آشنايي با مزايا و معايب هر يك از روش هاي تست غير مخرب جوشكاري مي تواند به شما كمك كند تا روش مناسب را براي جوش مورد نظر خود انتخاب كنيد.

فلسفه اين مقاله در اين است كه به كمك آن بتوانيد جوش مناسبي براي اتصال قطعات و استراكچرها داشته باشيد و از كيفيت بالاي جوش اطمينان حاصل كنيد. هر چند كيفيت جوش اصطلاحي نسبي است. و آنچه كه حرف آخر را مي زند تست واقعي جوش در يك قطعه ساخته شده است. به صورت عمومي جوشي كيفيت مناسب دارد که از نظر ظاهري شرايط لازم را داشته باشد و بتواند تنش ها و فشار هاي مورد نظر طراح را به خوبي تحمل كند به طور كلي در عمل از عهده وظيفه خود برآيد. اولين قدم براي اطمينان از كيفيت جوش اين است كه درجه مورد نياز براي كاربردش تعيين شود. و استانداردي بر پايه كاربرد مورد نظر تعيين شود.

استانداردهايي كه براي كيفيت جوش وجود دارند ممكن است از كاري به كار ديگر متفاوت باشند، اما استفاده از تكنيك مناسب براي جوشكاري مي تواند چنين اطميناني را براي ما حاصل كند. جوش ها هر استانداردي را كه رعايت كرده باشند بايد مورد بازرسي قرار گيرند، حتي اگر تنها بازرسي كه مي توان انجام داد بازرسي چشمي در هر مرحله جوش باشد. در بسياري مواقع جوشي با سطح ظاهري مناسب به عنوان جوشي با كيفيت بالا تشخيص داده مي شود. هر چند اين كيفيت ظاهري به تنهايي نمي تواند از كيفيت مناسب جوش به خصوص در عمق آن خبر دهد.

آزمايش غير مخرب يا  Nondestructive Examination كه به NDE معروف است به روش هايي از بازرسي اشاره دارد كه به كمك آنها مي توان مطابقت جوش را با استاندارد چه از نظر سطحي و چه از نظر زير سطحي مورد بررسي قرار داد. 5 روش اصلي بازرسي وجود دارند كه به كمك آنها و پس از اتمام جوشكاري مي توان كيفيت جوش را بررسي كرد: چشمي، مايعات نافذ، اولتراسونيك، ذرات مغناطيسي و راديوگرافي به كمك اشعه ايكس. به كمك پيشرفت هايي كه در الكترونيك بدست آمده است امروزه مي توان بلافاصله يا پس از مدت كوتاهي اطلاعات جامعي از تست های غیر مخرب همراه با تصاوير و نمودار هاي مورد نياز بدست آورد، نتايج را با يكديگر و با معيار هاي موجود مقايسه كرد و به جواب هاي دقيق تري دست پيدا كرد. مطالعه و بررسي هر روش مي تواند به ما كمك كند تا كدام آزمايش يا آزمايش ها براي كار مورد نظر ما مناسب تر است که در ادامه به این مهم می پردازیم.

بازرسي چشمي يا ظاهري

اين روش كه به  VT  ( مخفف Visual Inspection )معروف است بسيار كم هزينه است و بايد در همه مراحل و قبل و بعد از جوشكاري انجام گيرد. در بسياري از استاندارد ها اين روش را قبل از هر روشي توصيه كرده اند، چون هيچ روشي موثر تر از بازرسي با تجربه كه شكل ظاهري جوش و محل جوش را قبل و بعد از جوش مي بيند نيست. طبق استاندارد ANSI/AWS D1.1 جوشكاري سازه هاي استيل علاوه بر آزمايشات غير مخربي كه انجام مي شود بايد از حيث بازديد چشمي هم مورد قبول باشد. بازديد چشمي به لوازم بسيار كمي نياز دارد ولي شخصي كه اين بازيد را انجام مي دهد بايد از نظر بينايي در وضعيت مناسبي باشد و همچنين بايد نور كافي هنگام بازديد وجود داشته باشد. همه چيزي كه نياز داريد شامل يك خط كش جيبي، يك گيج یا فیلر اندازه گيري جوش، يك ذره بين و در صورت امكان يك گونيا و شمش هاي لازم براي اندازه گيري زوايا، تراز و الاين كردن مي شود.

قبل از اينكه اولين خال جوش زده شود بايد متريال مورد استفاده بررسي شوند تا از نظر نوع، اندازه، تميز بودن و نبود نقص  با مشخصات مورد نطر مطابقت داشته باشند. گريس، رنگ، روغن، لايه اكسيد شده بايد كاملاً برداشته و تميز شود. سطوحي كه قرار است به يكديگر جوش بخورند از نطر صافي سطوح بايد مورد بررسي قرار گيرند. همچنين فرايند جوشكاري و نحوه انجام آن و تجهيزات و لوازم كار بايد مورد نظارت قرار گيرد كه از آن جمله مي توان به سايز و نوع الكترود، تنظمات صحيح تجهيزات جوشكاري و پيش بيني هاي لازم مانند پيش گرم يا پس گرم كردن اشاره كرد. همه اين كار ها گذشته از اين كه چه نوع آزمايش غير مخربي مورد استفاده قرار مي گيرد بايد انجام گيرد.

در هنگام آماده كردن فلز قبل از جوشكاري هم بايد به محل جوش و عمق گودال جوش توجه شود تا در صورتيكه مشكلاتي مانند ترك، عمق كم يا حباب يا حفره در فلز وجود داشت مشكل رفع گردد. و همچنين در هنگام جوشكاري عيوب جوش مي تواند تشخيص داده شود كه از آن جمله مي توان به وجود ترك، وجود تفاله جوش، منافذ زياد يا حفره در جوش اشاره كرد.

در جوشكاري هاي ساده يك بازديد قبل از جوشكاري و بازديد هاي دوره اي در هنگام جوشكاري ممكن است كافي باشد. اما وقتي كه بيش از يك لايه جوش قرار است در گودال جوش قرار گيرد بعد از انجام هر لايه جوشكاري بايد بازديد چشمي صورت گيرد و سپس لايه بعد انجام شود. اين گونه جوش ها بيشتر در معرض شكستن قرار دارند و چون خيلي زود حالت سخت پيدا مي كند ممكن است حباب هاي گاز در داخل آن گير بيفتد و حفره ها و حباب هاي كوچكي در داخل آن ايجاد كند كه از استحكام آن مي كاهد. در جوش هاي چند عبوري يا چند لايه كه در ايران به چند پاس (بر گرفته از pass در انگلیسی) هم معروف است احتمال شكستگي جوش بسيار بالاست. و مي توان اين مشكلات را به حداقل رساند اگر بازرسي چشمي به صورت مرحله به مرحله انجام گيرد و عيوب قبل جوشكاري لايه بعدي رفع گردد.

همچنين بازرسي چشمي در مراحل اوليه مي تواند از مشكلاتي كه در اثر جوش ضعيف و كم يا جوشكاري بيش از مقدار مجاز جلوگيري كند. جوش كوچكتر از مقدار تعيين شده در استاندارد تحمل لازم را ندارد. و جوش بيش از اندازه علاوه بر اينكه سبب افرايش هزينه ها مي شود مي تواند به پيچش فلز و خستگي آن بينجامد كه از استقامت سازه مي كاهد.

بعد از جوشكاري بازرسي چشمي مي تواند يك سري عيوب سطحي مانند ترك ها، تخلخل و قسمت هاي پر نشده را مشخص نمايد. همچنين مي توان اندازه گيري هايي براي پيچش، اندازه جوش، برآمدگي هاي سطحي، و ديگر مشخصات انجام شود.

قبل از بررسي عيوب سطحي بايد تفاله ها جوش برداشته و تميز شوند. قبل از انجام آزمايشات نبايد شاتبلاست انجام شود چون ممكن است اين ترك هاي ريز پوشانده شود و قابل ديدن نباشد.

بازرسي چشمي فقط مي تواند عيوب ظاهري و سطحي را تشخيص دهد. استاندارد ها و دستورالعمل هاي كاري گاه بر لزوم بررسي عمق جوش هم تاكيد مي كنند كه البته لازم هم هست. براي اين منظور بايد آزمايشات غير مخرب انجام گيرد تا عيوب جوش مشخص گردد و به كمك تست هاي پيشرفته تر غير مخرب كه عمق جوش را مورد آزمايش قرار مي دهد مي توان درباره توانايي هاي جوش نظر دقيق تري داد.

بازديد يا تست غير مخرب جوش راديوگرافي

راديوگرافي به كمك اشعه ايكس يكي از مهمترين، فراگيرترين و مورد قبول ترين روش انجام تست غير مخرب است. به كمك اشعه ايكس سلامت جوش را در عمق مورد بررسي قرار مي دهند.

راديوگرافي به كمك اشعه ايكس يا گاما كه قابليت نفوذ در فلزات را دارد انجام مي شود. همه فلزات مقدار مشخصي از اشعه را مي توانند جذب كنند، بنابراين تشخيص ناپيوستگي يا حفره ها در تصويري كه حاصل مي شود امكان پذير خواهد بود.

اشعه ايكس توسط ژنراتور هاي ولتاژ بالا توليد مي شود. همچنان كه ولتاژي كه به تيوب اشعه ايكس اعمال مي شود بيشتر مي شود طول موج اشعه ايكسي كه ساطع مي شود كوتاهتر مي شود و قدرت نفوذ بيشتري پيدا مي كند. اشعه گاما با شكافت اتمي در يك راديوستوپ توليد مي شود. ايزوتوپ هاي راديواكتيو كه بيشتر در صنايع مورد استفاده قرار مي گيرند معمولا كوبالت 60 و ايريديوم 192 هستند. اشعه گامايي كه از اين ايزوتوپ ها ساطع مي شود مشابه اشعه ايكس است با اين تفاوت كه معمولاً طول موج كوتاهتري دارد.

اشعه ايكس يا گاما بر قسمتي از جوش تابانده مي شود، فلزات مختلف بسته به چگالي، ضخامت و عدد اتمي طول موج هاي مختلفي را جذب مي كنند. و به اين ترتيب شدت نفوذ اشعه ايكس يا گاما در قسمت هاي مختلف و نقاط جوش با توجه به عواملي كه در بالا گفته شد متفاوت است و در تصوير اين قسمت ها پررنگ و كم رنگ ديده مي شوند. و كيفيت و وضوح اين تصاوير در تفسير كيفيت جوش موثر است. براي اينكه از كيفيت مناسب عكس راديوگرافي اطمينان حاصل كنيد گيج يا شاخص با نام IQI استفاده مي شود. IQI در حقيقت يك قطعه فلزي مستطيل شكل است كه اشعه ايكس هم بر آن تابيده مي شود اين قطعه داراي حفره هايي با عمق و سايز مختلف است و به اين ترتيب ميزان نفوذ اشعه را در فلز به كمك آن مي توان اندازه گرفت وضوح دستگاه راديوگرافي بايد آنقدر بالا باشد كه كوچكترين حفره به سادگي ديده شود.

تفسير عكسي كه از راديوگرافي بدست آمده است هميشه كار ساده اي نيست وجود مشكلاتي در فيلم راديوگرافي، خطوط اضافي، مات شدگي ها و نقاطي كه در اثر خطاي دستگاه ايجاد مي شوند كار تشخيص عيب در جوش را سخت مي كند. زاويه تابش اشعه گاما به سطح جوش در تصوير نهايي موثر است بنابراين تحليل جوش هايي كه بر روي درز ميان دو فلز قرار مي گيرند مشكل مي شود  و چون عكس راديوگرافي همه مشكلاتي را كه در لايه هاي مختلف وجود دارد در يك صفحه نشان مي دهد ممكن است مشكلات بزرگتر از آنچه كه هستند به نظر برسند.

امروزه به كمك پيشرفت هايي كه در علم كامپيوتر و الكترونيك بدست آمده است به جاي عكس راديوگرافي از ويديو هايي استفاده مي شود كه بسياري مشكلات عكس را ندارند و تفسير آن براي پيدا كردن عيوب ساده تر شده است و همچنين مي توان در محل و بلافاصله پس از انجام راديوگرافي مشكلات و عيوب جوش را پيدا كرد به اين ترتيب در هزينه ها صرفه جويي مي شود. با ديجيتال شدن عكس ها و فيلم ها و لود كردن آنها در كامپيوتر مي توان عكس ها را به گونه تحليل كرد كه قبلاً امكان پذير نبوده است. مي توان عكس ها مختلف از زواياي مختلف داشت مي توان وضوح و كيفيت آن را تغيير داد و ترك هاي ريز را در آن تشخيص داد همچنين مي توان به آن طيف رنگ اعمال كرد. همچنين آرشيو كردن اين فايل ها براي استفاده در آينده بسيار ساده تر است. امروزه در جوشكاري لوله ها در صنعت به خوبي از اين روش استفاده مي شود و راديوگرافي كمك بزرگي به صنعت نموده است.

اما راديوگرافي براي انسان و موجودات زنده مضر است به خصوص اگر بيش از حد مجاز به بدن تابيده شود. بنابراين بايد اصول ايمني و دستورالعمل دستگاه مورد توجه قرار گيرد و فقط افرادي كه آموزش لازم در اين زمينه را ديده اند و از خطرات آن به خوبي آگاه هستند بايد عمل راديوگرافي را انجام دهند و نبايد اجازه كار به افراد غير مجاز داده شود. همچنين راديوگرافي بايد در ساعاتي كه كمترين افراد ممكن در محل هستند انجام شود و به همه افرادي كه در آن محل هستند اطلاع داده شود كه از تردد در اين محل ها خودداري كنند.

بازرسي به روش ذرات مغناطيسي

در اين روش به كمك قطع ميدان در يك ماده مغناطيسي مي توان به مشكلات و عبوب موجود در جوش پي برد. اين روش براي تشخيص عيوب سطحي در جوش به خصوص گسستگي هايي كه بسيار ريز هستند و قابل ديدن نيستند يا آنها كه در لايه زير سطحي هستند عالي است.

اين روش براي بررسي لبه هاي صفحه هاي تخت فلزي قبل از جوشكاري، در جوش هاي چند لايه عبوري و تست هاي پس از جوشكاري كاربرد دارد.

اين روش براي تشخيص گداخت ناقص، نفوذ ناكافي جوش،  نواقص يك سطح تعمير شده و ترك هاي سطحي و زير سطحي بزرگ و كوچك در جوش و فلزي كه جوشكاري بر روي آن انجام مي شود  مناسب است. هر چند اين روش نمي تواند جايگزين روش هاي زير سطحي مانند راديوگرافي و اولتراسونيك شود اما به كمك آنها بهتر مي توان گسستگي ها و ترك ها ريز را تشخيص داد.

در اين روش الكترود ها يا پروب هاي دستگاه بر روي قطعه به گونه اي قرار مي گيرند كه جوش بين آنها قرار گيرد و جريان زيادي اعمال مي شود تا ميدان مغناطيسي از محل جوش بگذرد اگر گسستگي يا تركي در جوش يا خود فلز باشد نشتي شار در اطراف آن بيشتر مي شود و گره هاي مغناطيسي در اين نواحي تشكيل مي شود يك پودر مغناطيسي روي سطح فلز پاشيده مي شود و در نقاطي كه نشتي شار داشته باشيم تجمع ذرات بيشتر مي شود و محل ترك يا گسستگي را مشخص مي كند. در اين نواحي خطوط ميدان انحنا پيدا مي كنند و دوباره به هم مي رسند و ذرات كه در جهت خطوط ميدان قرار مي گيرند اين مسير را نمايان مي كنند به اين ترتيب مي توان محل ترك يا گسستگي را تشخيص داد.

اين روش از راديوگرافي بسيار ساده تر است اما اين روش به فلزات فرومغناطيسي مانند آهن كه شار مغناطيسي را از خود عبور مي دهند محدود مي شود و به عنوان مثال براي بيشتر انواع فولاد ها قابل استفاده نمي باشد. و اگر با جوش دو قطعه با جنس مختلف را به يكديگر اتصال دهيد تست ذرات مغناطيسي ممكن است نتیجه درستی نشان ندهد و محل اتصال را به صورت گسستگي نشان دهد. همچنين در اين روش حساسيت به سايز قطعه بستگي دارد و ترك هايي كه حالت گرد تري دارند و حباب هاي جوش به راحتی قابل تشخيص نیستند. اين روش براي تشخيص ترك هاي بلند و سطحي و زير سطحي مناسب است. همچنين اين روش براي ترك هاي مويي و بسيار ريز مناسب نيست.

نفوذ مايعات يا تست غير مخرب PT

ترك هاي سطحي و سوراخ هاي ريز كه با چشم غير مسلح قابل ديدن نيستند مي توانند به روش PT تشخيص داده شوند. اين روش براي فلزات غير مغناطيسي و انواعي از فولاد غير مغناطيسي هستند كه روش ذرات مغناطيسي كارايي ندارد مورد استفاده قرار مي گيرد.

معمولاً اين روش را نوعي بازديد چشمي پيشرفته مي دانند و طبق استاندارد ها همه دستور العمل هايي كه در بازديد چشمي تاكيد شده است بايد در اين روش هم رعايت شود.

در اين روش به كمك مايعي نافذ كه قابليت ديد بالايي دارد ترك هاي سطحي ريز را نمايان مي كنند. دو نوع مايع وجود دارد: رنگ مرئي كننده و فلوروسنت. در نوع فلوروسنت يك مايع با قابليت تشعشعي و نفوذ بالا به سطح قطعه آغشته مي شود آنگاه صبر مي كنند تا بر اثر پديده مويينگي مايع به داخل رخنه ها و ترك ها نفوذ كند سپس بقيه را پاك مي كنند سپس با ماده ديگر به نام Developer سطح كار را آغشته مي كنند تا نفوذ كند و نتيجه را با نور ماوراء بنفش مشاهده مي كنند. و ماده فلوروسنت در برابر اين نور قابل مشاهده است و در صورتيكه ترك هاي ريزي وجود داشته باشد به اين روش به راحتي قابل مشاهده خواهد بود.

در روش ديگر كه از رنگ مرئي كننده استفاده مي كنند نحوه كار مشابه است با اين تفاوت كه مي توان آنرا با نور معمولي ديد و معمولاً از Developer سفيد استفاده مي شود.

محلي كه به اين روش مورد بازرسي قرار مي گيرد بايد به خوبي تميز و خشك شود چون ذرات خارجي به راحتي ترك هاي ريز را مي پوشانند. از اين روش براي تشخيص نشتي به وفور استفاده مي شود.

بازرسي و آزمايش جوش به روش اولتراسونيك يا UT

در اين روش موج صوتي فراكانس بالا را از قطعه و محل جوش عبور مي دهند و هنگامي كه اين موج صوتي به گسستگي يا حفره اي برخورد كند بازگشت مي كند. و اين انعكاس ها در گيرنده دستگاه ضبط مي شوند تقويت شده و به صورت تصويري در مانيتور دستگاه نمايش داده مي شوند.

در اين روش هم ترك ها سطحي و هم زير سطحي قابل تشخيص است حتي اگر بسيار كوچك باشند.

فركانس صوت حاصل توسط يك كريستال كوارتز توليد مي شود كه متغيير است و معمولا بين 60 تا 1000 بار در ثانيه مي تواند نوسان كند.

اين روش براي شناسايي منافذ زياد مناسب نيست و بدترين روش براي تشخيص اين مشكلات در بين روش هاي غير مخرب از اين نظر است چون حفره هاي گرد را به صورت تعدادي نقاط تشخيص مي دهد كه در نمايش نتيجه نهايي فقط گيج كننده هستند و معمولاً در صفحه مانيتور اطلاعات مناسبي در اين باره دريافت نمي كنيد. اما اين روش براي تشخيص گسستگي هاي تخت و ورقه ورقه شدن بسيار عالي است.

اين دستگاه ها به افرادي نياز دارد كه علاوه بر اينكه دانش لازم را داشته باشند و براي كار با دستگاه مزبور آموزش ديده باشند بايد مهارت بالايي هم در اين زمينه داشته باشند تا در تحليل نهايي به درستی قضاوت کنند.

انتخاب روش تست غير مخرب مناسب

يك تست غير مخرب صحيح آن است كه با توجه به خصوصيات ذاتي پروسه انتخاب شود. به عنوان مثال هر دوي روش هاي راديوگرافي و اولتراسونيك داراي قابليت هاي خاص خود هستند كه استفاده از آنها با توجه به كاربري و شرايط قطعه بايد تعيين شود. و هر كدام را بايد با توجه به ضعف ها و قوت هايي كه دارند مورد انتخاب كرد. به عنوان مثال اگر مشكل ورقه شدن را مي خواهيد بررسي كنيد اولتراسونيك از راديوگرافي بسيار بهتر است و بايد از اين روش استفاده كنيد. و زمانيكه مي خواهيد حفره هاي ريز را تشخيص دهيد اولتراسونيك انتخاب بدي است در حالي كه راديوگرافي به خوبي اين نقص را براي شما نمايان مي كند.

ترجمه و تحقيق: علي يزدي مقدم

مطالب مرتبط:

• کاربرد سوپر آلیاژها و خواص آنها
• بلبرینگ های سرامیکی
• موتورهای سرامیکی
• آشنایی با نانو لوله های کربنی و کمکی که به پیشرفت علم می کنند
• اشنایی با فیبر کربن و کاربرد های آن