آزمونهای غیر مخرب ( Non DestvuctiveTesting)

مهندسین معمولاً عادت دارند خواص یک ماده را روی نمونه‌های مخصوصی که از همین ماده تهیه شده‌اند با آزمونهای استاندارد ارزیابی کنند. اطلاعات بسیار ارزشمندی از این آزمونهای به دست می‌آید که شامل خواص کششی، فشاری، برشی و ضربه‌ای ماده مورد نظر است. اما این آزمونها ماهیت تخریبی دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه‌ای که با آزمونهای استاندارد تا حد تخریب تعیین می‌شود، به یقین راهنمای روشنی در مورد مشخصات کارایی قطعه‌ای نیست که بخش پیچیده‌ای از یک مجموعه مهندسی را تشکیل
می‌دهد.

در طی تولید و حمل و نقل امکان دارد که انواع عیوب با اندازه‌های مختلف در ماده یا قطعه به وجود آیند. ماهیت و اندازه دقیق هر عیب روی عملیات بعدی آن قطعه تاثیر خواهد داشت. عیوب دیگری نیز مانند ترکهای حاصل از خستگی یا خوردگی ممکن است در طی کار قطعه ایجاد شوند. بنابراین برای آشکار سازی وجود عیبها در مرحله تولید و نیز جهت تشخیص و تعیین سرعت رشد این نقصها در طول عمر قطعه یا دستگاه ، داشتن وسائل مطمئن ضروری است.

منشا بعضی عیوب که در مواد و قطعات یافت می‌شوند، عبارتند از :

- عیوبی که ممکن است طی ساخت مواد خام یا تولید قطعات ریختگی به وجود آیند (ناخالصیهای سرباره، حفره‌های گازی، حفره‌های انقباضی، ترکهای تنشی و ... )

- عیوبی که ممکن است طی تولید قطعات به وجود آیند (عیوب ماشینکاری، عیوب عملیات حرارتی، عیوب جوشکاری، ترکهای ناشی از تنشهای پسماند و ...)

- عیوبی که ممکن است طی مونتاژ قطعات به وجود آیند (کم شدن قطعات، مونتاژ نادرست، ترکهای ناشی از تنش اضافی و ...)

- عیوبی که در مدت کاربری و حمل و نقل به وجود می‌آیند (خستگی، خوردگی، سایش، خزش، ناپایداری حرارتی و ...)

روشهای مختلف آزمونهای غیرمخرب در عمل می‌توانند به راههای بسیار متفاوتی در عیب یابی به کار روند. اعتبار هر روش آزمون غیرمخرب سنجشی از کارایی آن روش در رابطه با آشکارسازی نوع و شکل و اندازه بخصوص عیبها است. بعد از آن که بازرسی تکمیل شد، احتمال معینی وجود دارد که یک قطعه عاری از یک نوع عیب با شکل و اندازه بخصوص باشد. هر قدر این احتمال بالاتر باشد اعتبار روش به کار رفته بیشتر خواهد بود. اما باید این واقعیت را به خاطر داشت که بازرسیهای غیرمخرب برای اغلب قطعات به وسیله انسان انجام می‌گیرد و در اصل دو نفر همیشه نمی‌توانند یک کار تکراری مشابه را بطور دقیق همانند یکدیگر انجام دهند. از این رو باید یک ضریب عدم یقین در برآورد اعتبار بازرسی به حساب آورده شود و ارزش تصمیماتی رد و یا قبول قطعه باید از رویدادهای آماری تخمین زده شود.


نقش بازرسی غیرمخرب این است که با میزان اطمینان معینی ضمانت نماید که در زمان بکارگیری قطعه برای بار طراحی، ترکهایی به اندازه بحرانی شکست در قطعه وجود ندارند. همچنین ممکن است لازم باشد که با اطمینان، عدم وجود ترکهای کوچکتر از حد بحرانی را نیز ضمانت کند. اما رشد ترکهای کوچکتر از حد بحرانی. بویژه در مورد قطعاتی که در معرض بارهای خستگی قرار دارند و یا در محیطهای خورنده کار می‌کنند، اهمیت دارد، بطوریکه این گونه قطعات، قبل از این که شکست ناگهانی در آنها اتفاق بیفتد، به یک حداقل عمر کار مفید برسند. در برخی حالتها، بازرسیهای مرتب و متناوب جهت اطمینان از نرسیدن ترکها به اندازه بحرانی ممکن است ضروری باشد.

بکارگیری ایده‌های مکانیک شکست در طراحی، برای توانایی روشهای مختلف آزمونهای غیرمخرب در آشکارسازی ترکهای کوچک، حد و مرز تعیین می‌کند. اختلاف بین کوچکترین ترک قابل آشکارسازی و اندازه بحرانی آن، میزان ایمنی یک قطعه است.
در هر برنامه خاص بازرسی، تعداد عیوب شناسایی شده (هر چند زیاد)، با تعداد واقعی آنها مطابقت پیدا نمی‌کند، بنابراین احتمال شناسایی یک قطعه سالم و بدون عیبهای با اندازه‌های گوناگون کاهش می‌یابد. اما هنگامی که قطعات بسیار مهم مورد نظر هستند، سعی بر این است تا حد امکان عیبهای بیشتری شناسایی شوند و تمایل به قبول تمام نشانه‌های وجود عیبها زیاد است. زیرا اگر قطعه‌ای در طی بازرسی مردود و غیرقابل مصرف معرفی شود، بهتر از آن است که هنگام استفاده منجر به شکست فاجعه آمیز شود.
مسلم است مهندسی که ایده‌های مکانیک شکست را مورد استفاده قرار می‌دهد، علاقه‌مند است که بداند به چه اندازه عیبها را در هنگام بازرسی مورد نظر داشته باشد. انتخاب روش با این بررسی اولیه تعیین می‌شود و تمام پارامترهای دیگر در درجه دوم اهمیت قرار می‌گیرند. برای مثال بازرسی ترکهای مربوط به خستگی قطعات فولادی به روش فراصوتی که نسبتاً براحتی قابل اجرا است، در مقابل تجزیه و تحلیل به روش جریان گردابی برای آشکارسازی ترکهایی به طول 5/1 میلیمتر، کنار گذاشته می‌شود زیرا احتمال آشکارسازی این ترکها با فراصوتی 50 درصد و با جریان گردابی 80 درصد است.

یکی از فایده‌های بدیهی و روشن به کار بردن صحیح آزمونهای غیرمخرب، شناسایی عیوبی است که اگر بدون تشخیص در قطعه باقی بمانند، موجب شکست فاجعه آمیز قطعه و در نتیجه بروز خسارتهای مالی و جانی فراوان خواهند شد. استفاده از این روشهای آزمون می‌تواند فواید زیادی از این بابت ، در بر داشته باشد.
بکارگیری هر یک از سیستمهای بازرسی متحمل هزینه است، اما اغلب استفاده موثر از روشهای بازرسی مناسب موجب صرفه‌جویی‌های مالی قابل ملاحظه‌ای خواهد شد. نه فقط نوع بازرسی، بلکه مراحل بکارگیری آن نیز مهم است. کارگیری روشهای آزمون غیرمخرب روی قطعات ریختگی و آهنگری کوچک بعد از آنکه کلیه عملیات ماشینکاری روی آنها انجام گرفت، معمولا بیهوده خواهد بود. در اینگونه موارد باید قبل از انجام عملیات ماشینکاری پرهزینه قطعات بدقت بازرسی شوند و قطعاتی که دارای عیوب غیرقابل قبول هستند، کنار گذاشته شوند. باید توجه داشت کلیه معایبی که در این مرحله تشخیص داده می‌شوند، نمی‌توانند موجب مردود شدن قطعه از نظر بازرسی باشند. ممکن است قطعه‌ای دارای ناپیوستگیها و ترکهای سطحی بسیار ریز باشد که در مراحل ماشینکاری از بین بروند.

آزمایش پرتو نگاری و تفسیر فیلم

Radiographic

Testing and Film Interpretation
تابش الکترومغناطیسی با طول موجهای بسیار کوتاه، یعنی 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 ویژگیهای تابش بستگی دارد. تابش عبوری از درون ماده می‌تواند به وسیله یک فیلم یا کاغذ حساس آشکار شده و روی صفحه فلورسنت مشاهده شود، یا این که توسط دستگاههای حساس الکترونیکی نشان داده شود.
اگر بخواهیم دقیقتر بگوییم، عبارت پرتو نگاری به معنی فرایندی است که در نتیجه آن ، تصویری روی فیلم ایجاد شود، بررسی این فیلم را تفسیر می‌گوییم.
بعد از این که فیلم عکس گرفته شده پرتو نگاری ظاهر شد، تصویری سایه روشن با چگالی متفاوت مشاهده می‌شود. قسمتهایی از فیلم که بیشترین مقدار تابش را دریافت کرده‌اند، سیاهتر دیده می‌شوند. همچنانکه پیشتر گفته شد، مقدار تابش جذب شده توسط ماده، تابعی از چگالی و ضخامت آن خواهد بود. همچنین وجود عیوب خاص، مانند حفره‌ها و تخلخل درون ماده، بر مقدار تابش جذب شده تاثیر خواهد گذاشت. بنابراین پرتو نگاری می‌تواند برای آشکار سازی انواع خاصی از عیوب در بازرسی مواد و قطعات به کار رود.

استفاده از پرتو نگاری و فرآینده‌های مربوط به آن باید به شدت کنترل شود، زیرا قرار گرفتن انسان در معرض پرتو می‌تواند منجر به آسیب بافت بدن شود.

آزمایش فراصوتی (Ultrasonic Testing)
در این روش، امواج صوتی با بسامد 5/0 تا 20 مگاهرتز به درون قطعه فرستاده می‌شود. این موج پس از برخورد به سطح مقابل قطعه باز تابیده می‌شود. با توجه به زمان رفت و برگشت این موج، می‌توان ضخامت قطعه را تعیین کرد. حال اگر یک عیب در مسیر رفت و برگشت موج باشد، از این محل هم موجی بازتابیده خواهد شد که اختلاف زمانی نسبت به مرحله اول، محل عیب را مشخص می‌کند.
روشهای فراصوتی به طور گسترده‌ای برای آشکارسازی عیوب داخلی مواد به کار می‌روند ولی می‌توان از آنها برای آشکارسازی ترکهای کوچک سطحی نیز استفاده کرد.

بازرسی با ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle Testing)
بازرسی با ذرات مغناطیسی، روش حساسی برای ردیابی عیوب سطحی و برخی نقصهای زیر سطحی قطعات فرو مغناطیسی است. پارامترهای اساسی فرآیند به مفاهیم نسبتاً ساده‌ای بستگی دارد. هنگامی که یک قطعه فرومغناطیسی، مغناطیس می‌شود، ناپیوستگی مغناطیسی که تقریباً در راستای عمود بر جهت میدان مغناطیسی واقع است، موجب ایجاد یک میدان نشتی قوی می‌شود. این میدان نشتی در رو و بالای سطح قطعه مغناطیس شده حضور داشته و می‌تواند آشکارا توسط ذرات ریز مغناطیسی دیدپذیر شود. پاشیدن ذرات خشک یا ذرات مرطوب با یک مایع محلول بر روی سطح قطعه، موجب تجمع ذرات مغناطیسی روی خط گسل خواهد شد. بنابراین پل مغناطیسی تشکیل شده، موقعیت، اندازه و شکل ناپیوستگی را نشان می‌دهد.

یک قطعه را می‌توان با به کاربردن آهنرباهای دائم، آهنرباهای الکتریکی و یا عبور یک جریان قوی از درون یا برون قطعه، مغناطیس کرد. با توجه به این که با روش آخر می‌توان میدانهای مغناطیسی با شدت زیاد در داخل قطعه ایجاد کرد، این روش به صورت گسترده‌ای در کنترل کیفی محصول به کار می‌رود زیرا این روش حساسیت خوبی برای شناسایی عیوب قطعات و آشکارسازی آنها عرضه می‌دارد

آزمایش جریان گردابی (Eddy Current Testing)
اساس روشهای آزمون الکترومغناطیسی بر این است که وقتی یک سیم پیچ حامل جریان متناوب، نزدیک ماده‌ای تقریباً رسانا قرار داده شود، جریانهای گردابی یا ثانویه در آن ماده القا خواهد شد. جریانهای القایی، میدانی مغناطیسی ایجاد خواهند کرد که در جهت مخالف میدان مغناطیسی اولیه اطراف سیم پیچ است. تاثیر متقابل بین میدانها 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 از نظر ابعاد و ترکیب شیمیایی یکنواخت باشد.
مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر نزدیک سطح قطعه در کلیه نقاط سطح قطعه یکسان خواهد بود، به غیر از تغییر اندکی که نزدیک لبه‌های نمونه مشاهده می‌شود. اگر ماده ناپیوستگی داشته باشد، توزیع و مقدار جریانهای گردابی مجاور آن تغییر می‌کند و در نتیجه کاهشی در میدان مغناطیسی در رابطه با جریانهای گردابی به وجود می‌آید، بنابراین مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر تغییر خواهد کرد.
از روی تحلیل این آثار می‌توان در مورد کیفیت و شرایط قطعه کار نتیجه‌گیری کرد. این روشها بسیار متنوع هستند و با وسیله و روش آزمون مناسب، می‌‌توان آنها را برای آشکارسازی عیوب سطحی و زیر سطحی قطعات و تعیین ضخامت پوشش فلزات به کار برد و اطلاعاتی در زمینه مشخصات ساختاری مانند اندازه دانه بندی و شرایط عملیات حرارتی به دست آورد.همچنین می‌توان خواص فیزیکی مانند رسانایی الکتریکی تراوایی مغناطیسی و سختی فیزیکی را تعیین کرد

آزمون مایع نافذ (PT)

اصول :
ترکهای سطحی و منافذی که با چشم عادی قابل رویت نمی باشند بوسیله آزمون مایع نافذ شناسایی میشوند.این روش در شناسایی منافذ جوش کاربرد فراوانی دارد .قابل ذکر است که فولادهای آستنیتیک و فلزات غیر آهنی که از روش ذرات مغناطیسی (MT) نمیتوان آنها را تست نمود از روش مایع نافذ ارزیابی میشوند.
آزمون مایع نافذ را به دو طریق ، با استفاده از رنگ مرئی و فلورسنت میتوان انجام داد.بدین صورت که ابتدا سطح قطعه مورد نظر را تمیز و خشک مینماییم (سطح باید عاری از هرگونه شی خارجی مثل براده ها باشد تا مایع نافذ بخوبی داخل ترکها نفوذ نماید.)
سپس بوسیله مایع نافذ(penetrant) سطح موردنظر را می پوشانیم که میتوان این عمل را با اسپری نمودن نافذ و یا غوطه ور ساختن قطعه درون نافذ انجام داد.بر اثر خاصیت مویینگی نافذ به درون ترکها نفوذ میکند و برای اینکه از نفوذ آن اطمینان حاصل نماییم مدتی را صبر کرده(حدود 30 دقیقه) و سپس ماده نافذ اضافی را از روی سطح پاک میکنیم.
ظاهر کننده (Developer) که پودر سفید رنگی میباشد را روی سطح فوق اسپری میکنیم . ظاهر کننده باعث میشود مایع نافذ از ترکها بیرون کشیده شود و درنتیجه رنگ بر روی سطح پس میزند.
سپس بوسیله بازرسی چشمی تحت نور سفید (در صورت استفاده از رنگ مرئی) و یا نور ماورابنفش (در صورت استفاده از رنگ فلورسنتی) نشانه های رنگی ایجاد شده را مشاهده نموده و محل عیوب و ترکها مشخص میگردد.

استفاده های عمومی:
شناسایی و تشخیص محل عیوب سطحی در مواد بدون خلل و فرج







کاربردها:
شناسایی ترک و منفذ در جوش
شناسایی عیوب سطحی در ریخته گری
شناسایی ترک ناشی از خستگی در اجسام تحت تنش

محدودیتها:
جسم باید تقریبا سطح غیر متخلخل و صافی داشته باشد.

زمان تخمینی جهت ارزیابی:
کمتر از یک ساعت

منبع: http://www.wps.blogsky.com