جوشکاری , تست غیر مخرب و بازرسی جوش

کارگاه تست های غیر مخرب
نویسنده : ابوذر کیانپور - ساعت ٢:۱۳ ‎ق.ظ روز سه‌شنبه ٥ اردیبهشت ،۱۳٩۱
 

تست های غیر مخرب NDT) Non distractive tests )

تعریف: مجموعه روش هایی هستند که برای کنترل کیفیت قطعات و ماشین آلات در تمامی مراحل ساخت و تولید حتی تا زمان کار مورد استفاده قرار می گیرند.

تست مخرب : برای تعیین سلامت یک قطعه، خود قطعه از بین می رود مانند آزمایش های شیمیایی برگشت ناپذیر

تست غیر مخرب : مجموعه روش هایی هستند که برای آزمایش مشخصات کمی یا کیفی یک جسم مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از این آزمون ها عبارتند از دما نگاری، مایکرو ویو، تست ذره، انتشار صوت، آکوستیک ماکروسکوپی، اندازه گیری مغناطیسی، انعکاس( شبیه انتشار صوت)، تداخل یابی لیزری، تست نشت یابی.

برای مثال Flux leakage (نشت یابی)، اندازه گیری نشت یک مخزن در حد میکروسکوپی است که به وسیله  Helium leak test انجام می شود. روش کار به این صورت است که مخزن مورد نظر را تخلیه می کنند. سپس آن را با گاز هلیم در یک فشار مشخص پر کرده و نهایتا با استفاده از آشکارسازهای گاز هلیم محل های نشتی را پیدا می کنند.

نکته:

·        فشار در این روش در محدوده ی 20 بار است.

·        از این روش برای تست میله های سوخت هسته ای استفاده می شود.

Acoustic Emission (انتشار صوت): در قطعاتی که نقاط جوش و اتصالات زیادی دارند مورد استفاده قرار می گیرد. نیاز است که برخی قطعات در حین کار نیز مرتبا مورد تست قرار گیرند.

روش کار: سنسورهای صوتی در محل های جوش و اتصال قرار داده می شود. به تجهیز مورد نظر ضرباتی وارد می شود تا تولید صوت کند. سنسورها لرزش ها را دریافت کرده و ثبت می کنند. بعد از مدتی ضربه ای مشابه مرتبه اول وارد می شود. اگر اعداد بدست آمده همان اعداد مشاهده شده در مرتبه اول بود نتیجه تست ok است. در هر نقطه ای که عدد متفاوت بود بازرسی فقط در همان نقطه انجام می شود.

این گونه آزمایش ها در چند دسته کلی قرار می گیرند که به آنها روش های تست غیر مخرب یا اصطلاحا NDT می گویند. در ادامه به شرح این روش ها می پردازیم.

انواع تست های غیر مخرب :

چشمی Visual

اشعه ایکس X-Ray

مایعات نافذ Liquid Penetrant

امواج گردابی Eddy Current

تست امواج مافوق صوت Ultrasonic

تست ذرات مغناطیسی Magnetic

کاربردهای عمومی NDT

1.      بازرسی از مواد خام

2.      بازرسی از فرایندهای ثانویه شامل ماشین کاری، جوش کاری، سنگ زنی ، عملیات حرارتی و ...

3.      بازرسی قطعات در حال تولید شامل ترک ها، خوردگی، سایش، آسیب های حرارتی و ...

4.      ارزیابی و تشخیص عیوب

5.       نشت یابی از مخازن یا لوله های انتقال

6.       تعیین موقعیت عیوب شامل شکستگی ها، ترک ها و ...

7.       اندازه گیری ابعادی

8.       تخمین و براورد خواص مکانیکی

9.       کشش و اندازه گیری های دینامیکی

10. تعیین ترکیبات شیمیایی

11.  تعیین ویژگی های ساختاری و میکرو ساختاری

استفاده در صنعت :

1-    Wire rope Inspection بازرسی سیم بکسل مثلا در تله کابین

2-    Storage Tank Inspection جلوگیری از خوردگی در منابع بزرگ (نفتی)

3-    Aircraft Inspection

4-    Jet Engine Inspection

5-    Pressure Vessel Inspection

6-    Rail Inspection ریل های خط آهن (شامل تستهای Eddy+Ultrasonic)

7-    Bridge Inspection تست پلها

8-    Pipelines Inspection  تست خطوط لوله

مخرب و غیر مخرب بودن تست به نوع و اندازه تجهیز بستگی دارد.

تقریبا در تمام مراحل تولید یک محصول می توان تست غیر مخرب را انجام داد، از تولید تا حین کار.

برخی از مزایای این روش ها عبارتند از:

1-     بهبود تولید

2-     کنترل کیفیت اقلام ورودی

3-    بهبود یا کنترل فراورده های تولیدی

4-    کنترل عملیات حرارتی( برای تغییر خواص مکانیکی یک قطعه از فرایندهای عملیات حرارتی استفاده می شود. قطعه را با یک شیب معین به یک دمای معین برده و سپس خنک می کنند که موجب سختی سطحی، سختی کل و یا انعطاف پذیری آن می شود.)- برای صحت عملیات حرارتی از روش های تست غیر مخرب استفاده می شود.

5-    تایید مونتاژ قطعات

6-    - بازرسی قطعات در حال کار

انواع تست های غیر مخرب

 

1-    بازرسی چشمی (Visual Inspection)

اولین و معمول ترین روش بازرسی است که نیاز به تبحر بالایی دارد. شامل fiberscopes ،borescopes ،magnifying ، glasses و mirros است. از این روش برای بازرسی مخازن حاوی بخارات سمی یا مواد مضر یا مکان هایی که امکان رفتن به داخل آنها نیست، از ابزارهای بالا استفاده می شود. مثلا Robotic crawelers ربات هایی هستند که قابلیت رفتن به داخل لوله های نفتی یا آب را برای تشخیص خرابی ها دارند. این ربات ها هم چنین می توانند به Air ducts, reactors, piplines وارد شده و عملیات تست را انجام دهند.

 

2-    تست مایعات نافذ  (Liquid penetrant Ispection) (PT)

در جاهایی که جوش داشته باشیم مثلا اسکلت ساختمان ها استفاده دارد. حساسیت چشم ناظر در بازرسی چشمی با این تست بالا می رود.

روش کار :

سه اسپری داریم: 1- سطح مورد نظر را با اسپری Cleaner تمیز می کنیم. 2- اسپری مایع با چسبندگی بسیار پایین که قابلیت نفوذ از پوست بدن را دارد و از کوچکترین مجاری نفوذ می کند، به سطح می زنیم. مدتی صبر می کنیم تا با استفاده از خاصیت مویینگی عمل کند.این اسپری قرمز رنگ است. پس از استفاده از این اسپری باید سطح را با اسپری Clean up مجددا تمیز کنیم. دقت شود در این مرحله جهت حرکت دست ما تنها در یک جهت و به صورت بسیار آرام انجام می شود. 3- اسپری سوم Developer است که عکس خاصیت مویینگی را دارد و  باعث می شود که مایع اسپری قبلی که در ترک ها نفوذ کرده با این اسپری خارج می شود. در این مرحله یا از مواد رنگی استفاده می شود یا از مواد فلورسنت که در زیر لامپ UV و در محیط تاریک از نور معمولی شناسایی می شود. آخرین مرحله این تست همان بازرسی چشمی است.

 

3-    تست ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle( MT

اگر از این روش استفاده شود دیگر نیازی به استفاده از روش مایعات نافذ نیست. در این روش عیوب زیر سطحی راه نیافته به سطح نیز قابل تشخیص است.

روش کار :

پودر فلز در جوهر رنگی قرار داده شده و روی سطح مورد نظر ریخته می شود. وسیله را روی قطعه طوری قرار می دهیم که قطب مثبت و منفی روی محل های جوش قرار گیرد. اگر شکاف در وسط قرار داشته باشد در آن صورت آهنربای ما دو تکه می شود.

مراحل کار به صورت خلاصه در این روش عبارتند از : قرار داده هوک، اعمال میدان مغناطیسی، اسپری Developer ، برداشتن هوک

محدودیت: در این روش قطعه مورد آزمایش باید فرومغناطیس باشد مثلا این تست برای آلومینیوم انجام نمی شود.

مزایای MT :

ساده بودن، ارزان بودن، سریع نتیجه دادن، نیاز به سطح وسیع و تمیز برای انجام آزمایش ندارد، از بازرسی بینایی معمولی بهتر و پیشرفته تر است.

معایب :

فقط عیوب سطحی یا نزدیک به سطح را بررسی می کند- فقط روی مواد فرو مغناطیس عمل می کند- عمق عیب را تعیین نمی کند- بررسی باید در دو جهت انجام شود.

مزیت تست MT(Magnetic Particle) بر PT(Liquid penetrant Ispection) : عیوب نزدیک به سطح را نیز می تواند تشخیص دهد. تجمع فلز در محل عیب دار به ما نشان می دهد که کجا ترک وجود دارد.

 

4-    تست رادیو گرافی (Radiography Inspection)

از این تست در بازرسی از خطوط لوله، پالایشگاه ها و شرکت نفت استفاده می شود. استفاده از یک منبع رادیواکتیو در این روش الزامی است. در این روش می توان عمق یک قطعه را نیز بررسی کرد.

در این روش از دو پرتو ایکس و گاما استفاده می شود. اشعه ایکس با قطع منبع ولتاژ قطع خواهد شد یعنی به صورت الکتریکی تولید می شود. پرتو گاما نیز در اثر واپاشی هسته ای تولید می شود. روش کار به این صورت است که یک فیلم رادیو گرافی را زیر قطعه مورد نظر قرار دارده و از بالا پرتو ایکس یا پرتو گاما به آن می تابانیم. با تحلیل تصویر بدست آمده می توان به وجود عیوب قطعه مورد نظر پی برد.

ضخامت بیشتر  عبور کمتر   تاثیر کمتر روی فیلم   سفیدتر ( یعنی فیلم کمتر سیاه می شود)

فیلم رادیوگرافی : تفاوت این فیلم با فیلم عکاسی در این است که فیلم عکاسی با نور مریی تحریک می شود اما این فیلم فقط با امواج پر انرژی مانند پرتو گاما تحریک می شود.(Exposure به معنای تاثیر روی فیلم)

ضخامت قطعه بیشتر  دانسیته بیشتر  فیلم رادیو گرافی سفیدتر

ضخامت قطعه کمتر  دانسیته کمتر  فیلم رادیو گرافی سیاه تر

در فیلم عکاسی برمید نقره وجود دارد.

در رادیو گرافی صنعتی از دو پرتو استفاده می شود :

1-    X-Ray

2-    Gamma-Ray

 

5-    تست امواج گردابی (Eddy current testing)

محدودیت: برای مواد نارسانا انجام نمی شود.

شرح دستگاه: یک سیم پیچ که به جریان متناوب متصل است و در نتیجه میدان مغناطیسی تولید می شود. مجموعه را به سطح جسم نزدیک می کنند، در نتیجه امواج گردابی روی سطح جسم حلقه هایی را تشکیل می دهد. خود این امواج گردابی یک میدان مغناطیسی ثانویه به وجود می آورند که جهت این میدان با عامل به وجود آورنده خود (میدان اولیه) مخالف است. در نتیجه امپدانس تولید می شود که می توان نمودار آن را ترسیم کرد. اگر با جا به جا کردن وسیله روی سطح در نمودار امپدانس اعوجاجی ندیدیم یعنی سطح جسم سالم است. اما اگر اعوجاج مشاهده شد جسم سالم نیست. منظور از سالم بودن این است که در جسم مورد آزمایش ما هیچ گونه خلل و فرجی و یا شکاف و ترکی ناشی از شکستگی یا نامرغوب بودن وجود ندارد.

از تست Eddy Current می توان برای تعیین صحت عملیات حرارتی نیز استفاده کرد. از این تست هم چنین برای تعیین ضخامت لایه آبکاری شده جهت مقایسه نیز استفاده می شود.

 

6-    تست آلتراسونیک(Ultrasonic Inspection) (Palse-Echo)

بهترین روش برای شناسایی ترک ها، عمق و ضخامت سنجی

اساس کار این روش : یک وسیله داریم مجهز به فیزو الکتریک( قطعه ای که با دادن جریان مرتعش می شود و با مرتعش شدن جریان تولید می کند.) با دادن جریان مرتعش شده صوت تولید می کند. صوت تولیدی را از داخل قطعه مورد نظر عبور می دهند.( صوت برای عبور نیاز به محیط مادی دارد و از خلا عبور نمی کند.) صوت در جسم وارد شده و تا سطح جدایی جسم با محیط بیرون، پیش می رود و سپس بر می گردد تا به فیزو الکتریک برخورد کند و جریان تولید کند. این جریان توسط سیستم ثبت و رسم می شود. البته اعداد نمودار از قبل توسط بلوک های استاندارد و دقیقی که همراه دستگاه است کالیبره شده است. با مقایسه اعداد بدست آمده از آزمایش با اعداد استاندارد می توان به وجود عیب پی برد.

کاربردها :

ضخامت سنجی یکی از کاربردهای این دستگاه است.

اگر سطح Back عمود باشد صوت روی خودش بازتاب می شود. در غیر این صورت مانند امواج نوری با زاویه مساوی زاویه تابش بازتاب می شود.

کاربرد دوم این روش ردیابی عیوب است.

ردیابی عیوب نزدیک به سطح در این روش مناسب نیست. هر چه ضخامت در این روش بیشتر باشد نتیجه بهتر است.

مزایا تست امواج مافوق صوت

عیوب عمقی را نیز تشخیص می دهد. در این روش میزان عمق نیز مشخص می شود. فاصله بین initial pulse و Back wall pulse همان ضخامت قطعه است.

در محل هایی که جوش کاری شده است و نمی توان روی آن Probe را قرار داد از Probe های زاویه دار استفاده می شود.

وقتی پرتو صوتی عمود نرود دیگر back wall echo نداریم.   

سریع نتیجه می دهد. عیوب زیر سطحی  را رد یابی می کند، ایمن است، عیوب صفحه ای را شناسایی می کند، توانایی اندازه گیری عمق و عیوب دارد، می توان به جای استفاده از برق از باتری استفاده کرد در نتیجه قابل حمل نیز است.

معایب :

مهارت و آموزش اپراتور را نیاز دارد، آماده سازی سطح بالایی نیاز دارد، عیوب حجمی را نمی تواند تشخیص دهد، مایعی که برای match کردن استفاده می شود موجب آسیب است، قابلیت ثبت ندارد.