معمول رادیو گرافی است. مزیت استفاده از تکنیک رادیوگرافی با پرتوهای تک انرژی، قابلیت تشخیص عالی تغییر ضخامت می باشد. به علاوه، ترقیق کم دسته پرتو در 80 تا 90 درصد اولیه مسیر آن، قابلیت رادیوگرافی وسایل بیولوژیکی را به آن داده است. منبع پروتون اغلب به صورت یک سیکلوترون می باشد. انرژی پروتن باید با توجه به ضخامت قطعه تنظیم شود. فیلم ها و صفحات شدت دهنده در رادیوگرافی پروتن شبیه فیلم ها و صفحات مورد استفاده در رادیوگرافی به روش ایکس می باشد.

رادیوگرافی با اشعه ایکس

در روش های معمول رادیوگرافی، منبع اشعه شامل یک لوله اشعه ایکس که شامل یک منبع الکترون، یک شتاب دهنده پتانسیلی و یک عنصر سنگین به عنوان هدف است که الکترون های شتاب داده شده در برخورد با آن اشعه ایکس تولید می کنند، است. در سال 1913 کولیج یک لوله اشعه ایکس ساخت که برای تولید الکترون ها از یک فیلامنت استفاده می کرد. جایگزینی گاز SF6 به جای روغن باعث سبک تر شدن دستگاه ها و ایجاد شرایط کاری پایدار شده جایگزین کردن لوله های شیشه ای با فلز و سرامیک باعث افزایش طول عمر لوله شده است. دستگاه های جدید و مدرن تولید اشعه ایکس با ولتاژهای تا 450 کیلو ولت و 15 میلی آمپر ساخته شده اند. هم چنین دستگاه هایی با ولتاژ قابل تغییر از 5 تا 450 کیلوولت و سیستم هایی با دو اندازه نقطه کانونی و وزن بسیار سبک  (15 کیلوگرم) و خروجی 200 کیلو ولت و 3 میلی آمپر وجود دارند.

مزیت ها و معایب منابع رادیواکتیو

مزایای منابع اشعه گاما

دستگاه ها و تجهیزات اشعه گاما نیاز به نیروی برق ندارند و می توان از آن ها برای کاربردهای فضاهای باز و نقاط دور افتاده استفاده کرد. در کل، کوچک تر و سبک تر از تجهیزات اشعه ایکس هشتند و به راحتی قابل حمل و نقل هستند. با وجود ایزوتوپ هایی با اکتیویته خاص بالا، منبع هایی با نقطه های کانونی کوچک از 0.6 تا 2 میلی متر به دست می آید. به علاوه تجهیزات اشعه گاما بر خلاف دستگاه های اشعه ایکس نیاز به نگهداری کمتری دارند.

محدودیت های منابع اشعه گاما

- خروجی منبع محدود می باشد، در صورتی که خروجی بدون افزایش اندازه فیزیکی منبع، افزایش پیدا کند اکتیویته خاص افزایش پیدا کرده است. اکتیویته خاص توسط کنترل جریان نوترون موجود در نقاط پرتو افکنی راکتور، کنترل می شود. در مورد اشعه ایکس، خروجی می تواند با افزایش جریان افزایش پیدا کند.

- چون در منابع اشعه گاما انرژی های مجزا ساطع می شود انرژی اشعه نمی تواند با ضخامت قطعه مورد آزمایش هماهنگ شود، (بر خلاف دستگاه های اشعه ایکس که انرژی در یک رنج تغییر می کند). که باعث تغییراتی در فیلم رادیوگرافی می شود مثل رزولوشن پایین مخصوصا در ضخامت های پایین.

- منابع اشعه گاما با گذشت زمان قدرت خود را از دست می دهند.

فیلم های رادیوگرافی صنعتی

به طور کل فیلم یک لایه ژلاتین شفاف است که روی ترکیب نقره کشیده می شود و هر دوی آن ها روی یک صفحه شفاف قابل انعطاف قرار گرفته اند. وجود ترکیب در دو طرف صفحه شفاف (25 میکرون) باعث دو برابر شدن میزان حساسیت اشعه تابیده به ترکیب نقره می شود و سرعت را افزایش می دهد. وقتی که بیشترین مقدار نمایش جزئیات مورد نیاز باشد، از فیلم با پوشش نقره یک طرفه استفاده می کنند سطح مقطع فیلم های صنعتی رادیوگرافی در شکل نشان داده شده است.

زمانی که اشعه ایکس و گاما به دانه های نقره برخورد می کنند تغییری در ساختار فیزیکی دانه ها به وجود می آید این تغییر به صورتی است که با روش های معمول فیزیکی نمی توان آن را تشخیص داد با وجود این وقتی که فیلم تابش داده شده به وسیله محلول شیمیایی مورد واکنش قرار می گیرد، نقره فلزی سیاه روی آن به وجود می آید. این نقره در ژلاتین روی سطح فیلم به صورت ذرات معلق وجود دارد و یک تصویر از جسم مورد آزمایش تولید می کند. انتخاب فیلم رادیوگرافی برای هر قطعه بستگی به ضخامت و جنس قطعه و محدوده ولتاژ دستگاه اشعه ایکس دارد به علاوه عواملی مثل اهمیت نسبی، رادیوگرافی با کیفیت بالا یا زمان تابش کم، در نظر گرفته می شود. در صورتی که کیفیت بالا، فاکتور تعیین کننده باشد یک فیلم با سرعت کمتر یا فیلم دانه ریز باید مورد استفاده قرار گیرد در صورتی که زمان تابش کم ضروری باشد یک فیلم با سرعت بالاتر (یا ترکیبی از فیلم و صفخات شدت دهنده) می تواند مورد استفاده قرار بگیرد فیلم ها می توانند با یا بدون صفحات سربی – بستگی به ضخامت و شکل قطعه مورد آزمایش مورد استفاده قرار بگیرند. صفحات شدت دهنده فلوئورسنت در مواردی که بیشترین سرعت ممکن مورد نیاز می باشد مورد استفاده قرار می گیرند.

 

تست التراسونیک

تست التراسونیک (Ultrasonic Test) یا به اختصار UT یکی از تست های غیر مخرب است که بر مبنای ارسال امواج فراصوت (ماوراء صوتی) به داخل قطعه ی مورد بازرسی و بررسی چگونگی انتشار آن در داخل قطعه استوار است. موج فراصوت تا وقتی که محیط یکنواختی را در داخل قطعه طی می کند، مسیر اولیه خود را ادامه می دهد و به محض برخورد با عیب (ناپیوستگی یا ناهمگنی ساختاری) تماما یا بخشی از آن در فصل مشترک محیط اول (محیط داخل قطعه) و محیط دوم (ناپیوستگی) انعکاس می یابد.

یکی از قدیمی ترین روش های بررسی غیر مخرب مقایسه طنین صدای حاصل از ضربه چکش کوچکی به قطعه مورد تست با طنین صدای ضربه ای با همان شدت به قطعه سالم مشابه آن بود. به این ترتیب سالم بودن یا نبودن قطعه مشخص می شد. البته این روش بررسی روش حساسی نبود که شناسایی عیوب ریز را ممکن سازد. از طرفی دیگر عیب قابل شناسایی به حساسیت گوش شخص تست کننده بستگی داشت. با دستیابی به امواج فراصوت با فرکانس های بالا شناسایی عیوب ریز داخلی قطعات امکان پذیر شد و کاربرد این روش به طور گسترده ای توسعه یافت.

امروزه تست التراسونیک یا فراصوت به دلیل قدرت نفوذ بالای امواج فراصوتی، حساسیت بالای تجهیزات مربوط به آن، هزینه های نسبتا پایین و سرعت عمل مناسب در کنترل کیفیت محصولات فرآیند های تولید (از قبیل کشش، نورد، فورجینگ، اکستروژن) و هم چنین درز جوش ها کاربرد وسیعی دارد.

تست التراسونیک در قطعات ریخته گری شده بیشتر برای شناسایی عیوبی از قبیل حفره ها، شکاف ها ترک ها ترک های انقباضی و ناخالصی های غیر فلزی کاربرد دارد. از تست التراسونیک برای اندازه گیری و کنترل ابعاد نیز استفاده می شود.

محدودیت های تست التراسونیک عبارتند از قطعات با شکل های پیچیده، با برش ها یا ناپیوستگی های بسیار ریز و پراکنده، ساختار نامطلوب داخلی از لحاظ اندازه دانه های کریستالی، حفره های بسیار ریز، رسوب های ریز و پراکنده و ناخالصی های غیر فلزی همگی موجب بروز خطا در تفسیر نتیجه تست التراسونیک می سوند.

روش های تست التراسونیک

قسمتی از موج التراسونیک پس از عبور از محیط اول و برخورد به مرز مشترک دو محیط می تواند داخل محیط دوم شود و بخشی هم در همان محیط اول انعکاس یابد. به این ترتیب هر نوع عیب و ناهمگنی موجود در قطعه به علت داشتن مقاومت ظاهری متفاوت با محیط قطعه (محیط اول)، محیط دوم محسوب می شود که می تواند موجب عبور بخشی از موج و بازتاب بخشی دیگر از آن شود.

به طور کلی در تست التراسونیک بر حسب این که موج صوتی عبور کرده از محیط قطعه و یا بخش بازتاب یافته از آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد، دو روش وجود دارد:

 

1- روش عبوری

در روش عبوری از دو دستگاه فرستنده و گیرنده موج التراسونیک، یکی به عنوان فرستنده موج صوتی در یک طرف قطعه و دیگری به عنوان گیرنده موج در طرف مقابل آن استفاده می شود.

در این روش فرستنده موج التراسونیک توسط دستگاه فرستنده به طور ضربه ای (پالسی) و یا پیوسته به داخل قطعه مورد تست فرستاده می شود. کمیتی که در این  روش اندازه گیری می شود، دامنه شدت و یا فشار موج صوتی عبور کرده از قطعه است. وجود هر گونه عیب یا ناهمگنی در قطعه بین دستگاه فرستنده و گیرنده سبب می شود که شدت موج التراسونیک در نتیجه بازتاب جزئی یا کلی موج کاهش یابد و یا به صفر برسد. البته با این روش موقعیت عیب را با یک مرحله تست نمی توان شناسایی کرد.

قابل توجه است که قبل از تست سطح قطعه باید کاملا تمیز گردد، مخصوصا از پوسته های اکسیدی، دقت این تست به حساسیت یا دقت دستگاه شدت یا فشار سنج بستگی دارد.

مسئله دیگری که در این روش وجود دارد، وجود دو مرز انتقال بین سطح قطعه و دستگاه های فرستنده و گیرنده موج و جفت شدگی کامل آن ها است که باید مورد توجه قرار گیرد.

این روش عمدتا برای بررسی قطعات با ضخامت کم مانند انواع ورق ها و تسمه ها، برای بررسی ساختار میکروسکپی و هم چنین برای بررسی گرافیت در چدن خاکستری و نحوه پراکندگی آن ها در قطعه به کار می رود.

معایب روش عبوری عبارتند از:

- در این روش دو کاوشگر (یکی به عنوان فرستنده و دیگری گیرنده) مورد نیاز است. به این ترتیب هر دو طرف قطعه باید  قابل دسترسی باشد.

- دو سطح قطعه باید موازی باشند، در غیر این صورت تست می تواند دچار مشکل شود.

- موقعیت عیب قابل تشخیص نیست (البته چنانچه بررسی فقط از دو سطح مقابل قطعه انجام گیرد).

 

2- روش موج صوتی ضربه ای یا روش انعکاسی

در این روش از موج صوتی بازتاب برای بررسی قطعه و شناسایی عیب استفاده می شود. در این روش موج  فراصوتی به صورت ضربه ای (پالسی) کوتاه مدت (از 1 تا 10میکروثانیه) از طریق دستگاه فرستنده که به عنوان دستگاه گیرنده هم عمل می کند، به داخل قطعه مورد تست ارسال می شود. این پالس ها موج فراصوتی از داخل قطعه عبور کرده و پس از برخورد به مرز دو محیط (اعم از سطح مرزی عیب یا سطح مقابل قطعه) طبق قوانین فیزیکی، انعکاس کلی یا جزئی می یابد. اگر سطح مرزی عیب عمود بر جهت انتشار موج صوتی باشد، موج بازتاب در همان امتداد به مبدا خود بازگشته و توسط همان دستگاه فرستنده که اکنون به عنوان گیرنده عمل می کند، گرفته شده و به پالس الکتریکی تبدیل می شود. در اینجا دستگاه مبدل موج صوتی در دوره تناوب های سریع و معینی به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کند. ضمنا برای انتقال پالس های امواج صوتی به داخل قطعه از لایه بسیار نازک روغنی (مانند گلیسیرین) استفاده می شود. به کمک یک دستگاه اسیلوسکوپ می توان شدت یا فشار پالس های ورودی و برگشتی امواج فراصوتی را نمایان ساخت.

مدت زمان رفت و برگشت موج صوتی به سرعت انتشار صوت در محیط قطعه مورد تست بستگی دارد. با توجه به این که سرعت انتشار موج صوت در یک محیط معین مقدار ثابتی است و موج مسافت های  x و a (که x برابر با فاصله سطح قطعه تا عیب و ش ضخامت قطعه است) را به صورت رفت و برگشت پیموده است، روابط زیر را می توان برای آن ها نوشت:

2x=t₁c

2a=t₂c

اکنون با نسبت دادن دو رابطه فوق به یکدیگر محل دقیق عیب از رابطه زیر به دست می آید:

فواصل زمانی ارسال موج به داخل قطعه مورد تست باید به گونه ای باشد که موج در حال ورود به داخل قطعه با موج بازتاب برخورد نکند. از طرفی تمامی انرژی موج صوتی منعکس شده به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود، بلکه بخشی از آن به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و بخش دیگر در مرز مشترک بین قطعه و ماده واسط، مانند روغن، مجددا منکعس می گردد، به این ترتیب چندین پالس به دنبال هم می تواند دریافت شود.حساسیت روش انعکاسی به فواصل زمانی پالس های صوتی بستگی دارد. اگر ضخامت قطعه مورد تست بسیار کم باشد، لازم است فاصله بین پالس اول و دوم بسیار کوتاه مدت باشد، در غیر این صورت تشخیص پالس ناشی از عیب یا ناهمگنی ممکن نیست.

مزایای این روش:

- محل عیب دقیقا شناسایی خواهد شد.

- در دسترس بودن یک سمت قطعه کافی خواهد بود.

 

3- روش غوطه وری:

در روش غوطه وری قطعه مورد بررسی و کاوشگر به طور کامل در مخزنی از مایع (معمولا آب) غوطه ور می شود. معمولا مناسب تر است که موج صوتی از فاصله ای بیش از ضخامت قطعه به داخل آن ارسال شود تا از تداخل امواج بازتاب در محدوده تست جلوگیری شود. این فاصله باید به گونه ای انتخاب شود که زمان عبور موج صوتی در مایع بیش از زمان عبور موج در قطعه باشد. در این صورت فاصله ای که موج صوتی در مایع طی می کند بزرگتر و یا حداقل برابر با مسافتی است که در قطعه طی می کند.محدودیت این روش کاربرد آن برای قطعات کوچک است.

 

4- روش فواره ای:

روش فواره ای به این شکل است که در آن آب توسط افشانکی به قطعه پاشیده می شود و کاوشگر در داخل آب قرار می گیرد. به کمک این روش قطعات با طول زیاد را هم، که به راحتی نمی توان در مخزن حاوی مایع غوطه ور ساخت، می توان بررسی کرد. این روش هم چنین برای بررسی قطعات دارای سطوح ناصاف و زبر نیز به کار می رود.

 

5- روش استفاده از چرخ لاستیکی

در این روش کاوشگر مطابق شکل در مرکز چرخ لاستیکی پر از آب، که می تواند حول محورش بچرخد، قرار می گیرد. حرکت چرخ لاستیکی به گونه ای است که همواره در تماس کامل با سطح قطعه مورد تست می باشد. نقص این روش این است که مقداری از انرژی صوتی در سطوح مرزی بین محیط های گوناگون (مایع، قطعه، کاوشگر و مایع) از بین می رود. در این روش می توان از چندین کاوشگر به طور همزمان در جهات مختلف استفاده کرد.

انتخاب مناسب ترین فرکانس تست التراسونیک

انتخاب فرکانس و یا طول موج در تست التراسونیک هم از لحاظ حساسیت و قدرت تشخیص عیب و هم از نظر عمق نفوذ اهمیت ویژه ای دارد. یکی از عوامل مهم در شناسایی عیب از طریق تست التراسونیک اندازه عیب در مقایسه با طول موج است و طول موج خود تابعی است از فرکانس () اگر عیبی را که تقریبا کروی شکل است در نظر بگیریم، هر گاه قطر آن بزرگتر از طول موج باشد، با اطمینان کامل قابل شناسایی است. بنابراین هر چقدر فرکانس موج صوتی بالاتر و یا به عبارت دیگر هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود قدرت تشخیص برای عیوب ریز افزایش می یابد. در مقابل هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود عمق نفوذ موج صوتی افزایش می یابد، اما در صورت وجود عیب و موانع ریز و ازدیاد مرز دانه ها با برخورد موج صوتی با آن ها پراکندگی و جذب بیشتر شده و مقدار بیشتری از انرژی موج صوتی کاسته می شود و نتجتا عمق نفوذ کاهش می یابد. علاوه بر آن دستگاه مولد موج صوتی با فرکانس بالا دارای پالس های باریکتر و در نتیجه قدرت تفکیک مناسب تری است. ولی از طرفی چنانچه فرکانس موج صوتی بسیار بالا (یا طول موج بسیار کوتاه) باشد در مواد کریستالی هر دانه کریستالی خود مرکز پخش و پراکندگی امواج خواهد شد، به طوری که قدرت تفکیک کاهش می یابد و پالس بازتاب دیگر به خوبی قابل شناسایی نخواهد بود.

 در قطعات فلزی هر چقدر مرز دانه ها و ناخالصی های موجود در آن ها بیشتر باشد پراکندگی شدیدتر  است.  هم چنین موقعی که مدول الاستیک ناهمگنی بیشتر باشد این پدیده قویتر صورت می گیرد.

در بررسی مواد کریستالی با در نظر گرفتن مطالب عنوان شده، که از یک طرف نباید فرکانس بالا باشد که موجب افزایش پراکندگی شود و در نتیجه موج صوتی بتواند به خوبی در محیط مورد بررسی انتشار یابد، برای انتخاب امواج التراسونیک محدوده های زیر توصیه شده است:

برای مواد سرامیکی، فولادی و آلومینیومی پرسکاری و فورج شده از فرکانس های بین 2 تا 6 مگاهرتز و برای قطعات ریخته گری شده؛ مانند چدن خاکستری، که معمولا دارای دانه های درشت تری است، از فرکانس های بین 0.5 تا 3 مگا هرتز استفاده می شود. چدن خاکستری لایه ای به خوبی گرافیت کروی قابل تست نیست.

برای مواد غیر کریستالی، مثل مواد پلیمری (مانند پلیمر شیشه ای، پلی اتیلن، پلی پروپیلن)، با توجه به بالا بودن تضعیف موج صوتی از طریق جذب و شدت یافتن آن با افزایش فرکانس باید در انتخاب فرکانس های بالا دقت به عمل آید. بنابراین در حالی که بررسی قطعات پلیمری با ضخامت های کم به خوبی با فرکانس های بالا امکان پذیر است، برای قطعات ضخیم تر باید از کاوشگرهای با فرکانس پایین تر استفاده کرد. از این جهت در این گونه موارد از فرکانس های بین 0.5 تا 2 مگا هرتز استفاده می شود. اما در مواردی می توان کاوشگر های با حساسیت بالا را نیز به کار برد.

برای بتن و موادی از این قبیل اغلب از فرکانس های بین 20 تا 200 کیلوهرتز استفاده می شود.

به طور کلی برای این که مرز دانه ها سبب پراکندگی زیاد و ایجاد اختلال نشود، باید از فرکانس هایی استفاده کرد که طول موج حاصل از آن بسیار بزرگتر از اندازه دانه های کریستالی قطعه مورد تست باشد. از طرف دیگر باید طول موج کوچکتر از اندازه عیب یا ناهمگنی باشد تا با بازتاب موج صوتی از عیب، عیب قابل تشخیص باشد.

 

 

تست ذرات مغناطیسی

تست ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle Test) یا به اختصار MT به همراه تست مایعات نافذ، برای تست عیوب سطحی و زیر سطحی در جوش ها کاربرد فراوان دارد. در مورد مواد فرومغناطیسی، روش تست ذرات مغناطیسی به خاطر قابلیت آن در پیدا کردن عیوب زیر سطحی که به سطح راه پیدا نکرده اند ترجیح داده می شود به خاطر وجود این مزیت نسبت به تست مایعات نافذ، برای تمام مواد فرو مغناطیسی استفاده از تست ذرات مغناطیسی روش مرسومی می باشد.

اساس روش تست ذرات مغناطیسی به این صورت است: وقتی که یک ماده فرومغناطیس در اثر اعمال میدان مغناطیسی به صورت مغناطیسی در می آید، ناپیوستگی هایی که خطوط میدان مغناطیسی را قطع می کنند باعث به وجود آمدن نشت میدان مغناطیسی اطراف خود می گردند. ذرات ریز مواد فرومغناطیس که به صورت پودر درآمده اند روی سطح مورد نظر پاشیده می شوند و توسط نشتی میدان، به وجود آمده در اثر ناپیوستگی جذب می شوند و این ذرات جمع شده در روی نشتی میدان باعث دیده شدن ناپیوستگی و محل آن می گردند علاوه بر آن، شکل و مقدار ناپیوستگی را نیز نشان می دهند. برای به دست آوردن بیشترین حساسیت در این روش، استفاده از ذرات مغناطیسی دارای خاصیت فلوئورسنت که در محصولات نفتی به صورت نامحلول قرار گرفته اند با روش پیوسته و همراه با جریان مستقیم تمام موج به دست می آید.

روش تست ذرات مغناطیسی شامل مراحل زیر است: مغناطیس کردن قطعه، اعمال محیط مغناطیسی، تست الگوهای به وجود آمده توسط مواد مغناطیسی و دی مغناطیس کردن قطعه. تست ذرات مغناطیسی روش حساسی برای پیدا کردن ترک های کوچک و کم عمق سطحی در مواد فرومغناطیسی می باشد، در صورتی که باز شدگی دهانه ترک های سطحی بسیار زیاد باشد در روی اینگونه ترک ها هیچ الگویی از ذرات مغناطیسی جمع نمی شود زیرا دهانه ترک آنقدر بزرگ است که ذرات مغناطیسی قادر به پل زدن روی آن ها نیستند.

در صورتی که ناپیوستگی ها ظریف و تیز باشند و هم چنین بسیار نزدیک سطح نیز باشد مثل یک رشته بلند از یک ناخالصی غیر فلزی، یک نشانه تیز در اثر آن روی سطح به وجود می آید. هر چقدر که ناپیوستگی دارای عمق بیشتری باشد آنگاه نشان به وجود آمده در اثر آن هم دارای وضوح بیشتری می شود. نشانه های به وجود آمده در اثر ذرات مغناطیسی به صورت مستقیم روی سطح به وجود می آیند و از عیوب واقعی، شکل های مغناطیسی بوجود می آورند. هیچ محدودیتی در اندازه و شکل قطعه مورد آزمایش وجود ندارد. معمولا نیاز به تمیز کاری اولیه زیادی ندارد و ترک هایی که توسط مواد اضافی پر شده اند را می توان براحتی شناسایی کرد.

 

انواع روش های مغناطیس کردن

 

در تست ذرات مغناطیسی، با توجه به قابلیت نگهداری میدان مغناطیسی قطعه ممکن است محیط مغناطیسی یا در هنگام اعمال جریان مغناطیس کننده یا بعد از قطع جریان مغناطیس کننده، روی قطعه اعمال شود. روش اول به روش پیوسته و روش بعدی به روش ناپیوسته یا پسماند شهرت دارد. روش ناپیوسته، فقط روی موادی که قابلیت نگهداری بالایی دارند اعمال می شود. معمولا هر چقدر ماده سخت تر باشد قابلیت نگهداری میدان نیز بیشتر می شود. در مورد فولاد های کم کربن یا آهن که قابلیت نگهداری پایینی دارند یا اصلا قابلیت نگهداری ندارند فقط از روش پیوسته و در اغلب اوقات از جریان متناوب به خاطر ایجاد تحرک بالا در ذرات مغناطیسی استفاده می شود.

جریان مغناطیس کننده

هم جریان مستقیم و هم جریان متناوب برای مغناطیس کردن قطعات مناسب هستند. قدرت، جهت و توزیع میدان مغناطیسی به نوع جریانی که برای مغناطیسی کردن از آن استفاده شده است بستگی دارد. در تست ذرات مغناطیسی معمولا میدانی که توسط جریان مستقیم به وجود می آید در داخل قطعه نفوذ می کند. در حالی که میدانی که در اثر جریان متناوب ایجاد می شود فقط محدود به سطح یا نزدیک سطح قطعه می شود که معمولا به عنوان اثر سطحی شناخته می شود. بنابراین برای پیدا کردن عیوب زیر سطحی نباید از جریان متناوب استفاده شود.

مناسب ترین منبع برای جریان مستقیم در حقیقت جریان یک سو شده متناوب می باشد. جریان متناوب تک فاز و سه فاز به صورت تجاری تولید می شود. وقتی که جریان متناوب به صورت مستقیم برای مغناطیس کردن استفاده می شود باید به صورت تک فاز باشد که معمولا فرکانس 50 تا 60 هرتز دارد. وقتی که از این جریان برای مغناطیس کردن استفاده می شود ولتاژ خطی توسط مبدل ها به صورت مرحله ای به ولتاژهای پایین تبدیل می شود. جریان های مغناطیس کننده با هزاران آمپر اغلب از این ولتاژهای کم استفاده می کنند.

انواع وسایل و تجهیزات پرتابل که به راحتی می توان آن ها را به محل بازرسی برد وجود دارند. به صورت کلی این وسایل برای استفاده از ولتاژهای متناوب 115، 230 یا 440 ولت و ایجاد جریان متناوب و نیم موج مغناطیسی کننده از 750 تا 1500 آمپر، به کار می روند دستگاه هایی با قابلیت تولید جریان نیم موج متناوب و کنترلرهای برای تغییر جریان دارای کاربرد وسیعی در تست ذرات مغناطیسی هستند. استفاده اولیه از این دستگاه های پرتابل این است که جریان کمی را تولید می کنند. برای پیدا کردن عیوب با عمق بیشتر سطوح بزرگ از دستگاه هایی با آمپر خروجی بیشتری استفاده می شود.

دستگاه های متحرک معمولا با جریان مغناطیس کننده نیم موج یا متناوب کار می کنند و معمولا به وسیله جریان متناوب 50 تا 60 هرتز (230 تا 440 ولت) تغذیه می شوند و خروجی جریان 1500 تا 4500 آمپر دارند، کنترل جریان معمولا به وسیله یک سوئیچ و در سیستم های پیشرفته به وسیله کنترل فاز مبدل با استفاده از یک هسته اشباع شده در میدان انجام می شود. از دستگاه های ثابت ممکن است برای یک روش خاص یا به صورت جنرال استفاده شود. دستگاه های چند منظوره به صورت کلی از روش تر استفاده می کنند و در داخل مخزن همزن دار، به طور پیوسته مواد را مخلوط می کند. توسط پمپ و شلنگ مواد را روی قطعه ای که تست می شود اعمال می کنند، دو فک متحرک و یک کویل ثابت، توانایی لازم برای به وجود آوردن میدان های مغناطیسی دوار و طولی را در این دستگاه ها به وجود آورده اند. این دستگاه ها قابلیت تولید جریان AC و DC در جریان های 1000 تا 6000 آمپر را دارند. دستگاه های ثابت با استفاده ویژه برای تست تعداد زیادی از قطعات شبیه هم طراحی شده اند. به طور کلی، برای تسریع در جا به جایی و تغییر موقعیت قطعاتی که مورد بازرسی قرار می گیرند در این دستگاه ها سیستم هایی مثل نقاله یا علامت گذاری به صورت اتوماتیک و سیستم های هشدار نصب شده است.

تست جوش ها با ذرات مغناطیسی

به وسیله تست ذرات مغناطیسی و با استفاده از یوک و پراد می توان بسیاری از عیوبی که به سطح راه پیدا کرده اند را شناسایی کرد برای شناسایی عیوب زیر سطحی مثل ناخالصی های جوش، جفره های گازی و عدم نفوذ در ریشه جوش، روش پراد همراه با جریان متناوب، مستقیم یا جریان نیم موج، بهترین روش می باشد.

طریقه قرار دادن دو پایه یوک در جهت عمود بر عیوب سطحی که انتظار داریم، است. این نوع میدان با میدان مغناطیسی که توسط پراد تولید می شود فرق دارد. به خاطر ایجاد میدان مغناطیسی طولی بین دو پایه یوک برای پیدا کردن عیوب عرضی، باید دو پایه یوک در جهت عمود بر جهت ترک ها، در دو طرف بستر جوش قرار گیرند. برای پیدا کردن عیوب طولی، پایه های پراد کنار جوش قرار می گیرند و برای پیدا کردن عیوب عرضی، پایه های پراد دو طرف جوش قرار می گیرند. در مواردی که نگاه داشتن اتصال پراد برای دست خسته کننده است، پراد دارای گیره های مغناطیسی است که پراد را به صورت مغناطیسی روی سطح قطعه نگاه می دارند. پرادهایی که جریان مغناطیس کننده را به قطعه اعمال می کنند به صورت محکم به قطعه می چسبند و می توان یکی یا هر دو شاخه های پراد را به وسیله جریان مغناطیسی به سطح قطعه چسباند.

اعمال جریان نیم موج در جوش باعث ایجاد نشانه کاذب می شود. یک جوش T شکل که از یک طرف یا هر دو طرف به صورت کامل نفوذی نیست نیمه نفوذی (PjP) محسوب می شود. در این نوع جوش ریشه باز مجاز می باشد وقتی که از پراد با جریان نیم موج استفاده می شود، این اثر کاذب روی سطح جوش دیده می شود. با استفاده از جریان متناوب به جای نیم موج این اثر کاهش می یابد.

با قرار دادن دو پایه یوک در دو طرف بستر جوش و استفاده از جریان مستقیم می توان قابلیت پیدا کردن عیوب زیر سطحی که در جوش های سر به سر و بین ورق های نسبتا نازک به وجود می آیند را افزایش داد. به دلیل عدم نشت شار مغناطیسی که در حالت معمولی از دو پایه یوک صادر می شود نتایج قابل قبولی در ردیابی عیوب زیر سطحی در این روش به دست آمده است.

دی مغناطیس کردن بعد از انجام تست ذرات مغناطیسی

در تمام مواد فرومغناطیس بعد از اعمال میدان مغناطیسی در آن ها، مقداری میدان مغناطیسی پسماند باقی می ماند این میدان در مواد مغناطیس نرم، قابل چشم پوشی می باشد، با این وجود این میدان پسماند در مواد مغناطیسی سخت با میدان های مغناطیس آهنرباهای دائم که از آلیاژهای خاص می باشند تقریبا قابل مقایسه است و بر حسب نوع ماده، دی مغناطیس کردن می تواند آسان یا مشکل باشد. فلزاتی که انرژی زیادی برای مغناطیس کردن لازم دارند به سختی دی مغناطیس می شوند. دلایل زیادی برای دی مغناطیس کردن قطعه بعد از انجام تست ذرات مغناطیسی وجود دارد.

برای مثال در هنگام ماشین کاری قطعه و در مراحل بعد ممکن است براده های ناشی از ماشین کاری به قطعه چسبیده و اثر بدی بر سطوح تمام شده یا ابعاد قطعه و در نهایت روی عمر مفید قطعه داشته باشند یا در هنگام جوشکاری قطعه به روش قوس الکتریکیباعث انحراف قوس در روی سطح قطعه شود.

روش های دی مغناطیس کردن بعد از انجام تست ذرات مغناطیسی

1- استفاده از میدان متناوب به تدریج کاهنده

مطابق شکل روبرو نیروی لازم برای دی مغناطیس کردن (H_C) همیشه از نیروی لازم برای مغناطیس کردن (H_M) قطعه کمتر است. بنابراین در صورتی که قطعه تحت یک نیروی مغناطیس کننده که بیشتر از نیروی H_C باشد و به صورت متناوب تغییر جهت می دهد در حالی که مقدار آن به تدریج کم می شود، قرار گیرد، آنگاه میزان B_X کم می شود. همان طور که در شکل نشان داده شده است  H_C وB_X به کمترین مقدار خود می رسند. در حقیقت برای استفاده موثر از این روش، فرکانس تناوب فاکتور مهمی است. استفاده از فرکانس های بالا موجب کاهش اثر نفوذ میدان مغناطیسی در سطح مقطع قطعه می شود. برای موارد خاص حتی می توان از فرکانس کم حدود 12 هرتز استفاده کرد.

2- روش حرارتی

وقتی که قطعه فرو مغناطیس را به دمای بالای دمای کوری قطعه ببریم (1023 کلوین برای آهن)، قطعه مذکور دی مغناطیس می شود. در مورد آهن این دما نه عملی است و نه مناسب. این روش زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که بعد از انجام تست ذرات مغناطیسی، عملیات حرارتی روی قطعه انجام شود و قطعه به بالای دمای کوری خود برسد.

 

3- دمای مغناطیس کردن با استفاده از میدان حلقوی متناوب

 

این روش برای قطعات بزرگ مناسب است و شبیه استفاده از کویل با جریان متناوب است زیرا در این روش جهت میدان به صورت متناوب همراه با تغییر جهت جریان مغناطسی کننده عوض می شود. در این روش با استفاده از عبور جریان از داخل قطعه میدان مطلوب به دست می آید، که شدت جریان به تدریج به صفر می رسد.

4- روش استفاده از یوک AC یا DC

این روش برای قطعاتی که انرژی زیادی برای دی مغناطیس شدن لازم دارند مناسب می باشد. عملکرد در بعضی یوک ها شبیه به کویلAC می باشد به این صورت که قطعه از بین پایه های یوک عبور داده شده و سپس خارج می شود. در روش پیشرفته از یک آهنربای الکتریکی سلونوئیدی استفاده می شود.

 

 

تست های غیر مخرب Non Destructive Tests

تست های غیر مخرب (Non Destructive Tests) آزمایش‎هایی هستند که برای انجام آنها نیازی به تخریب قطعه و نمونه برداری نیست و در صورت لزوم می‎توان تست های غیر مخرب را بدون اینکه به قطعه آسیبی برسد، روی تمامی قسمت های آن انجام داد. از این رو است که این آزمون‎ ها را آزمایش غیر مخرب نامیده‎اند.

با استفاده از تست های غیر مخرب می‎توان عیوب موجود در قطعات از جمله تخلخل و حفره‎های داخلی، ترک و ناپیوستگی‎های سطحی و داخلی، ناخالصی‎ها و انواع عیوبی که در حین تولید و یا در حین کار تحت شرایط ویژه محیط کار ایجاد و شکل می‎گیرند را شناسایی نمود. عملکرد و طول عمر هر قطعه در حین کار به نوع، اندازه، موقعیت عیب موجود در آن و عیوبی که در شرایط کاری در آن ایجاد می‎شود بستگی دارد. در مواردی تعیین حد قابل قبول یا حد مجاز عیوب ضرورت می‎یابد. اندازه حد مجاز عیوب به حساسیت موقعیت کاری قطعه بستگی داشته و از اهمیت بیشتری برخوردار است. در مواردی اهمیت آزمایش‎های غیر مخرب برای اندازه‎گیری ترک و مقایسه آن با اندازه مجاز و برآورد طول عمر در ارتباط با آهنگ رشد و گسترش ترک، بویژه برای قطعاتی که در معرض بارهای متناوب و یا در شرایط خوردگی قرار می‎گیرند، مشخص می‎شود. اگر اندازه ترک بسیار کوچکتر از حد مجاز باشد، در شرایطی این ترک تحت تاثیر بار اعمال شده می‎تواند گسترش نیابد و در نتیجه قطعه قادر به ادامه سرویس دهی خواهد بود. از این جهت برای کسب اطمینان از نرسیدن اندازه ترک به انداره بحرانی و وقوع شکست ناگهانی در آنها این گونه قطعات باید در حین کار و سرویس دهی بطور متناوب مورد بازرسی قرار گیرند.

آزمایش‎های غیر مخرب فقط برای شناسایی عیوب به کار نمی‎روند، بلکه تعدادی از آنها برای تعیین نوع ساختار شبکه کریستالی، اندازه‎گیری ابعاد و ضخامت پوشش‎ها نیز به کار می‎روند.

ویژگی‎ها و مزایای آزمونهای غیر مخرب

- امکان انجام آزمایش‎های غیر مخرب روی تمامی قطعات تولیدی،

- امکان انجام آزمایش‎های غیر مخرب مختلف به صورت همزمان یا متعاقبا یکی بعد از دیگری روی یک قطعه،

- امکان تکرار آزمایش‎ها روی یک قطعه،

- کاهش هزینه‎های تولید با انجام این آزمایش‎ها در حین فرآیند تولید و شناسایی به موقع عیوب و جلوگیری از اتلاف بیشتر مواد و نیروی انسانی،

- افزایش ایمنی با شناسایی به موقع عیوب در قطعات حساس و جلوگیری از شکست زودرس آنها که می‎تواند به از بین رفتن تجهیزات و زیان‎های مالی و در مواردی حتی زیان‎های جانی منجر شود،

- افزایش کیفیت تولید و بالا بردن درصد اطمینان در ارتباط با تولید قطعات سالم،

- قابلیت حمل و نقل تجهیزات مربوط به این گونه آزمون‎ها و استفاده از آنها در محل کار.

 

نکات قابل توجه قبل از انجام آزمایش های غیر مخرب

 

قبل از انجام آزمایش‎های غیر مخرب به منظور افزایش درصد اطمینان نسبت به شناسایی عیوب لازم است نکات زیر مورد توجه قرار گیرند:

- جنس قطعه، فاز یا نوع فازهای موجود در قطعه، داشتن یا نداشتن قابلیت هدایت الکتریکی و مغناطیسی پذیری،

- روش تولید ( ریخته‎گری، نورد، کشش، فورج و ...)،

- داشتن یا نداشتن پوشش سطحی روی قطعه و نوع فرآیند پوشش‎دهی،

- نوع عملیات حرارتی انجام گرفته روی قطعه ( در صورتی که قطعه تحت عملیات حرارتی قرار گرفته باشد)،

- شکل هندسی قطعه و ابعاد آن به منظور پیشگویی اولیه از نوع عیب و موقعیت مکانی آن،

- منشا عیب ( مواد اولیه، فرآیند تولید) و علل آن،

- عیوب ممکن و مورد انتظار از لحاظ نوع، اندازه و موقعیت،

- عیوب مجاز در قطعه از لحاظ نوع، انداره و موقعیت،

- کسب هر گونه اطلاعات در ارتباط با شناسنامه قطعه و شرایط محیط کار که می‎تواند به شناسایی دقیق عیب کمک کند.

 

مبنای کار در آزمایش‎های غیر مخرب

مبنای این کار مبتنی بر اساس استفاده از اصول فیزیکی به منظور آشکارسازی و شناسایی عیوب و ناهمگنی‎های موحود در قطعه است. مراحل اساسی آزمایش‎های غیر مخرب عبارتند از:

- کاربرد یکی از خواص فیزیکی ماده‎ای که قطعه از آن ساخته می‎شود،

- آشکارسازی و مشاهده تغییرات ایجاد شده در این خاصیت فیزیکی در ارتباط با وجود عیب یا ناهمگنی موجود در قطعه به کمک وسیله مناسب،

- تعیین تغییرات ایجاد شده و تبدیل آنها به نتایج قابل تفسیر،

- تفسیر نتایج بدست آمده و اظهار نظر در مورد کیفیت قطعه.

در بررسی‎های غیر مخرب از روش‎های مختلفی استفاده می‎شود. انتخاب روش به عواملی از قبیل جنس قطعه مورد بررسی، نوع، شکل، اندازه و موقعیت عیب و همچنین درجه اطمینان در ارتباط با قابلیت روش آزمون غیر مخرب انتخابی برای آشکارسازی عیب بستگی دارد.

انتخاب هر روش آزمون غیر مخرب به اختلاف بین قابلیت آشکارسازی کوچکترین اندازه عیب مثل ترک با توجه به اندازه مجاز و همچنین میزان حساسیت و ایمنی قطعه در شرایط کاری آن  بستگی دارد.

به کارگیری آزمون‎های غیر مخرب مناسب برای قطعات ریخته‎گری و یا آهنگری شده با توجه به هزینه آنها، باید قبل از عملیات ماشینکاری بر روی آنها انجام گیرد و اگر دارای عیوبی بوده و قابل پذیرش نیستند کنار گذاشته شوند، البته چنانچه عیوب آنها سطحی  و ریز باشد در مرحله ماشینکاری قابل برطرف شدن است.

 

انواع آزمون‎های غیر مخرب

- بازرسی چشمی

- آزمون نشت

- آزمون مایع نافذ

- آزمون ذرات مغناطیسی

- آزمون جریان الکتریکی

- آزمون جریان گردابی

- آزمون ماوراءصوت یا اولتراسونیک

- آزمون رادیوگرافی

- آزمون نشر صوت

- آزمون حرارتی

 

تست مایع نافذ

تست مایع نافذ (Liquid Penetrant Testing) که به اختصار به آن LPT یا PT می گویند، یکی از روش های ساده و حساس دربررسی های غیر مخرب است. از تست مایع نافذ برای آشکارسازی عیوبی که به سطح قطعه راه دارند، از قبیل انواع ترک ها، شکاف ها و تاخوردگی ها در قطعات با هر شکل و اندازه استفاده می شود.

به طور کلی با استفاده از این روش عیوبی را می توان شناسایی نمود که مانند لوله های موئین عمل کرده و در اثر جاذبه موئینگی بتوانند مایع نافذ را جذب و در خود نگه دارند. تست مایع نافذ بدون هیچ محدودیتی برای بازرسی تمام مواد از قبیل فلزات آهنی و غیر آهنی، مواد سرامیکی، پلیمری و کامپوزیتی به کار می رود.

تست مایع نافذ اساسا یکی از قدیمی ترین روش هاست و به این صورت عمل می شده که قطعه مورد بررسی را در روغن مایع سبک با دمای حدود 150 سانتی گراد برای مدت معینی (حدود 10 تا 30 دقیقه) به منظور نفوذ کامل روغن در شکاف های آن غوطه ور می کردند. پس از گذشت این مرحله قطعه را از روغن خارج ساخته و روغنی را که بر روی سطح باقی مانده بود برطرف و آن را خوب خشک می کردند. سپس سطح قطعه را با لایه نازکی از گچ می پوشاندند. این پوشش گچ پس از خشک شدن روغنی را که در ترک های قطعه نفوذ کرده بود جذب و مرطوب می شد و به این ترتیب محل ترک ها مشخص می گردید.

با گذشت زمان دست یابی به مایعات نافذ جدید، یعنی مواد شیمیایی با قابلیت نفوذ بیشتر همراه با مواد رنگی (معمولا با رنگ قرمز تند) و یا موادی با خاصیت شب نمایی (فلورسنتی) منجر به نمایان شدن بهتر موقعیت عیب و آسانتر و سریع تر شدن فرآیند آزمایش گردید. به این جهت مایعات نافذ را معمولا به دو دسته تقسیم می کنند:

1- مایعاتی که تحت تاثیر نور سفید توانایی ایجاد کنتراست تیزی را دارند.

2- مایعاتی که تحت تاثیر نور ماوراء بنفش در محل تاریک خاصیت شب نمایی داشته و به رنگ سبز متوسط تا سبز مایل به زرد نمایان می شوند.

مراحل تست مایع نافذ

فرآیند تست مایع نافذ در چند مرحله به طور پیوسته انجام می گیرد:

مرحله اول پاکسازی سطح قطعه:

در مرحله اول ابتدا سطح قطعه باید کاملا تمیز شود، به گونه ای که عاری از هر نوع آلودگی های سطحی، مانند روغن، چربی، رنگ و دیگر پوشش های پلیمری، بوده و پوسته های زنگ زده باشد. از آنجا که این آلودگی ها می توانند موانعی را برای نفوذ مایع نافذ به داخل عیب باشند، دقت این آزمایش به تمیزی سطح قطعه مورد بررسی بستگی دارد.

تمیز کردن قطعه می تواند از طریق مکانیکی یا شستشو با استفاده از ماده ی شیمیایی یا هر دو با هم باشد، به طوری که مایع نافذ بتوانند به راحتی به داخل عیب نفوذ کند یا در صورت کوچک بودن قطعات ریختن آن ها در یک سبد و غوطه ور کردن سبد در یک مایع حلال. در انتخاب روش پاکسازی سطح قطعه باید دقت کافی به عمل آید که در حین فرآیند تمیز کردن به ویژه در روش مکانیکی به هر علتی راه نفوذ مایع به داخل ترک بسته نشود.

مرحله دوم پوشش دهی سطح قطعه با مایع نافذ و یا غوطه ور کردن قطعه در مایع نافذ

در این مرحله معمولا سطح قطعه را با استفاده از پیستوله، قلم مو، اسپری و در مواردی غوطه وری و یا از طریق الکترواستاتیکی با مایع نافذ می پوشانند. در هر صورت مایع نافذ باید به صورت لایه ی نازکی تمامی سطح قطعه را به طور کامل بپوشاند. زمان لازم برای نفوذ باید به صورت لایه ی نازکی تمامی سطح قطعه را به طور کامل بپوشاند. زمان لازم برای نفوذ به نوع مایع، درجه حرارت، جنس قطعه، نوع و اندازه عیب موجود در قطعه بستگی دارد. معمولا این زمان بین 5 تا 30 دقیقه به طول می انجامد. زمان نفوذ با ازدیاد دما کاهش می یابد، زیرا که میزان نفوذپذیری افزایش می یابد و از طرفی گرم کردن قطعه سبب بازتر شدن ترک و راحت تر انجام گرفتن فرآیند نفوذ مایع به داخل آن می شود.

در مواردی که مایع نافذ را به منظور افزایش نفوذپذیری گرم می کنند باید دقت لازم انجام گیرد، که دمای مایع به نقطه اشتعال آن نرسد. از این جهت است که عرضه کنندگان مایعات نافذ باید محدوده دمای کاربرد و یا دمای اشتعال تولیدات خود را با دیگر مشخصات آن ها ارائه دهند.

جدول زیر مدت زمان نفوذ را برای محدوده هایی از درجه حرارت نشان می دهد. البته این مدت زمان معمولا توسط تولید کنندگان مایعات نافذ مشخص می شود. در دماهای بالاتر از 50 و پایین تر از 5 درجه سانتی گراد باید توجه خاص به توصیه های تولید کنندگان مایعات نافذ مبذول گردد.

جنس قطعه	نوع عیب	مدت زمان نفوذ (به دقیقه)
		در 15 تا 50 در جه سانتی گراد	در 5 تا 15 درجه سانتی گراد
تمام فلزات	ترک های ناشی از عملیات حرارتی ترک های ناشی از سنباده زنی ترک های ناشی از خستگی	3 تا 5 7 تا 10 7 تا 10	10 تا 15 15 تا 20 15 تا 20
مواد مصنوعی و سرامیکی	ترک ها و تخلخل	3 تا 5	10 تا 15
قطعات چدنی	ترک های ناشی از انقباض سطح متخلخل جدایش ذرات ماده	3 تا 5 3 تا 5 3 تا 10	10 تا 15 10 تا 15 10 تا 20
قطعات فورج شده و قطعات نوردشده	ترک ها و دو لایه ای شیار و شکاف	7 تا 20 7 تا 20	15 تا 40 15 تا 40
جوش آلومینیم، جوش فولاد	ترک ها و حفره ها	3 تا 5 7 تا 20	10 تا 15 15 تا 20

مرحله سوم برطرف کردن مایع نافذ باقیمانده از روی سطح قطعه

پس از گذشت مدت زمان نفوذ باید سطح قطعه با آب و یا حلال های مناسب دیگر شستشو و با جریان هوای گرم خشک شود. شستشو با محلول هایی که به این منظور به کار می رود باید با دقت زیاد انجام گیرد و زمان شستشو نباید زیادتر از حد لازم به طول انجامد، زیرا که در صورتی که مدت زمان شستشو بیش از حد طولانی شود ممکن است باعث خروج مایع نافذ از شکاف یا ترک شود. موقعی که از مایع نافذ همراه با ماده فلورسنت استفاده می شود پس از گذشت مدت زمان لازم برای نفوذ باید مایع نافذ روی سطح قطعه را با پاشش آب بر روی آن و یا با دستمال کاملا تمیز به طور کامل و مطمئن بر طرف کنند.

مرحله چهارم پوشش دهی سطح قطعه با ماده ظاهر کننده

پس از شستشو و خشک کردن سطح قطعه، آن را با لایه نازکی از ماده مناسبی به نام ماده ظاهر ساز پوشش می دهند. این ماده باید بتواند مایع نافذ را که در ترک های قطعه نفوذ کرده به خود جذب کند. این ماده می تواند به صورت خشک و یا تر باشد. فرآیند پوشش دهی سطح قطعه با ماده ظاهر ساز می تواند به صورت های مختلفی از قبیل پاشش، غوطه وری و الکترواستاتیکی صورت گیرد.

ماده ی ظاهر ساز پس از خشک شدن، مایع نافذ درون ترک و یا هر نوع ناپیوستگی دیگر را به خود جذب و با تغییر رنگی که در محلی از پوشش سطح در مقایسه با دیگر نقاط آن رخ می دهد، محل عیب مشخص می شود.

ضخامت ماده ظاهر ساز باید تا آنجا که ممکن است نازک انتخاب شود، زیرا که در مورد عیب های بسیار ریز مایع نافذ به اندازه ای نیست که بتواند از لایه ی ضخیم ظاهر ساز عبور کرده و به سطح آن برسد و منجر به تغییر رنگ در محل ها و پدیدار شدن آن عیوب شود.

مرحله پنجم – مشاهده و بازرسی سطح قطعه

پس از گذشت زمان لازم برای جذب مایع نافذ به وسیله ی ماده ی ظاهر ساز سطح قطعه مورد بازرسی قرار می گیرد. موقعی که از مایع رنگی استفاده می شود بازرسی باید با استفاده از نور مرئی روزانه یا نور مصنوعی کافی (با شدت حداقل 500 میکرو وات بر سانتی متر یا لوکس) انجام گیرد. در مواردی که از مایع نافذ با ماده فلورسنت دار (با خاصیت شب نمایی) استفاده می شود بازرسی و مشاهده قطعه در زیر نور ماوراء بنفش (در زبان انگلیسی معروف به نور سیاه) انجام می گیرد. به این ترتیب دقت آزمایش برای شناسایی ترک های ریزتر افزایش می یابد.

اما نور ماوراء بنفش مورد استفاده در بررسی غیر مخرب باید دارای شدت کافی (حداقل 800 میکرو وات بر سانتی متر مربع) و طول موج آن در حدود 365 نانومتر باشد. به دلایل ایمنی از نگاه کردن مستقیم و بدون عینک محافظ به نور ماوراء بنفش باید پرهیز کرد. برای تولید نور ماوراء بنفش از لامپ های ویژه ای که دارای شدت نور بالایی هستند استفاده می شود. شیشه لامپ از نوع شیشه کوارتزی می باشد، زیرا که از شیشه های معمولی پنجره یا شیشه های لامپ های معمولی برای نور مرئی فقط مقدار کمی از پرتو ماوراء بنفش می تواند عبور کند. لامپ های پرتو ماوراء بنفش از نوع لامپ های تخلیه گاز با فشار بالا به صورت لامپ های حاوی بخار جیوه با فشار بالا، لامپ های با گاز زنون یا لامپ های هالوژنی بخار جیوه فشار بالا مناسب ترند. این نوع لامپ ها دارای یک مخزن تخلیه گاز از جنس شیشه کوارتزی می باشند. در لامپ های بخار جیوه ای فشار بالا گاز آرگون و یک مقدار معینی جیوه نیز وجود دارد. موقعی که لامپ روشن می شود در آرگون تخلیه انجام می گیرد و گاز برای نوردهی تحریک و همزمان گاز گرم می شود. به این صورت قطره های جیوه موجود بخار می شود و فشار بخار در چند دقیقه به بیشترین مقدار خود می رسد و متناسب با آن شدت نور افزایش می یابد. به همین جهت برای این که شدت نور این نوع لامپ ها به توان کامل خود برسند، باید بعد از روشن شدن حداقل 3 تا 10 دقیقه منتظر ماند و سپس بازرسی را شروع کرد. هم چنین قابل توجه است که روشن کردن مجدد این لامپ ها نیاز به خنک شدن دارند. لامپ های جیوه ای ماوراء بنفش همانند دیگر لامپ ها دارای طول عمر معینی می باشند. طول عمر آن ها به عواملی مانند مدت زمان کارکرد، نوسانات شدت در ارتباط با تغییرات ولتاژ، خسارات مکانیکی و تاثیر محیط و آلودگی فیلتر بستگی دارد. از آنجا که ممکن است شدت پرتو این لامپ ها بعد از مدتی تا آن حد کاهش یابد که نور کافی برای شناسایی عیب را ایجاد نکنند، لازم است هر چند گاهی شدت پرتو افشانی لامپ های ماوراء بنفش کنترل شود. روش های کنترل شدت نور این نوع لامپ ها در استاندارد ها داده شده است. توصیه شده است که کنترل ها در فواصل زمانی منظم لازم انجام گیرد.

پس از دقت لازم در هر یک از مراحل فرآیند آزمایش است که می توان به نتیجه ی بررسی قابل قبولی در مورد کیفیت قطعه دست یافت. البته برای کنترل نتایج استفاده از نمونه های استاندارد مبنا از جنس خود قطعات مورد بررسی، که دارای عیوب مصنوعی می باشند، توصیه شده است.

ویژگی های مایع نافذ

از عوامل دیگری که برای موفقیت آمیز بودن تست مایع نافذ لازم است مورد توجه قرار گیرد؛ برخورداری مایع از ویژگی های زیر است:

1- قابلیت نفوذ بالا به اندازه ای که بتواند به راحتی به درون ترک یا شکاف های بسیار ریز سطحی نفوذ کند

2- درجه تر کنندگی بالا، به طوری که بتواند لایه ای پیوسته بر روی سطح قطعه ایجاد کرده و در مدت زمان کوتاهی به درون عیب کشیده شود.

3- قابلیت روان شدن خوب یا ویسکوزیته بسیار پایین، به طوری که قابلیت جاری شدن به داخل ترک و هم چنین خارج شدن از آن به راحتی داشته باشد

4- به راحتی بتواند از روی سطح قطعه برطرف شود.

5- مایع نافذ ماده ای واکنش زا با قطعه نباشد که خود باعث معیوب شدن قطعه شود

 

6- برای پوست و مجاری تنفسی شخص آزمایش کننده مضر نباشد و در صورتی که بی تاثیر نیست باید توصیه های شرکت های سازنده این مواد طبق دستورالعمل های ارائه شده به دقت رعایت شود.

7- بد بو نباشد که منجر به عجله و بی دقتی شخص آزمایش کننده شود

8- تا حد امکان ارزان قیمت باشد.

ویژگی های ماده ظاهر ساز

1- خاصیت جذب کنندگی خوبی داشته باشد.

2- به راحتی بتوان سطح قطعه را با آن پوشانید.

3- شامل مواد شیمیایی واکنش زا با قطعه نباشد که خود سبب معیوب شدن قطعه شود.

4- به راحتی پس از آزمایش قابل برطرف شدن از روی سطح قطعه باشد.

5- شامل موادی نباشد که برای سلامتی شخص آزمایش کننده مضر باشد.

6- بد بو نباشد.

7- توسط مایع نافذ در مدخل ترک یا ناپیوستگی به راحتی قابل خیس شدن باشد.

کاربرد تست مایع نافذ

تست مایع نافذ به دلیل سادگی و عدم محدودیت ان از لحاظ جنس قطعه کاربرد گسترده ای دارد. این روش به عنوان کنترل کیفیت محصولات روش های مختلف تولید در حین فرآیند تولید و پس از آن توسط تولید کنندگان و در تعمیر و نگهداری، سرویس های منظم و برای جستجوی ترک های خستگی و غیره و هم چنین بازرسی ها از لحاظ حفظ نکات ایمنی توسط مصرف کنندگان به کار می رود. نمونه قطعاتی که با استفاده از این روش کنترل و بازرسی می شوند عبارتند از دیسک ها، پره های توربین ها، چرخ های هواپیما، بسیاری از قطعات حساس خودروها و لوکوموتیوهای قطار، مثل پیستون ها و سرسیلندرها قبل از مونتاژ و در تعمیر و نگهداری و سرویس های منظم.

 

 

تست جریان گردابی

تست جریان گردابی (Eddy Current Testing) نوعی بازرسی غیر مخرب است که برای کنترل کیفیت قطعات رسانا به کار می رود و یک روش الکترومغناطیسی است. تست جریان گردابی از لحاظ دقت و سرعت عمل، روش بسیار مناسبی در بررسی های غیر مخرب برای مواد رساناست و برای آشکار سازی عیوب و ناهمگنی های سطحی و زیر سطحی به کار می رود. یکی از مزایای تست جریان گردابی این است که وجود لایه های نازک رنگ، روغن و چربی روی سطح قطعه مزاحمت چندان زیادی را ایجاد نمی کند.

مبانی تست جریان گردابی (فوکو)

در تست جریان گردابی رسانایی الکتریکی ماده به عنوان متغییر اصلی است. هر فلز یا آلیاژ، رسانایی خاص خود را دارد. این رسانایی در اثر عوامل متعددی تغییر می کند. این عوامل می تواند تغییر در آنالیز شیمیایی، تغییر شبکه کریستالی و ریزساختار، تغییر دما، وجود ناهمگنی مثل ترک و یا شکاف و تغییر ابعاد باشد.

اساس کار در تست جریان گردابی عبور دادن جریان متناوب از یک سیم پیچ و ایجاد یک میدان مغناطیسی متغیر اولیه در اطراف آن و القای میدان مغناطیسی مخالف در قطعه مورد نظر و بررسی تاثیر متقابل آن ها با یکدیگر با استفاده از یک آشکار ساز است. به این منظور سیم پیچی را که جریان متناوبی از آن می گذرد کاملا به سطح قطعه نزدیک می شود، بدون این که سیم پیچ با قطعه تماس مستقیم و یا غیر مستقیم پیدا کند.

به این ترتیب میدان مغناطیسی متناوبی که در اطراف سیم پیچ تشکیل می شود سبب القای جریان ثانویه متناوبی موسوم به جریان گردابی در قطعه می شود. این جریان گردابی القا شده به صورت دایره ای شکل و موازی سطح قطعه و با همان فرکانس جریان متناوب اولیه به نوبه خود میدان مغناطیسی دیگری به نام میدان مغناطیسی ثانویه با جهت مخالف میدان اولیه سیم پیچ ایجاد می کند. تداخل میدان مغناطیسی ثانویه با میدان اولیه سبب ایجاد اختلال و تضعیف میدان اولیه و نتیجتا تغییر و انحراف آن می شود.

اکنون اگر قطعه در محدوده ی اندازه گیری کاملا همگن و دارای ضخامت یکنواخت باشد، مقاومت ظاهری یا امپدانس الکتریکی سیم پیچ که در مجاورت سطح قطعه قرار گرفته، در تمام نقاط سطح (به استثنای لبه ها و نقاط مجاور لبه ها) یکسان است.

مقاومت ظاهری یا امپدانس سیم پیچ از رابطه زیر بدست می آید:

در این رابطه R مقاومت ویژه سیم پیچ، X مولفه مقاومت موهومی و برابر است با:

F فرکانس جریان متناوب و di/dt تغییرات جریان نسبت به زمان است و این دو مولفه هم فاز نیستند، به طوری که حاصل جمع برداری آن ها برابر مقاومت ظاهری Z است. طبق رابطه فارادی اختلاف پتانسیل یا ولتاژ القا شده در سیم پیچ ناشی از تغییرات شار مغناطیسی برابر است با:

در این رابطه V_L ولتاژ القا شده، N تعداد حلقه های سیم پیچ و dφ/dt آهنگ تغییر شار مغناطیسی است. در یک مدار اندازه گیری شدت جریان بسیار راحت تر از اندازه گیری شار مغناطیسی می باشد. به این جهت با استفاده از رابطه زیر می توان مقدار ولتاژ القا شده را با مشخص بودن ظرفیت القای مغناطیسی (L) و فرکانس جریان متناوب، محاسبه کرد:

اما وجود هر گونه ناپیوستگی یا ناهمگنی سطحی یا زیر سطحی (مانند ترک، جدایش، حفره و خوردگی) سبب اختلال و تغییر در مسیر جریان های گردابی و در نتیجه میدان مغناطیسی حاصل از این جریان های گردابی القا شده می شود. این تغییر تاثیر متقابلی بر مقاومت ظاهری سیم پیچ می گذارد. تغییر مقاومت ظاهری سیم پیچ ناشی از عیب یا ناهمگنی را می توان پس از تقویت با مدارهای الکترونیکی با استفاده از تجهیزات مناسبی آشکار ساخت. تجهیزات تست جریان گردابی از لحاظ نوع ارائه و نمایش نتایج اندازه گیری به شکل های مختلف آنالوگ و دیجیتالی وجود دارد. تجهیزات آنالوگ ساده ترین دستگاه های قابل دستیابی در تست جریان گردابیمی باشند. اغلب این دستگاه ها شامل یک منبع جریان متناوب، یک سیم پیچ و یک ولت سنج برای اندازه گیری تغییر ولتاژ بین دو سر سیم پیچ و یا یک آمپر سنج برای اندازه گیری تغییر جریان به جای تغییر ولتاژ هستند. آن ها برای شناسایی ترک، بازرسی خوردگی و آزمایش رسانایی الکتریکی به کار می روند.

مسیر جریان های گردابی القا شده در داخل قطعه به صورت حلقه های بسته در صفحه های عمود بر شار مغناطیسی، اما ناهمگن و غیر یکنواخت به داخل قطعه نفوذ می کند. تراکم جریان های گردابی در نقاطی از سطح قطعه در زیر سیم پیچ حداکثر بوده و با افزایش فاصله از سطح به سمت داخل قطعه شدیدا کاهش می یابد. این پدیده به عنوان اثر پوسته ای برای جریان گردابی نامیده شده است. این تراکم جریان در عمق های مختلف به فرکانس جریان نیز بستگی دارد. بنابراین در هر بازرسی باید فرکانس جریان در ارتباط با عمق عیب مورد انتظر انتخاب شود. عمقی از سطح قطعه که مقدار جریان گردابی در آن به اندازه (حدود 37 درصد) جریان در سطح قطعه کاهش می یابد را به عنوان عمق نفوذ استاندارد نامیده اند.

 

 

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن 

American Welding Society, Welding Inspection 

Steven E. Hughes, A Quick Guide to Welding and Weld Inspectin, 2009

امیر حسین کوکبی ، تکنولوژی جوشکاری ، انتشارات آزاده

مجید مصلی ، اصول و کاربرد تست های غیر مخرب (NDT) در جوشکاری ، نشر طراح

هادی رشید حسین پور ، جوشکاری و بازرسی جوش ، نشر طراح 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است