انواع تست غیرمخرب جوش

مقدمه

بازرسی و کنترل کیفیت جوش، الزاماتی جدانشدنی از فرایندهای جوشکاری محسوب می‌شوند. اجرای صحیح این عملیات باعث اطمینان از کیفیت ساخت و دوام سازه‌های جوشکاری شده تحت شرایط سرویس می‌شوند. اما مشکل بزرگ در اینجاست که در اغلب موارد، عیوب ایجاد شده در سطح و یا درون قطعات و نواحی اتصال به‌سادگی قابل‌شناسایی نیستند. در این‌گونه موارد، شاید انجام تست‌های غیرمخرب دردسترس‌ترین و مطمئن‌ترین گزینه‌ای باشد که بتوان روی آن حساب باز کرد. به همین جهت در این مقاله سعی داریم تا با برخی از مهم‌ترین تست‌های غیرمخرب جوشکاری صنعتی و موارد استفاده از آن‌ها آشنا شویم.

تست‌های غیرمخرب جوش مجموعه‌ای از تکنیک‌ها برای تشخیص عیوب واقع در منطقه جوش، منطقه متأثر از حرارت و فلز پایه هستند. در این آزمون‌ها بدون هرگونه آسیب رسیدن به قطعه، عیوب داخلی شناسایی می‌شوند و می‌توانیم کنترل بسیار خوبی بر حفظ کیفیت اجزای جوش داشته باشیم. با به‌کارگیری صحیح بازرسی‌های‌ غیرمخرب جوش می‎توانیم تا حد زیادی از وقوع حوادث جلوگیری کرده و گام مؤثری در جهت کاهش هزینه‌ها و حصول اطمینان از سلامت قطعات برداریم. از آن جایی که نوع عیب موجود در قطعه تأثیر به سزایی در انتخاب روش بازرسی دارد، بد نیست تا پیش از معرفی تکنیک‌ها نگاهی بر انواع عیوب جوش در قطعات جوشکاری داشته باشیم.

1. عیوب جوشکاری و انواع آن‌ها

عیب جوشکاری به هرگونه ناپیوستگی در ساختار فلز جوش گفته می‌شود که از طریق آزمون‌های مخرب و غیرمخرب قابل‌تشخیص باشد. این عیوب عموماً به دلیل وجود شار حرارتی بسیار بالا و رعایت نکردن اصول صحیح در هنگام جوشکاری ایجاد می‌شوند.

به‌طورکلی تولید جوش ایدئال بدون هیچ‌گونه عیبی تقریباً غیرممکن است و معمولاً جوش‌ها دارای معایبی هستند که تا حد معینی بنا به حساسیت کاربردی موضع اتصال قابل‌چشم‌پوشی است و معمولاً بازرسین کنترل کیفیت از طریق آزمایش‌های مختلف میزان این عیب را با استانداردهای مربوطه مقایسه کرده و آنها را قبول یا رد می‌کنند.

2. 9 تست غیرمخرب مهم در جوشکاری

در این بخش به معرفی تعدادی از مهم‌ترین روش‌های بازرسی غیرمخرب می‌پردازیم که در صنعت جوشکاری و به‌ویژه در کشور ما عمومیت یافته‌اند. دقت داشته باشید که برای شناسایی دقیق عیوب قطعات و اتصالات، اغلب استفاده از یک روش کافی نبوده و باید مجموعه‌ای از روش‌ها مورداستفاده واقع شوند. در برخی از موارد، حتی روش‌های غیرمخرب به‌تنهایی پاسخگو نبوده و باید روش‌های بازرسی مخرب نیز مورداستفاده واقع شوند.

این روش‌های بازرسی عبارت‌اند از:

• بازرسی چشمی (VT)
• آزمون ذرات مغناطیسی (MT)
• بازرسی با مایع نافذ (PT)
• آزمون فراصوتی (UT)
• آزمایش جریان گردابی (ED)
• آزمون پرتونگاری یا رادیوگرافی (RT)
• آزمون انتشار اکوستیک (AET)
• التراسونیک آرایه فازی (PA)
• زمان پراش پرواز (TOFD)

1.2. بازرسی چشمی (VT)

بازرسی چشمی یکی از ساده‌ترین و ابتدایی‌ترین راه‌ها برای شناسایی بسیاری از عیوب مانند ترک‌ها، تخلخل‌ها و … در بازرسی قطعات جوشکاری شده است. با انجام این بازرسی اولیه ممکن است بسیاری از قطعات بعد از جوشکاری معیوب اعلام شوند و دیگر نیازی به انجام تست‌های پیچیده نباشد. برای این‌ که به‌خوبی بتوان عیوب سطوح جوشکاری شده را با چشم تشخیص داد، سطح باید کاملاً تمیز گردد و همچنین از یک ذره‌بین، آینه و یا بروسکوپ برای مشاهده بهتر استفاده کرد.

2.2. آزمون ذرات مغناطیسی (MT)

این آزمون روشی بسیار حساس برای تشخیص عیوب سطحی و نواقص داخلی در قطعات فرومغناطیس است. در این روش ابتدا با اعمال میدان خارجی، قطعه تحت آزمایش مغناطیسی شده و در نهایت با پاشش ذرات مغناطیسی بر روی سطح، عیوب سطحی و زیر سطحی شناسایی می‌شوند. ناپیوستگی‌هایی که در جهت عمود بر میدان مغناطیسی نمونه قرار می‌گیرند، یک میدان نشتی قوی ایجاد می‌کنند که در اثر آن، ذرات مغناطیسی در آن ناحیه تجمع می‌کنند. به این صورت می‌توان اندازه و مکان عیب را در قطعه مشخص نمود.

1.2.2. نقاط قوت

• قابلیت شناسایی ترک‌های بسیار ریز وجود دارد.
• تشخیص عیوب زیرسطحی امکان‌پذیر است
• حساسیت بالایی دارد.
• در هنگام تولید و پس از تولید قطعه قابل‌استفاده است.

2.2.2. نقاط ضعف

• فقط برای مواد فرومغناطیس قابل‌استفاده است.
• ترک باید عمود بر میدان باشد تا شناسایی شود.
• جهت اطمینان، آزمایش باید چندمرتبه تکرار شود.
• برای شناسایی ترک‌های عمقی، نیاز به میدان‌های قوی‌تری است.
• برای قطعات بزرگ به میدان‌های بسیار قوی نیاز است.
• برای قطعات با پوشش‌ غیرمغناطیسی مناسب نیست.

3.2. بازرسی به روش مایعات نافذ (PT)

این روش یکی از مهم‌ترین روش‌های صنعتی برای کنترل کیفیت قطعات جوشکاری شده در ابعاد گوناگون است. درصورتی‌که عیب موردنظر ترک سطحی باشد، به‌سادگی می‌تواند توسط این روش شناسایی شود. در این روش از یک مایع نافذ که به دلیل نیروی مویینگی به درون ناپیوستگی نفوذ می‌کند، استفاده می‌شود. مایع نفوذ کرده بسته به این که رنگی یا فلورسنت باشد، در ترکیب با یک ماده آشکارساز بر روی سطح پاشش می‌شود و در نهایت با تاباندن نور معمولی یا فرابنفش به سطح نمونه قابل‌مشاهده خواهد بود. مواد آشکارساز در این آزمون می‌توانند به‌صورت خشک، محلول و یا سوسپانسیون باشند.

1.3.2. نقاط قوت

• عیوب سطحی قابل‌شناسایی هستند.
• قابلیت استفاده برای قطعات با جنس مختلف وجود دارد.
• ساده و ارزان است.
• شکل و اندازه عیوب قابل‌تشخیص هستند.
• قابلیت استفاده برای قطعات بزرگ وجود دارد.
• در حین تولید قطعه قابلیت اجرا وجود دارد.

2.3.2. نقاط ضعف

• عیوب زیر سطح شناسایی نمی‌شوند.
• معمولاً مواد مصرفی سمی هستند.
• در صورت باقی‌ماندن مایع در قطعه ممکن است خوردگیایجاد شود.
• در صورت وجود ناخالصی در سطح قطعه، در شناسایی عیب خطا ایجاد می‌شود.

4.2. آزمون فراصوتی (UT)

در این روش یک موج صوتی با فرکانس بالا (5-20 مگاهرتز) به درون قطعه فرستاده می‌شود. این موج در طول قطعه حرکت کرده و مقدار انرژی آن در هنگام برخورد با ناپیوستگی تغییر می‌کند. زمانی که این موج با دیواره روبه رو در قطعه برخورد می‌کند، در نهایت با یک اختلاف زمانی بازتاب می‌شود. از روی اختلاف زمانی ثبت شده می‌توان مکان و اندازه عیوب داخلی را در قطعه مشخص کرد. این روش برای تعیین ضخامت قطعات نیز مورداستفاده قرار می گیرد.

1.4.2. نقاط قوت

• توانایی تشخیص عیوب در عمق قطعه وجود دارد.
• قابلیت شناسایی عیوب سطحی و غیر سطحی وجود دارد.
• قابلیت کنترل از راه دور و اتصال به کامپیوتر و پرینتر وجود دارد.
• آلودگی زیست‌محیطی ایجاد نمی‌شود.
• خطری برای سلامت انسان ندارد.
• در تمامی مناطق و برای تمامی قطعات قابل‌استفاده است.
• روشی بسیار مناسب برای قطعات در حین کار است.

2.4.2. نقاط ضعف

• اجرای آزمون نیاز به هزینه بالایی دارد.
• آزمون باید توسط یک اپراتور خبره انجام شود.
• در تشخیص عیوبی که بزرگ‌تر از اندازه پراب باشند مشکل ایجاد می‌شود.
• زبری‌ها و روکش‌های سطحی در نتایج مشکل ایجاد می‌کنند.
• عیوبی قابل‌شناسایی هستند که عمود بر موج ارسال شده باشند.

5.2. آزمون جریان گردابی  (ET)

آزمون جریان گردابی یکی دیگر از تست‌های غیرمخرب جوشکاری است که از القای جریان الکتریکی برای شناسایی عیوب سطحی و زیر سطحی در ناحیه جوشکاری شده استفاده می‌کند. در این روش، با نزدیک‌کردن سیم‌پیچ به ناحیه اتصال، جریان‌های ثانویه‌ای تحت عنوان جریان‌های گردابی در نمونه القا می‌شوند. در اثر وجود این جریان‌های ثانویه، میدان مغناطیسی جدیدی بر خلاف جهت میدان مغناطیسی اولیه اطراف سیم‌پیچ به وجود می‌آید. درصورتی‌که عیبی در ناحیه سطحی و زیر سطحی قطعه شناسایی نشود، توزیع جریان گردابی در تمامی سطح یکسان خواهد بود. اما درصورتی‌که در سطح ناپیوستگی مشاهده شود، الگوی توزیع جریان گردابی در اطراف آن تغییر می‌کند. با تحلیل میزان تقابل میزان تقابل میدان‌های مغناطیسی و تغییرات مقاومت ظاهری سیم‌پیچ، مشخصات عیوب موجود در ناحیه جوش شناسایی می‌شوند.

1.5.2. نقاط قوت

• عیوب سطحی و زیر سطحی به‌سهولت شناسایی می‌شوند.
• ناحیه مورد بررسی نیاز به آماده‌سازی خاصی ندارد.

2.5.2. نقاط ضعف

• این روش فقط برای قطعات رسانا قابل‌استفاده است.
• نقص‌هایی که موازی با سیم‌های سیم‌لوله باشند، شناسایی نمی‌شوند.
• برای تحلیل نتایج به مهارت و تخصص زیادی نیاز است.
• زبری‌ها و روکش‌های سطحی در نتایج اختلال ایجاد می‌کنند.
• عمق شناسایی ناپیوستگی‌ها محدود است.

6.2. آزمون پرتونگاری (RT)

اساس شناسایی عیوب جوش در تست رادیوگرافی، استفاده از پرتوهای ایکس و گاما است. این پرتوها انرژی زیادی دارند و می‌توانند تا عمق زیادی در قطعه نفوذ کنند. به همین دلیل این روش، گزینه‌ای مناسب برای شناسایی عیوب داخلی در ناحیه جوش محسوب می‌شود.

اصول کار به این صورت است که در اثر برخورد پرتو با سطح نمونه، بخشی از آن جذب نمونه شده و بخشی دیگر از نمونه عبور می‌کند. آن بخش از پرتو که از نمونه عبور می‌کند، به فیلمی که در پشت نمونه قرار داده شده می‌رسد و در نهایت ایجاد تصویر می‌کند؛ بنابراین، درصورتی‌که عیبی درون ناحیه جوش وجود داشته باشد، خود را نمایان می‌کند. مناطقی که پرتوی بیشتری از آن‌ها عبور می‌کند، در تصویر سیاه‌تر دیده می‌شوند و مناطقی که جذب پرتوی بیشتری داشته باشند، تصویر روشن‌تری ایجاد می‌کنند.

1.6.2. نقاط قوت

• امکان تشخیص اندازه و مکان عیوب وجود دارد.
• قطعه نیاز به تمیزکاری اولیه ندارد.
• عیوب داخلی با هر اندازه‌ای قابل‌شناسایی هستند.

2.6.2. نقاط ضعف

• هزینه اجرای آزمایش بسیار بالا است.
• امواج ساطع شده تأثیر مخربی بر سلامت دارند.
• جهت اجرای آزمون به تخصص و مهارت زیادی نیاز است.
• اجرای تست به مدت‌زمان زیادی نیاز دارد.
• احتمال آسیب فیلم در هنگام برخورد پرتو وجود دارد

7.2. آزمون انتشار اکوستیک (AE)

در میان تست‌های غیرمخرب جوشکاری، شاید شنیدن تست انتشار آکوستیک کمی برایتان تازگی داشته باشد! اما توسط این روش می‌توان کوچک‌ترین عیوب ماده به‌اندازه یک حفره سوزنی را نیز تشخیص داد!

در تست انتشار امواج صوتی، سنسورهایی بر روی قطعه تعبیه می‌شوند و به قطعه یک محرک خارجی مثل نیرو، ضربه یا حرارت خارجی به‌صورت ناگهانی اعمال می‌شود. اعمال این محرک خارجی، سبب گسیل‌شدن امواجی از این قطعه می‌شود که این امواج، تنش‌هایی را در محل ناپیوستگی ایجاد می‌کنند.

همان‌طور که می‌دانید، هر تنشی یک کرنش را به دنبال خود ایجاد می‌کند که بسته به میزان تنش می‌تواند به‌صورت الاستیک یا پلاستیک باشد. ایجاد این کرنش سبب بازتاب موجی با فرکانس بالا می‌شود که در بازگشت به سطح قطعه ثبت شده و نوع و مکان دقیق عیب شناسایی می‌شود.

عموماً تست امواج آکوستیک برای سازه‌های تحت سرویس استفاده می‌شوند. چرا که عموماً این سازه‌ها تحت تنش قرار دارند و می‌توانند امواج بزرگ‌تری را منتشر کنند که در نتیجه امکان اندازه‌گیری و ثبت آن‌ها راحت‌تر است.

8.2. التراسونیک آرایه فازی (PA)

این روش یک تکنیک پیشرفته شدهٔ تست فراصوتی است. در این روش قابلیت هدایت‌کردن، اسکن‌کردن و متمرکزکردن امواج به‌صورت الکترونیکی وجود دارد. توانایی هدایت موج صوتی این امکان را به ما می‌دهد که پرتو را در جهت عمود بر عیب بر سازه و یا محل جوش داده شده برخورد دهیم؛ بنابراین محدودیت‌هایی که در روش UT به وجود آمده بودند، حذف شده و تقریباً تمامی عیوب قابل‌شناسایی هستند.

1.8.2. نقاط قوت

• روشی بسیار سریع و مؤثر در شناسایی عیوب داخلی است.
• تفسیر نتایج آزمایش ساده است.
  به دلیل ارسال امواج از جهات
• مختلف، اغلب عیوب شناسایی می‌شوند.

2.8.2. نقاط ضعف

• هزینه انجام آزمایش بسیار بالا است.
• زبری و پوشش‌های سطحی در نتایج ایجاد خطا می‌کنند.

9.2. زمان پراش پرواز (TOFD)

شاید در نگاه اول این تست کمی ناآشنا به نظر برسد. اما این روش، یکی از آزمون‌های دقیق و حساس برای اندازه‌گیری مکان و اندازه عیوب داخلی جوش محسوب می‌شود. در این روش، سنسورهایی در دو طرف منطقه جوشکاری شده قرار داده می‌شوند که یک دسته از آن‌ها امواج صوتی طولی را به درون قطعه ارسال نموده و دسته‌ای دیگر، امواج پراش یافته را جذب می‌نمایند.

درصورتی‌که درون قطعه عیبی وجود نداشته باشد، این امواج با برخورد به دیواره انتهایی قطعه بازتاب پیدا کرده و به گیرنده می‌رسند. اما در صورت وجود عیب، امواج با برخورد به لبه آن پراش پیدا کرده و در زمانی متفاوت به سنسور گیرنده ارسال می‌شوند. در نهایت با اندازه‌گیری زمان پرواز یک پالس از دو سر عیب، می‌توان تصویری واضح از مکان از و اندازه عیب جوش تهیه کرد.

3. کاربرد هر کدام از تست‌های مخرب در بازرسی جوش

تا این مرحلــه با انواع تست‌های غیرمخرب پرکاربرد در صنعت آشنــا شده ایم ، اما ممکن است سؤال پیش آید که در بازرسی جوش باید از کدام تست برای تشخیص عیوب جوش استفاده کنیــم .

برای پاسخ بــه این سؤال لازم است با دامنــه کاربرد هر کدام از تست‌های غیرمخرب بیشتر آشنا بشویم و محدودیت‌های آن را مورد ارزیابی قرار بدهیــم اگر به شکل زیر دقت فرمایید مشخصاً نمایش‌داده‌شده است که هر کدام از روش‌هایی که سابقاً معرفی شد قادر به تشخیص عیوب در کدام اتصالات جوشی هستند. در این جدول حرف A بیانگر این است که روش موردنظر به‌خوبی قادر است عیب را در آن اتصال جوشی مشخص تشخیص بدهد و حرف O بیانگر این است که روش موردنظر به‌تنهایی قدرت تشخیص عیب را در آن اتصال جوشی مشخص را ندارد و باید از یک تست مکمل دیگر برای تشخیص عیب استفاده کرد.

همانطور که مشخص است برای مثال تست رادیوگرافی RT فقط قادر است عیوب جوش را در حالت اتصال لب به لب (Butt Joint) تشخیص بدهد و تست التراسونیک UT قادر است عیوب را در ۳ حالت اتصال لب به لب (Butt Joint) ، گوشه (Corner Joint) و تی شکل (T-joint) تشخیص بدهد و تست مایع نافذ PT ، تست ذرات مغناطیس MT ، تست بازرسی چشمی VT و تست نشتی LT قادر اند عیوب را در ۵ وضعیت اتصال لب به لب (Butt Joint) ، گوشه (Corner Joint) ، تی شکل (T-joint) ، اتصال لب روی هم (Lap Joint) و اتصال گوشه (Edge Joint) تشخیص بدهند .

و اما تست جریان گردابی ET فقط قادر است عیوب را در حالت اتصال لب‌به‌لب (Butt Joint) تشخیص بدهد.

4. اصطلاحات کلیدی در جوشکاری

WPS: مشخصه‌ی روش جوشکاری است که یک جهت کلی به جوشکار نشان می‌دهد. همچنین مواد استفاده شده در جوش و نحوه‌ی اتصال نقطه‌ی جوش را نیز نشان می‌دهد. WPS لیست کدهای ضروری مورد نیاز، تکنیک استفاده شده در جوشکاری و انواع پارامترهای آن را بیان می‌کند.

PQR: گزارش صلاحیت جوشکاری است. در واقع PQR یک رکورد از نتایج تست جوشکاری برای هر جوش ایجاد شده مطابق با مشخصات جوش (WPS) است.

WQTR: این کد نشان‌دهندهٔ صلاحیت جوشکار است و مشخص می‌کند که آیا جوشکار واجد شرایط برای جوش‌دادن با استفاده از یک روش جوشکاری خاص هست یا خیر.

Code : یک استاندارد در واقع کدی است که توسط یک یا چند نهاد دولتی به تصویب رسیده است و به موجب قانون و یا زمانی که آن استاندارد در یک قرارداد تجاری گنجانده شده است، قابل‌اجرا است.

5. هدف از انواع تست جوشکاری

•  با انجام آزمایش‌های جوش می‌توان حداکثر اعتماد را ارائه کرد که خواص و مشخصات مکانیکی و متالورژی جوشکاری انجام شده با الزامات کدهای استاندارد تعریف شده متناسب است.
• با انجام تست جوشکاری، هر روش جوشکاری طیف وسیعی از اطلاعات را نشان می‌دهد و مشخص می‌کند که روش مورداستفاده مورد تأیید باشد و طبق استانداردهای جوشکاری مقاومت کافی را دارا باشد.
• پس از انجام تست جوشکاری اگر مشتری از شما درخواست تأییدیهٔ جوشکاری کند، می‌توان مدارک را برای تأیید اعتبار آن ارائه داد.

برای انجام جوشکاری و داشتن اطمینان به آن باید نقاط جوش را در برابر آزمایش‌های مختلف مورد بررسی قرارداد تا اطمینان حاصل شود که روش مورداستفاده استاندارد‌های لازم برای جوشکاری را دارا باشد.

جمع‌بندی ونتیجه‌گیری

جهت آشنایی کامل با  “انواع تست غیرمخرب جوش” به جزوه “جوشکاری سازه‌های فلزی” و جهت آشنایی بیشتر با قوانین و ضوابط مربوط به این مقاله به “آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه 228) – مصوب سال 1380” در پکیج “استانداردهای صنعت ساخت” در بخش گنجینه فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.