آزمایش های غیرمخرب

عبارت “ارزیابی غیر مخرب” یا ‌ NDE ، برای کلیه فعالیت‌هایی که در زمینه آزمون و بازرسی غیرمخرب تجهیزات و نمونه‌های گوناگون اجراء می‌شوند به کار می‌رود. گاهی اوقات از عبارات تست غیر مخربNDT ، بازرسی غیر مخرب NDI ‌، و آزمایش غیر مخرب ‌NDE ‌، (که عبارت صحیح‌تر آن NDEX است) نیز به جای واژه NDE استفاده می‌شود.
فعالیت‌‌هایی که در این حیطه قرار می‌گیرند شامل تست، بازرسی و آزمایش می‌باشد. شباهت تمامی این موارد در اینست که همگی با بررسی و اندازه‌گیری پارامتری از نمونه، به تعیین خواص یا امکان وجود ناپیوستگی، ناهماهنگی یا عیب در آن می‌پردازد.
در حالت کلی می‌تو‌ان عبارات ناپیوستگی، ناهماهنگی و عیب را با یکدیگر جایگزین کرد امّا در اسناد رسمی مانند راهنماها، شناسنامه‌ها و در موارد خاص، از هر یک از این واژه‌ها، تعریف معینی ارائه می‌شود.
به دلیل اینکه این واژه‌ها همگی توصیف کننده نتایج تست، بازرسی یا آزمایش هستند، می‌توان از اصطلاح NDE برای تمامی فعالیت‌هایی که تحت عنوان NDT، NDI و NDEX جهت تعیین وجود، موقعیت و اندازه یک عامل خاص (مثلاً عیب) در نمونه به کار می‌روند، استفاده کرد. نتایج حاصل از مجموعه فعالیت‌ها به بازرس، اجازه تصمیم‌گیری در مورد رد یا پذیرش نمونه مورد بررسی را می‌دهد.
در تعریف جامع‌تر، ارزیابی غیرمخرب به مجموعه آزمایشاتی اتلاق می‌شود که بر اساس خواص فیزیکی برای پی بردن به کیفیت یک نمونه، به کار می‌روند و پس از اتمام این آزمایشات، هیچگونه اثری از آنها بر روی نمونه باقی نمی‌ماند.
خواص فیزیکی شامل خواص حرارتی، خواص مغناطیسی، کشش سطحی و … می‌باشد که آزمون‌های غیرمخرب بر پایه آنها تعریف می‌شوند.
هدف از انجام بازرسی غیرمخرب، تعیین عمر باقیمانده نمونه مورد بازرسی و صحت عملکرد آن می‌باشد.
آزمایشات باید به گونه‌ای طراحی شوند که هر گونه عیب بحران‌ساز در نمونه قابل تشخیص و ردیابی باشد.

آزمون مایعات نافذ، یکی از روش‌های بازرسی غیرمخرب است که برای پیدا کردن عیوبی که به سطح راه دارند به کار می‌رود. این روش، قادر است وجود بسیاری از عیوب از قبیل ترک، تا خوردگی و مناطق دارای تخلخل سطحی را در نمونه‌های مختلف، از بزرگ و پیچیده تا کوچک و ساده مشخص کند.
آزمون مایعات نافذ، وجود و محل عیب را به طور دقیق و ماهیت و اندازه عیب را به طور نسبی مشخص می‌کند.
روند کلی این آزمون به این صورت است که یک مایع نافذ (که می‌تواند قابل رویت تحت نور معمولی (مرئی) یا قابل دیدن تحت نور فرابنفش (فلورسنت) باشد) به صورت کاملاً یکنواخت بر روی سطح مورد آزمایش، پخش شده و اجازه ورود آن به عیب داده می‌شود. پس از گذشت زمان معین، ماده اضافی از روی سطح پاک می‌شود و یک ماده آشکارساز جهت مشخص کردن مایع نافذ موجود در عیب (به صورت لکه‌های قرمز رنگ) روی سطح نمونه اعمال می‌گردد. پس از آن، سطح مورد آزمایش برای تعیین وجود یا عدم وجود عیب، بررسی می‌شود. بر این اساس، روش انجام آزمون مایعات نافذ، شامل 5 مرحله به شرح ذیل است.
(1) آماده‌سازی سطح
(2) استفاده از مایع نافذ
(3) پاک کردن مایع اضافی از روی سطح
(4) اعمال آشکارساز
(5) مشاهده و بازرسی

آزمون ذرات مغناطیسی بر پایه این اصل که خطوط میدان مغناطیسی در یک ماده فرو مغناطیس، در اثر تغییر در ساختار ماده، آشفته می‌شوند ابداع شده است. چنانچه عیب در سطح یا نزدیک به سطح ماده مغناطیس شده باشد، خطوط شار در سطح، آشفته می‌شوند. به این شرایط “نشت شار مغناطیسی” گفته می‌شود. در چنین شرایطی اگر ذرات ریز مغناطیسی روی سطح که دچار نشت شارژ شده پخش شوند، در مناطق خاص، دچار انباشتگی می‌شوند که این پدیده را می‌توان در نور مناسب، مشاهده کرد. با آنکه تکنیک‌های متنوعی برای انجام آزمون ذرات مغناطیسی وجود دارد امّا اصول همه آنها این است که ذرات مغناطیسی در محل‌های نشت شار مغناطیسی، انباشته می‌شوند.

آزمون فراصوتی بر مبنای ارسال امواج صوتی فرکانس بالا به درون نمونه و بررسی تغییرات آن در فصل مشترک‌ها، عمل می‌کند. تفاوت عمده امواج صوتی (مکانیکی) و امواج الکترومغناطیس، اینست که امواج صوتی برای انتشار، نیاز به محیط مادی دارند و سرعتشان در محیط‌های مختلف، متفاوت است در حالی‌که امواج الکترومغناطیس اینگونه نیستند.
به دلیل پیچیدگی‌های آزمون فراصوتی و دخالت متغیرهای گوناگون در نتایج حاصل از آن، در این فصل ابتدا به بیان اصول حاکم بر این آزمون پرداخته می‌شود، سپس روش‌های انجام و پارامترهای موثر بر آن، شناخته خواهند شد.

آزمون فراصوتی قابل اعتمادترین روش تشخیص عیوب داخلی در محصولات فورج، نورد یا لقمه‌های اکستروژن و تختال‌ها می‌باشد. این روش، قابلیت تشخیص عیوب نسبتاً ریز و عمیق داخل نمونه‌ها را دارد. به عنوان مقایسه، روش‌های EC و MT برای تشخیص عیوب داخلی به ویژه وقتی که عمق عیب در زیر سطح زیاد باشد، مناسب نیستند. این روش‌‌ها محدود به لایه‌های نسبتاً ظریف سطحی هستند. همچنین، پرتونگاری که تنها روش بازرسی حجمی در دسترس برای بازرسی این محصولات است، سرعت پایین‌تر و هزینه‌های بالاتری نسبت به آزمون فراصوتی، دارد. ضمن اینکه در بسیاری موارد، دقت آزمون پرتونگاری کمتر از آزمون فراصوتی، است. بازرسی فراصوتی برای تشخیص و مکانیابی تخلخل‌ها، عیوب کرمی شکل، بریدگی داخلی، لایه‌ها و آخال‌های غیر فلزی در لقمه‌ها، مقاطع، تختال‌ها و محصولات مختلف در فلزاتی مثل آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم، زیرکنیم، فولادهای کربنی، فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای دما بالا و اورانیم استفاده می‌شود. این محصولات معمولاً به روش موج مستقیم با پروب تماسی که اغلب با دست جابجا می‌شود، بررسی می‌شوند البته برخی اوقات، از بازرسی غوطه‌وری نیز برای بازرسی آنها، استفاده می‌شود.
به دلیل اینکه انجام بازرسی فراصوتی بر روی کل سطح یک نمونه، کند و زمانبر است، اغلب اوقات، بازرسی تنها بر روی سرهای برش یافته انجام می‌شود، زیرا بالاترین احتمال را برای تشکیل عیوب به ویژه عیوب کرمی شکل دارند.

اصلی‌ترین مزایا و معایب UT در مقایسه با سایر روش‌های بازرسی غیر مخرب قطعات فلزی عبارتند از :
(1) توان نفوذ بهتر که امکان تشخیص عیوب عمقی را در قطعه می‌دهد. بازرسی فراصوتی به صورت معمول برای بررسی انواع قطعات با ضخامت‌های تا حدود 6 متر و بازرسی محوری قطعاتی نظیر شفت‌های فولادی طویل یا قطعات فورجینگ روتور، قابل استفاده است.
(2) حساسیت بالا که امکان تشخیص عیوب بسیار ریز را می‌دهد
(3) صحت بالاتر نسبت به سایر روش‌های NDT در تعیین موقعیت، شکل، نحوه چینش، ماهیت و ابعاد عیوب
(4) تنها نیاز به دسترسی به یک سطح قطعه می‌باشد
(5) نحوه عملکرد روش به صورت الکترونیکی است که امکان تشخیص همزمان عیوب مختلف را می‌دهد. این مزیت باعث می‌شود که این روش قابلیت تفسیر سریع، اتوماتیک شدن و اجزاء خطوط را داشته باشد. در اغلب سیستم‌ها یک ثبت دائمی از نتایج بازرسی برای کاربرد به عنوان مرجع در بازرسی‌های آینده استفاده می‌شود.
(6) قابلیت بازرسی حجمی که امکان حجمی از فلز را بین دو سطح قرار گرفته، می‌‌دهد
(7) خطرناک نبودن برای اپراتور یا پرسنل و بی‌ضرر بودن برای تجهیزات بازرسی
(8) قابلیت جابجایی
(9) ارایه یک خروجی قابل تحلیل به صورت دیجیتالی بر روی کامپیوتر برای شناسایی عیوب و خواص ماده
معایب UT عبارتند از:
• نیاز به دقت بالا و انجام فرآیند توسط تکنسین‌های مجرب در روش دستی
• نیاز به اطلاعات فنی وسیع برای انجام بازرسی
• مشکل بودن بررسی قطعات زبر، دارای شکل نامنظم، بسیار ریز یا قطعات غیر همگن
• دشواری تشخیص ناپیوستگی‌هایی که به شکل ظریف بلافاصله در زیر سطح قرار دارند به راحتی قابل تشخیص نیستند.
• نیاز به استفاده از کوپلنت برای انتقال انرژی موج صوتی میان فرستنده‌ها و نمونه‌ها
• نیاز به استانداردهای مرجع برای کالیبراسیون تجهیزات و تحلیل عیوب

آزمون پرتونگاری: پرتوهای الکترومغناطیس با طول موج‌های کوتاه پرتوهای x و‌γ) که به درون محیط‌های مادی، تابانده می‌شوند، بسته به چگالی محیط، بخشی جذب شده و بخشی عبور، می‌کنند.
میزان جذب امواج، به چگالی و ضخامت ماده‌ای که موج از آن می‌گذرد و ویژگی‌های پرتو الکترومغناطیس عبوری بستگی دارد. تشعشعی که از ماده عبور می‌کند، می‌تواند روی فیلم یا کاغذ حساس، آشکارسازی و ثبت شود. به بیان دیگر، پرتونگاری به فرآیندی اتلاق می‌شود که در آن تصویر، به صورت دائمی روی یک محیط ثبت، ایجاد می‌شود. هنگامی که تصویر بر روی یک فیلم حساس به تابش ثبت گردد، فرآیند، پرتونگاری با فیلم خوانده می‌شود. سیستمی که در آن تصویر، از طریق یک صفحه باردار الکترواستاتیکی روی کاغذ ایجاد شود، پرتونگاری خشک نام دارد و فرآیندی که در آن یک تصویر بر روی صفحه فلورسنت، ایجاد می‌شود، فلورسکوپی نامیده می‌شود. همچنین می‌توان به جای پرتوهای ایکس و گاما، از پرتوهای نوترونی (برای مقاطع بسیار ضخیم)، استفاده نمود که این روش به پرتونگاری نوترونی موسوم می‌باشد.

پرتوهای x و‌γ پس از عبور از جسم به فیلم می‌رسند. چنانچه در جسم، عیبی با ضریب جذب متفاوت نسبت به زمینه وجود داشته باشد، میزان تشعشع عبوری از آن نقطه با سایر نقاط متفاوت خواهد بود و بنابراین پس از ظهور فیلم، منطقه مربوط به عیب، با سایر نقاط، تفاوت رنگ خواهد داشت.
فیلم ظاهر شده، تصویری دو بعدی از یک جسم سه بعدی می‌باشد که به دلایلی که در ادامه بیان می‌شوند، از نظر شکل، اندازه و تناسب وجوه، ممکن است با جسم اصلی، تفاوت داشته باشد. موقعیت مکانی عیب درون قطعه را نمی‌توان با یک بار پرتونگاری تعیین کرد، بلکه لازم است جسم، از چند زاویه مختلف مورد بررسی قرار گیرد تا موقعیت عیب نسبت به وجوه مختلف به دست آید. تصاویر گرفته شده باید توسط فرد متخصص و بر اساس استانداردهای مربوطه تفسیر شوند.