مقدمه اي بر آزمون های غير مخرب

توضیحات

دسته: مجموعه شماره 1

منتشر شده در دوشنبه, 18 دی 1391 11:13

نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh

مقدمه اي بر آزمون های غير مخرب
Non Destructive Tests (NDT)

مقدمه 
ضرورت بازرسی

در ماده يا قطعه در حين ساخت، انواع نقصها با اندازه هاي متفاوت ممكن است به وجود آيد كه ماهيت و اندازه دقيق اين نقص، كاركرد آتي قطعه را تحت تاثير قرار مي دهد. نقصهاي ديگري مانند تركهاي ناشي از خستگي يا خوردگي، در حين كار با ماده نيز ممكن است به وجود آيد. بنابراين براي آشكارسازي نقصها در مرحله ساخت و همچنين براي آشكارسازي و مشاهده آهنگ رشد آنها در حين عمر كاري هر قطعه يا مجموعه بايد وسايل قابل اعتمادي در اختيار داشت.

انواع سیستمهای بازرسی

      تستهای مخرب(DT)

در این نوع تست آزمایشهای مختلف بر روی نمونه های استاندارد تهیه شده از قطعات مورد آزمون انجام می شود و پس از انجام تست نمونه از بین می رود.

معایب روش: سرعت پایین

                پر هزینه بودن

                ارائه اطلاعات فقط مربوط به نمونه ها

      تستهای غیر مخرب (NDT)

تست یا بازرسی غیر مخرب به روش هایی از بازرسی اطلاق می شود که در آنها کارایی یک قطعه بدون تغییر یا از بین رفتن آن قطعه، مورد بررسی قرار می گیرد.

تفاوتهای DT و NDT:

1. در روش های DT پس از اعمال آزمایش، قطعه کارایی خود را از دست می دهد
2. در روش های DT نمی توان تمام محصولات را تحت آزمایش قرار داد و باید به صورتrandom تعدادی از نمونه ها را تحت آزمایش قرار داد.
3. در روش های DT نیاز به تهیه نمونه استاندارد وجود دارد که برای آزمایش های مختلف متفاوت است.

      آزمایشهای DT و NDT در عرض یکدیگر قرار ندارند و انجام یک تست باعث بی نیازی از تست دیگر نمی شود.

عیوب قابل تشخیص با NDT

عیوب ناشی از مواد اولیه

•         جدایش

•          ناخالصی

•          آخالهای سرباره

•          تخلخل های گازی

•          تخلخل های انقباضی

عیوب ناشی از روش ساخت

•         شکل دادن

•          متالورژی پودر

•          جوشکاری

•          عملیات حرارتی

•          ماشینکاری

عیوب ناشی از مونتاژ قطعات

•         ترک ناشی از تنش اضافی

•          عیوب ناشی از جوشکاری اضافی

•          مونتاژ نادرست

•          قطعات جا افتاده

عیوب ناشی از کارکرد

•         ناپایداری حرارتی

•          خزش

•          سایش

•          خوردگی تنشی

•          خوردگی

•          خستگی

المان های بازرسی غیر مخرب

1. منبع انرژی
2. یک قطعه کار متناسب با منبع انرژی
3. قطعه آزمون برای اندازه گیری تفاوت ها
4. وسیله ای برای نشان دادن و ثبت نتایج آزمون
5. اپراتور آموزش دیده
6. دستور العمل برای انجام تست
7. سیستم گزارش نتایج

روش های متداول NDT

1. بررسی چشمی (VT)                                             Visual Tes            
2. بازرسی با مایعات نافذ (PT)                        Liquid Penetranat Test      
3. بازرسی با ذرات مغناطیسی (MT)    Magnetic Particle Test                   
4. رادیوگرافی (RT)                                                        Radiographic Test
5. بازرسی با جریان گردابی (ET)                    Eddy Current Test              
6. بازرسی با امواج اولتراسونیک (UT)            Ultrasonic Test                   
7. بازرسی با انتشار امواج صوتی (AET)              Acoustic Emission Test

مراحل NDT

مرحله اول: استفاده از یک خاصیت فیزیکی جسم و محیط تست

مرحله دوم: تغییر در خاصیت فوق به دلیل وجود عیب

مرحله سوم: آشکار سازی تغییر ایجاد شده به کمک یک آشکارساز مناسب

مرحله چهارم: تبدیل تغییر آشکار شده به نحوی که قابل تفسیر باشد

مرحله پنجم: تفسیر نتایج

تعاریف اولیه

ناپیوستگی (Discontinuity): هر گونه اغتشاش در خواص متالورژیکی یا مکانیکی یا فیزیکی جسم ناپیوستگی نامیده می شود.

عیب (Defect): ناپیوستگی هایی که باعث شود خواص استاندارد قطعه از بین رود، عیب نامیده می شود.

يک ناپيوستگی لزوماَ عيب نيست.

عیوب  در اتصالات جوشکاری شده

یک ناپیوستگی در حقیقت یک انقطاع در ساختار فلز جوش می باشد مثل وجود ناهمگنی در خواص مکانیکی و متالورژیکی ماده یا فلز جوش.

عیب نیز یک ناپیوستگی است که به واسطه ویژگی خاصش و یا در اثر تجمع آن درقطعه یا محصول، نمی تواند حداقل استانداردهای کاری مورد نیاز را برآورده کند.

عیوب جوش به طور کلی به گروههای زیر تقسیم می شود:

ترکها

حفره های گازی

ناخالصیهای سرباره جوش

عدم نفوذ یا ذوب

شکل ناقص یا طرح ظاهری غیر قابل قبول جوش

و سایر عیوب(مثل اثر پاشش قوس الکتریکی بر روی سطح قطعه

ترکها(Cracks)

زماني كه تنشهاي موضعي از حد استحكام ماده فراتر روند در جوش و يا فلز پايه ترک ايجاد مي شود.

انواع ترک:

        طولی:تركهاي طولي در جوشهاي كوچك بين مقاطع سنگين، معمولا بر اثر سرعت بالاي             سرد شدن و تنش بالا رخ مي دهند.

       عرضی:معمولا بر اثر تنشهاي طولي انقباضي، روي فلز جوش با چكشخواري كم بوجود مي آيند.

       ستاره ای: در اثر قطع نامناسب جوشكاري قوسي در چاله انتهايي جوش بوجود مي آيند.

        ريشه:  تركهاي طولي ايجاد شده در ريشه جوش يا سطح ريشه هستند.

انواع ترک بر حسب دمایی که در آن ایجاد می شود:

      ترک گرم

تركهاي گرم در حين انجماد و یا قبل از اینکه حرارت جوش به طور کامل برطرف شود، بوجود مي آيند.

      ترك سرد

تركهاي سرد بعد از تكميل انجماد بوجود مي آيند.

 به آنها تركهاي تأخيري نيز گفته مي شود.

پارگی لایه ای(Lamellar Tearing)

به شكست صفحه ای گفته مي شود كه در فلز پايه ايجاد شده و جهتگيري اصلي آن به موازات سطح است. علت آن تنش بالا در جهت ضخامت است كه بر اثر جوشكاري ايجاد مي شود.

پارگي لايه اي مي تواند تا مسافت زيادي گسترش يابد و معمولا در محلي كه فلز پايه داراي ناخالصي هاي غيرفلزي باشد و يا در محلهايي از فلز پايه كه تحت تنشهاي بالاي جوشكاري است، يا تركيبي از هر دو، آغاز مي شوند.

تخلخل(Porosity)

تخلخل ها نتیجه حبس گازها در فلز در حال انجماد می باشند. این ناپیوستگی معمولا بصورت کروی است اما می تواند گسترش نیز پیدا کند.

این نوع ناپیوستگی بحرانی نبوده و ایجاد تمرکز تنش نمی کنند، مگر اینکه مقدار آن بیش از حد معینی باشد. تخلخل بیش از حد، ناشی از عدم کنترل صحیح پارامترهای جوش، مواد مصرفی جوشکاری، طراحی اتصال، آلودگی فلز پایه و یا ترکیب نا مناسب فلز پر کننده مورد استفاده است.

تخلخل با توزیع یکنواخت

تخلخلي است که بصورت یکنواخت در فلز جوش توزیع شده باشد. مقدار زياد تخلخل معمولا به علت روش نامناسب جوشکاری یا مواد نامناسب است. تکنیک نامناسب آماده سازی اتصال یا مواد نامناسب مورد استفاده می توانند موجب به وجود آمدن تخلخل گردند.

اگر جوش به اندازه کافی آرام سرد شود تا بیشتر گاز قبل از انجماد، از سطح خارج  شود، تخلخل کمی در جوش باقي مي ماند.

تخلخل خوشه ای

به گروهی موضعی از تخلخل ها گفته می شود كه معمولا علت آن شروع یا اتمام نامناسب قوس جوشکاری است.

ناخالصی های سرباره

مواد جامد غیرفلزی هستند که در فلز جوش يا بين فلز جوش و فلز پایه محبوس شده اند. این ناخالصی ها می توانند در بيشتر روشهای جوشکاری مشاهده شوند. بطور کلی ناخالصی های سرباره بر اثر روش نامناسب جوشکاری، طراحی نامناسب اتصالات یا تمیزکاری نامناسب جوش بین پاسها بوجود مي آيند. معمولا سرباره

سرباره داخل فلز جوش مذاب می شود.

نفوذ ناقص اتصال

در صورت عدم نفوذ فلز جوش به اتصال ايجاد مي شود. منطقه نفوذ نکرده، یک ناپیوستگی محسوب می شود که به آن نفوذ ناقص گفته می شود. نفوذ ناقص می تواند براثر حرارت ناکافی جوش، طراحی نامناسب اتصال (مثلا ضخامت زیاد و عدم توانایی نفوذ قوس جوشکاری)، یا کنترل نامناسب قوس جوش بوجود آید. جوشهایی که نیازمند نفوذ کامل هستند، معمولا توسط روشهای غیرمخرب مورد بازرسی قرار می گیرند. این موضوع به خصوص در پلها، خطوط لوله، محفظه های تحت فشار و کاربردهای هسته ای صدق می کند.

ذوب ناقص

در نتیجه روش نامناسب جوشکاری، آماده سازی نامناسب فلز پایه، یا طراحی نامناسب اتصال به وجود مي آيد. دلایل بوجود آورنده ذوب ناقص عبارتند از حرارت ناکافی جوشکاری یا عدم دسترسی کافی به تمام وجوه همجوشی، یا هر دو.

همچنین اکسیدهای به شدت چسبنده نيز جلوی ذوب کامل را می گیرند.

سوختگی لبه جوش(Undercut)

معمولا به علت روش نامناسب جوشکاری یا  جریان اعمالی بیش از حد یا هر دو، اين عيب بوجود می آید.

 Undercut شیاری است که در فلز پایه در مجاورت انتهاي جوش یا ریشه جوش ایجاد شده و فلز جوش آنرا پر نمی کند. این شیار موجب تشکیل یک شکاف مکانیکی شده و ایجاد تمرکز تنش می کند.

همپوشانی(Over lap)

پیش آمدگی فلز جوش تا جلوتر از انتهاي جوش یا ریشه است.

 علت این امر می تواند کنترل ناکافی فرایند جوشکاری، انتخاب نامناسب مواد جوشکاری، یا آماده سازی نامناسب فلز پایه باشد. معمولاً با وجود اکسیدهای بسیار چسبنده روی فلز پایه که مانع از ذوب فلز گردند، نيز همپوشانی رخ می دهد.

همپوشانی یک ناپیوستگی سطحی است که یک شکاف مکانیکی ایجاد می کند و تقریبا همیشه مردود تلقی می شود

ناخالصی های تنگستن

ذرات تنگستن محبوس در فلز جوش هستند که مختص روش جوشکاری قوسی تنگستنی است.

پیچیدگی یا اعوجاج (Distortion)

مقدمه

پیچیدگی و تغییر ابعاد یکی از مشکلاتی است که در اثر اشتباه طراحی و تکنیک عملیات جوشکاری ناشی می‌شود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوریک تنها به این مورد اشاره می‌کنیم که حین عملیات جوشکاری به دلیل عدم فرصت کافی برای توزیع یکنواخت بار حرارتی داده شده به موضع جوش و سرد شدن سریع محل جوش انقباضی که می‌بایست در تمام قطعه پخش می‌شد به ناچار در همان محدوده خلاصه می‌شود و این انقباض اگر در محلی باشد که از نظر هندسی قطعه زاویه‌دار باشد منجر به اعوجاج زاویه‌ای (Angular distortion) می‌شود. 

در نظر بگیرید تغییر زاویه‌ای هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طویل چه ایراد اساسی در قطعه نهایی ایجاد می‌کند. حال اگر خط جوش در راستای طولی و یا عرضی قطعه باشد اعوجاج طولی و عرضی(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage) نمایان می‌شود. اعوجاج طولی و عرضی همان کاهش طول قطعه نهایی قطعه می‌باشد. این موارد هم بسیار حساس و مهم هستند. نوع دیگری از اعوجاج تاول زدن یا طبله کردن و یا قپه (Bowing) می‌باشد.

روشهای مقابله با اعوجاج

·         اندازه ابعاد را کمی بزرگتر انتخاب کرده است، بگذاریم هر چقدر که می‌خواهد در ضمن عملیات تغییر ابعاد و پیچیدگی در آن ایجاد شود. پس از خاتمه جوشکاری عملیات خاص نظیر ماشین کاری ، حرارت دادن موضعی و یا پرسکاری برای برطرف کردن تاب برداشتن و تصحیح ابعاد انجام می‌گیرد.

·         حین طراحی و ساخت قطعه با تدابیر خاصی اعوجاج را خنثی کنیم.

·         از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر برای بدست آوردن استحکام مورد نیاز استفاده شود.

·         تشدید حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در اینصورت نفوذ بهتری داریم و نیازی به جوش اضافه نیست.

·         ازدیاد سرعت جوشکاری که باعث کمتر حرارت دیدن قطعه می‌شود.

·         در صورت امکان بالا بردن ضخامت چراکه در قطعات با ضخامت کم ، اعوجاج بیشتر نمود دارد.

·         تا حد امکان انجام جوش در دو طرف کار حول محور خنثی

·         طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحیح طراحی شده باشد می‌تواند بصورت فرضی مصالح جوش را در اطراف محور خنثی پخش کند و تا حد زیادی از میزان اعوجاج بکاهد.

·         بکار بردن گیره و بست و نگهدارنده باری مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته در قطعه

عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج

·         حرارت داده شده موضعی ، طبیعت و شدت منبع حرارتی و روشی که این حرارت بکار رفته و همچنین نحوه سرد شدن

·         درجه آزادی یا ممانعت بکار رفته برای جلوگیری از تغییرات انبساطی و انقباظی. این ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و یا از طریق مکانیکی (گیره یا بست یا نگهدارنده و خالجوش) اعمال شود.

·         تنشهای پسماند قبلی در قطعات و اجزا مورد جوش گاهی اوقات موجب تشدید تنشهای ناشی از جوشکاری شده و در مواردی مقداری از این تنشها را خنثی می‌کند.

·         خواص فلز قطعه کار واضح است که در شرایط مساوی طرح اتصال (هندسه جوش) و جوشکاری مواردی مانند میزان حرارت جذب شده در منطقه جوش و چگونگی نرخ انتقال حرارت و ضریب انبساط حرارتی و قابلیت تغییر فرم پذیری و استحکام و بعضی خواص دیگر فلز مورد جوش تاثیر قابل توجهی در میزان تاب برداشتن دارد. مثلا در قطعات فولاد آستنیتی زنگ نزن مشکل پیچیدگی به مراتب بیشتر از فولاد کم کربن معمولی می‌باشد

• < قبلی
• بعدی >