• خانه
  • |
  • نقشه سايت
  • |
  • ارتباط با ما
  • |
  • کاربران
  • |
  • کاربران
  • |
  • کاربران
چهار شنبه، ٠٧ تیر ١٣٩٦|تاريخ آخرين به روز رساني: 7 ساعت و 42 دقيقه پیش| 
   
تهران
منبع: سرویس سازمان هواشناسی

تست نشر صوتي كارآمد در تشخيص عيوب متالورژيكي

مهندس مهدي حسين مردي- مهندس معصومه رعيت‌پور
بازرسي مداوم تجهيزات امري است كه چشم‌پوشي از آن موجب خطرات مالي و جاني جبران‌ناپذيري مي‌گردد. در اين ميان بازرسي‌هاي غيرمخرب به علت عدم آسيب به قطعات هر روزه بيشتر مورد توجه قرار مي‌گيرد. در حال حاضر به علت پيشرفت و گسترش روزافزون صنايع و تكنولوژي‌هاي مختلف، روش‌هاي بسيار متنوعي براي بازرسي‌هاي غيرمخرب مطرح گرديده است. يكي از اين روشها تست نشر صوتي (Acoustic Emission) است. اين روش در دهه 1960 ميلادي به عنوان يك تست غيرمخرب براي تشخيص تركها و ناپيوستگي‌ها مطرح گرديد و به سرعت در ميان روشهاي تست غيرمخرب توسعه يافت. گسترش اين روش ناشي از تواناييها و قابليت‌هاي آن در تشخيص نشت‌ها، عيوب متالورژيكي، ارزيابي خواص مواد و توانايي مشخص كردن ويژگيهاي مواد و از طرف ديگر توانايي بكارگيري Online آن بوده است.
اولين بار پديده نشر صوتي به علت ايجاد دوقلوييهاي مكانيكي در قلع خالص مشاهده شده است. امواج AE حاصل از ايجاد دوقلوييها به وسيله گوش انسان قابل شنيدن است. اما آنچه كه در حال حاضر به عنوان تست غيرمخرب AE در اختيار ما مي‌باشد، نتايج مطالعات آقاي ژوزف كايزر آلماني است. او در رساله دكتراي خود در سال 1950 ميلادي مطالعات بسيار وسيعي بر روي تست غيرمخرب AE انجام داده است.

2- مباني روش تست نشر صوتي
اصول روش تست نشر صوتي بر پايه حركت امواج صوتي (الاستيك) در درون ماده بنا شده است. در مورد اين امواج نيز تمام روابط موج مادي برقرار مي‌باشند اين امواج مي‌توانند بر اثر پديده‌هاي مختلفي كه در طبيعت وجود دارد مانند زلزله و يا مكانيزم‌هاي درون مواد مانند ايجاد و رشد ترك، حركت نابجايي‌ها، لغزش صفحات، ايجاد دوقلويي، لغزش مرز دانه، شكست و جداشدن ناخالصي‌ها در زمينه‌هاي كامپوزيتي، اصطكاك (براي مثال در ياتاقانهاي چرخشي)، تشكيل مذاب و انجماد مواد، تغيير فازهاي جامد- جامد، هرگونه نشت و ... بوجود آيند. گسترده‌بودن منابع توليد امواج AE، سبب گستردگي كاربرد اين روش در حوزه‌هاي مختلف گرديده است.
در شكل (1) اساس و مراحل روش تست نشر صوتي نشان داده شده است. مرحله اول فرآيند، همانطور كه در شكل هم ديده مي‌شود، شامل توليد امواج از منابع AE (مانند عيوب ساختاري، تركها و ...) مي‌باشد. عامل فعال شدن منابع امواج AE در مواد، نيروي اعمالي به قطعه مي‌باشد. اين نيرو سبب ايجاد و يا رشد عيوب در مواد مي‌شود. با رشد عيوب نيروي اعمالي به صورت امواج الاستيك در ماده آزاد مي‌شود. اين امواج پس از برخورد با سنسورها، توسط اين ابزار رديابي مي‌شوند. خروجي سنسورها، سيگنالهاي الكتريكي مي‌باشند كه به وسيله كامپيوتر دستگاه اصلي مورد پردازش و آناليز قرار مي‌گيرند.
براساس تحقيقات به عمل آمده توسط كايزر در دهه 1950 ميلادي پديده عمومي نشر صوتي در مواد چنين تشريح مي‌گردد. «تست بر روي مواد مختلف (فلزات، چوبها، كاني‌هاي معدني) نشان داد كه نشر امواج صوتي از پايين‌ترين سطح تنش اعمالي آغاز مي‌شود (حتي در تنش اعمالي كمتر از MPa1). اين امواج در تمام فرآيند تا لحظه شكست قابل رديابي هستند. اما اين موضوع درباره موادي مي‌باشد كه تجربه بارگذاري قبلي نداشته باشند. اين خاصيت سبب نتايج بسيار مهم و سودمندي در انجام تست AE مي‌شود، زيرا با اندازه‌گيري نشر امواج در حين بارگذاري مي‌توان بيشترين نيرويي كه قبلاً اعمال شده است را بدست آورد. در اين حالت مقدار و مدت زمان اولين بارگذاري قبلي در تست مهم نمي‌باشد». اين پديده كه به اثر كايزر معروف است، در اكثر فلزات و آلياژها قابل مشاهده مي‌باشد، اما اين اثر در بعضي از آلياژها كه در دماي محيط به صورت محسوسي آنيل مي‌شوند، بعد از گذشت زمان، ناپديد مي‌شود.
كاربردي شدن روش تست AE و پيشرفت آن منجر به تكميل نظريه فوق گرديد. اين تحقيقات توسط آقاي فليسيتي، انجام شد. براساس اين نظريه در شرايطي كه عيوب به حد بسيار زيادي در ماده گسترش يابند (تقريباً به حد بحراني)، شروع نشر امواج AE در سطح تنشي پايين‌تري در مقايسه با آخرين سطح بارگذاري اتفاق مي‌افتد. اين موضوع نشان دهنده آسيب جدي قطعه است و به كمك اين اثر مي‌توان زمان شكست قطعه را پيش‌بيني نمود. در شكل (2) اثر كايزر و فليسيتي نشان داده شده است.
در اين نمودار نشر امواج بر حسب بار اعمالي نمايش داده شده و همانطور كه در شكل هم مشخص است با اعمال بار ميزان نشر امواج AE در ماده از A تا B پيش مي‌رود. سپس در نقطه B بار را از روي قطعه برداشته و به نقطه C مي‌رسد، از نقطه C دوباره شروع به بارگذاري كرده در اين حالت مشاهده مي‌شود تا وقتي كه سطح نيرو به نقطه B نرسيده، نشري در ماده اتفاق نمي‌افتد، اما زماني كه بار اعمالي از بار اعمال شده در نقطه B فراتر رود، دوباره پديده نشر امواج صوتي در مواد قابل مشاهده است. اين اثر، اثر كايزر مي‌باشد. با افزايش بار اعمالي پديده نشر امواج در ماده مشاهده مي‌شود تا زماني كه به نقطه D برسد. در نقطه D بار اعمالي بر روي قطعه را برداشته تا به نقطه E برسد. در بارگذاري مجدد، قبل از اينكه سطح نيرو به نقطه D برسد، در نقطه F، پديده نشر در ماده مشاهده مي‌شود. اين پديده همانطور كه قبلا هم توضيح داده شده، پديده فليسيتي است.

3- مزايا و معايب روش AE
روش تست AE با توجه به گستردگي كاربرد در مواد مختلف و انواع عيوبي كه قادر به تشخيص آنها مي‌باشد داراي مزايا و معايبي است كه آگاهي از اين موارد، سبب افزايش دقت تست و كاهش هزينه نهايي آن مي‌گردد. مزايا و معايب روش AE را مي‌توان به صورت زير بيان كرد.

3-1- مزايا
در هر بار تست مساحت زيادي را مي‌توان بازرسي نمود.
با توجه به ميزان شدت امواج AE مي‌توان تشخيص داد كه رشد ناپيوستگي در چه مرحله‌اي قرار دارد.
با استفاده از تعداد مناسب سنسور مي‌توان محل ناپيوستگي را تخمين زد.
يافتن ناپيوستگي‌ها و عيوب را در محلهاي غيرقابل دسترسي مقدور مي‌سازد.
امكان تست Online كه داراي مزاياي صنعتي و اقتصادي زيادي است.
جلوگيري از ايجاد حادثه‌هاي وحشتناك در سيستم‌هاي تحت فشار.
استفاده ساده براي ارزيابي عمر قطعات در سايتهاي صنعتي.
عدم نياز به برطرف كردن عايق كاري به غير از مناطق اتصال.
حساسيت بسيار بالا.
كاهش قيمت بازرسي با توجه به عدم نياز به بازرسي كل قطعه. كاهش برنامه‌ريزي براي انجام تست (به خاطر مزيت On line بودن).
قابليت استفاده از سيستم‌هاي هوش مصنوعي براي بالابردن راندمان.

3-2- معايب
تمام ناپيوستگي‌ها از خود، امواج قابل دريافت ساطع نمي‌كنند (براي مثال مكهاي حاصل از ريخته‌گري قطعه).
تعداد نشر امواج صوتي، به نحوه بارگذاري بر روي سيستم وابسته است.
قابليت تعيين اندازه ناپيوستگي را ندارد.
هندسه قطعه، نويز، جذب و پراكندگي امواج در برخي موارد سبب مي‌شود كه امواج به سنسورها نرسند.
براي تشخيص عيوب نياز به اعمال نيرو مي‌باشد.
استفاده از تست AE در اكثر موارد به صورت تكي كاربرد ندارد و بايد با يك روش ديگر همراه شود.
وجود نويز در محيط‌هاي مورد استفاده سبب ضعيف شدن سيگنالهاي AE مي‌شود. از بين بردن و كاهش تعداد نويز از موارد مشكل مي‌باشد كه سبب كاهش كارايي تست مي‌شود.
اين روش به علت عمر كوتاه مورد استفاده آن (حدود 40 سال) در مقايسه با روشهاي معمول ديگر هنوز مسائل حل نشده بسيار زيادي دارد. يكي از بزرگترين مشكل‌هاي اين تست مقدار اعتمادي است كه به جوابهاي آن مي‌توان داشت.

3-3- مزاياي اقتصادي روش AE
تست اجزاء و ابزار در حين سرويس، بدون آنكه به فرآيند توليد و يا كارايي قطعه آسيبي برسد.
هزينه تعطيل كردن فرآيند حذف مي‌شود. اجزاء را در زماني كه مورد نياز است و يا در سيكل‌هاي منظم مي‌توان مورد بازرسي قرار داد، بدون محدوديتي در توليد.
انجام تست به صورت Online كه از خسارت‌هاي ثانويه جلوگيري مي‌كند.
معمولاً بازرسي داخلي مورد نياز نمي‌باشد. اين موضوع سبب كاهش تميز كاريهاي داخل قطعه شده كه نتيجه مستقيم آن كاهش هزينه‌هاي جاري مي‌باشد (براي مثال بازرسي مخازن نفت از خارج آن كافي مي‌باشد).
به كمك روش تست AE مي‌توان محدوده‌اي كه عيب در آن وجود دارد را به راحتي پيدا كرد و با استفاده از تستهاي ديگر و با دقت كافي محل عيب و نوع آن را تشخيص داد. اين موضوع سبب كاهش بازرسي‌هاي دقيق بر روي كل قطعه مي‌شود و باعث كاهش قيمت تمام شده تست مي‌گردد.
روش تست AE ناپيوستگي‌هاي در حال رشد را مشخص مي‌كند. به طور معمول، ناپيوستگي‌هاي ساختاري قطعه كه اهميت ندارند را مشخص نكرده و باعث اتلاف وقت و هزينه نمي‌گردد.
مي‌توان حساسيت تست را به نحوي تنظيم كرد كه در هنگام رشد ناپيوستگي به اپراتور خبر دهد و قبل از ايجاد اتفاق جدي قطعه از سرويس خارج شود.
قطعات عايق شده را بدون حذف و يا صدمه‌ديدن كل عايق كاري مي‌توان با روش AE بازرسي كرد.
در مقايسه با تستهايي مانند راديوگرافي كه هزينه زيادي صرف چشمه‌هاي اشعه گاما و الفا و ... مي‌شود چون در اين تست منبع انرژي از درون ماده مي‌باشد، از نظر اقتصادي كم‌هزينه‌تر مي‌باشد.

4- دامنه كاربرد
به صورت كلي چون امواج AE براي انتشار نياز به يك محيط مادي دارند، محدوده به كارگيري اين تست مي‌تواند، هر محيط مادي باشد. مواد فلزي و آلياژهاي آنها، غيرفلزات مانند سراميكها، چوب، مواد كامپوزيتي را مي‌توان با اين روش مورد بررسي قرار داد. آن چه كه در مورد تست نشر صوتي حتما بايد درنظر گرفت اين است كه مكانيزم‌هاي نشر صوت در مواد با تغيير خواص و مشخصات مواد، تغيير مي‌كند، بنابراين قبل از انجام تست بايد اطلاعات كافي درمورد خواص ماده مورد نظر داشته باشيم.
دامنه كاربرد اين تست را مي‌توان از دو منظر مورد توجه قرار داد:
اول كاربرد اين تست در صنايع مختلف كه مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
كاربرد در صنايع نفت و پتروشيمي- كاربرد در صنايع هسته‌اي- كاربرد در صنايع جوشكاري- كاربرد در صنايع برق- كاربرد در صنايع هوا و فضا- كاربرد در مهندسي عمران- كاربرد در صنايع بيومتريال- كاربرد در زمين‌شناسي و ...
دوم كاربرد تست AE براي يافتن انواع عيوب يا مكانيزمهاي ايجاد عيوب است كه در اين مقاله به بررسي اين موارد خواهيم پرداخت. اين موارد به صورت مستقيم و غير مستقيم به صنايع بالا مربوط مي‌شوند.
4-1 خوردگي
خوردگي عامل بسياري از تخريبها و ازكارافتادگيهاي تجهيزات نيروگاهي مي‌باشد. تست AE پتانسيل لازم براي مانيتوركردن، تشخيص جوانه زني و رشد انواع خوردگي را دارا مي‌باشد. فرآيند بازرسي خوردگي با روش AE به كمك رابطه ميان نرخ خوردگي و شدت فعاليت امواج AE انجام مي‌شود. عمليات بازرسي خوردگي قطعات به روش AE را مي‌توان در حين سرويس قطعه انجام داد و ميزان پيشرفت و شدت رشد تركهاي ناشي از خوردگي را مشخص كرد.
خوردگي از عيوب بسيار شايع و وسيع در نيروگاههاي بخاري مي‌باشد، براي مثال خوردگي در اكثر قطعات بويلر مانند لوله‌ها، هدرها و ... به شدت مشاهده مي‌شود. در قسمتهاي مختلف توربين نيز پديده خوردگي قابل مشاهده مي‌باشد. در ادامه به بحث درباره مكانيزم‌هاي مختلف خوردگي كه توسط روش AE قابل مشاهده است مي‌پردازيم.

4-1-1- خوردگي فرسايشي
يكي از انواع خوردگي، خوردگي فرسايشي مي‌باشد. يكي از موثرترين راههاي پيشگيري اين خوردگي، ابتدا شناسايي آن است. به كمك روش AE و روشهاي الكتروشيميايي، مي‌توان خوردگي فرسايشي را شناسايي كرد و تدابير لازم را جهت جلوگيري از پيشرفت آن لحاظ نمود.

4-1-2- خوردگي سايشي
به كمك روش تست AE و قراردادن سنسورها در محل مناسب، مي‌توان ميزان خوردگي سايشي را اندازه‌گيري كرد. براي مثال با قراردادن دو سنسور AE، مي‌توان حد انرژي لازم، كه سبب شكست سطح اكسيدي غيرفعال در فولاد ضدزنگ مي‌شود را بدست آورد. با شكسته شدن اين لايه اكسيدي غيرفعال، فعاليت خوردگي سايشي آغاز شده و باعث از بين رفتن قطعه مي‌شود.
همچنين به كمك روش AE مي‌توان خوردگي سايشي را در فولادهاي كربني كه در خطوط لوله بكار برده مي‌شوند را مورد بررسي قرار داد. اين كار به كمك اتصال سنسورها در مكانهاي مشخص به لوله‌ها انجام مي‌شود.

4-1-3- خوردگي انتخابي
از ديگر مكانيزم‌هاي خوردگي كه با روش AE قابل شناسايي مي‌باشد، خوردگي انتخابي است. در اين خوردگي بدون آنكه تغيير چنداني در شكل ظاهري قطعه پيش آيد، ساختار و خواص مكانيكي قطعه از بين مي‌رود. براي مشخص كردن اين خوردگي علاوه بر تست AE بايد از روشهاي الكتروشيميايي نيز كمك گرفت تا ميزان خوردگي انتخابي قطعه و ميزان خسارت وارده مشخص گردد. مثلا مي‌توان به استفاده از روش تست AE و روش‌هاي الكتروشيميايي براي تشخيص خوردگي انتخابي در آلياژ برنج ?-a اشاره كرد. در خوردگي انتخابي اين آلياژ زدايش آلياژ از عنصر روي سبب دو نوع تنش باقي مانده در قطعه مي‌شود: اول تنشهاي ميكرو و دوم تنش‌هاي ماكرو. اين تنش‌هاي باقي مانده منابع نشر امواج AE در قطعه مي‌باشند.

4-1-4- خوردگي شياري
خوردگي شياري يكي از شايعترين مكانيزم‌هاي خوردگي بوده و در نيروگاههاي بخار نيز قابل مشاهده مي‌باشد. اين خوردگي مي‌تواند ناشي از شكافهاي طبيعي قطعه، حاصل از طراحي غلط قطعه، پوشش كاري و يا حتي استفاده از مواد روانكار مانند گريس ايجاد شود. اين مكانيزم خوردگي را نيز مي‌توان به كمك روش AE شناسايي كرد. براي مثال از اين روش براي بررسي خوردگي شياري فولاد ضدرنگ 304L مي‌توان استفاده كرد.

4-1-5- خوردگي تحت تنش
مطالعات زيادي به وسيله تكنيك AE بر روي خوردگي تنشي صورت گرفته است. براي مثال مي‌توان به بررسي خوردگي ميله‌هاي خم شده فولاد 4340 در محلول كلريد سديم اشاره كرد. در اين مكانيزم، با پيشرفت ترك بر اثر فعاليت محلول سيگنالهاي ضرباني قابل تشخيص توسط سنسورهاي AE دريافت شده‌اند. به علاوه مطالعه فرآيند خوردگي تنشي بر روي فولاد 4340 تمپر شده در يك محلول آبي، رابطه بين شدت امواج AE و شدت رشد ترك را نشان مي‌دهد. اين مورد وابستگي زيادي به فاكتور تمركز تنش دارد.
در اكثر موارد خوردگي تنشي، يك مرحله جوانه‌زني دارد. اين مرحله با نشر امواج صوتي همراه است. در مرحله بعدي نشر امواج AE به مقدار زيادي افزايش پيدا مي‌كند كه نشان دهنده شكست احتمالي قطعه است.

4-2- تردي
پديده ترد شدن فلزات از آن دسته عيوبي است كه به خاطر نداشتن اثر ظاهري چنداني در قطعه، مي‌تواند سبب آسيب‌هاي بسيار جدي گردد. عيوب حاصل از پديده تردي، از نوع عيوب ديناميكي مي‌باشند كه به وسيله روش AE قابل تشخيص هستند.

4-2-1- تردي در ناحيه متاثر از حرارت جوش
از انواع تردي قابل تشخيص توسط روش AE، تردي ناحيه HAZ مي‌باشد. براي مثال در پاسهاي متعدد جوشكاري فولادهاي HSLA كه به خاطر دو مشخصه بارز آنها يعني استحكام و چقرمگي بالا به تازگي كاربرد زيادي در صنايع پيدا كرده‌اند، اين تردي بسيار زياد قابل مشاهده است. در اين فولادها دليل ترد شدن، كاهش چقرمگي شكست به صورت موضعي مي‌باشد. با اعمال بار بر قطعه در اين مناطق، شكست اتفاق مي‌افتد كه مي‌توان با روش AE آنها را مشخص كرد.

4-2-2- تردي هيدروژني
پديده تردي هيدروژني نيز با روش AE قابل تشخيص مي‌باشد. در اين پديده در مرحله اول (يعني شروع و جوانه زني) نرخ امواج نشر يافته AE بسيار كم مي‌باشد، اما در مرحله بعدي كه مرحله شكست قطعه مي‌باشد، نرخ امواج AE به شدت افزايش پيدا مي‌كند. يكي از نمونه‌هاي كاربرد روش AE براي تشخيص تردي هيدروژني، در سرد كردن بيلت‌هاي فولادي مي‌باشد. در هنگام سردكردن اين فولادها از دماي 760 درجه سانتيگراد به كمك روش AE مي‌توان نفوذ هيدروژن در ساختار آنها را تشخيص داد. نفوذ هيدروژن در اين فولادها سبب ايجاد تردي هيدروژني مي‌گردد.

4-3- تغيير فرم
تغيير فرم مواد و ورود به ناحيه پلاستيك از آن دسته مكانيزم‌هايي مي‌باشد كه از نظر مهندسين متالورژي به هيچ عنوان عيب محسوب نمي‌شوند، بلكه براي تغيير شكل‌هاي پايدار بر روي مواد، حتما بايد وارد ناحيه پلاستيك شد. اما اين موضوع يعني ورود قطعه به ناحيه پلاستيك از نظر مهندسين مكانيك و طراح، عيب محسوب مي‌شود، زيرا قطعه با ورود به ناحيه پلاستيك خواص برگشت‌پذير خود را از دست داده و در حين سرويس ابعادش تغيير مي‌كند. به كمك روش تست AE مي‌توان قطعاتي كه در حين سرويس وارد ناحيه پلاستيك شده‌اند را شناسايي كرد و از سرويس خارج نمود. براي مثال محققين به كمك اين روش توانسته‌اند تنش تسليم فولادهاي خاصي را شناسايي كنند. (15).

4-4- تشخيص عيوب سطحي
تشخيص عيوب سطحي از دو جنبه مي‌تواند بسيار مهم باشد.
الف) با بررسي توزيع تنش در اجسام درمي‌يابيم كه، بيشترين مقدار تمركز تنش بر روي سطح قطعه قرار دارد. حال وجود عيوب بر روي سطح، به خاطر شرايط تنشي، مي‌تواند سبب از بين رفتن قطعه در هنگام سرويس گردد.
ب) عيوب سطحي محل‌هاي مناسبي براي جوانه‌زني تركهاي خستگي مي‌باشند، زيرا اكثر تركهاي خستگي از سطح آغاز مي‌گردند. تشخيص به موقع اين عيوب در سطوح قطعاتي مانند شفت‌ها و ... مي‌تواند از شكستهاي خستگي جلوگيري كند.
در حال حاضر در كشورهاي اروپايي براي جلوگيري از خطراتي كه به واسطه عيوب سطحي ايجاد مي‌شوند، از روش AE استفاده مي‌شود. اين روش به بازرسان كمك مي‌كند تا عيوب سطحي ساختارهاي فولادي را شناسايي كنند.

4-5- حفره‌‌دار شدن
حفره‌دارشدن از عيوبي است كه به خاطر تشكيل و انهدام حبابهاي گازي و بخار در يك مايع، در حال حركت به علت افت فشار از يك حد بحراني، در دماي ثابت ايجاد مي‌شود. پمپهاي توربين‌ها، يكي از مكانهايي مي‌باشد كه در آنها پديده حفره‌دار شدن اتفاق مي‌افتد. اين پديده باعث از كار افتادن پره پمپ ‌ها، از بين رفتن آب‌بندي و خراب شدن ياتاقانهاي پمپ مي‌شود، كه در كوتاه مدت كارايي پمپ را كاهش و در طولاني مدت باعث از كارافتادن كامل آن مي‌گردد.
محققان در كشور اسپانيا به كمك روش AE توانسته‌اند انواع مختلف پديده حفره‌دار شدن را در پمپهاي توربين‌ها تشخيص دهند و از خسارتهاي ناشي از اين عيب جلوگيري كنند.

4-6- نشت
به علت وجود فشار و دماي بالا در نيروگاههاي بخاري، همواره عيوب نشتي (از جمله عيوب نشتي در لوله‌ها) سبب ايجاد ضايعات و خسارتهاي شديدي شده است. عموما شروع هر نشت يا تركيدگي بزرگ از نشتها و يا تركهاي بسيار كوچك آغاز مي‌شود. افزايش نشت در نيروگاههاي بخاري سبب ايجاد جت پر فشار با دماي بالا در اين لوله‌ها مي‌گردد كه سبب آسيب رساندن به لوله‌هاي مجاور يا خوردگي زودهنگام آنها مي‌شود.
اگر اين عيب، در مراحل اوليه تشخيص داده شود، به راحتي قابل كنترل مي‌باشد. يكي از روشهايي كه قادر به تشخيص نشت (مخصوصا در لوله‌ها) مي‌باشد، روش AE است. در اين زمينه كارهاي عملي و تئوري بسيار زيادي انجام شده است.
از فعاليتهاي ديگري كه در اين زمينه انجام شده است، مي‌توان به تشخيص نشت لوله‌هاي گاز زيرزميني به وسيله روش AE اشاره كرد. اين روش سبب تسهيل در بازرسي‌هاي اين شبكه‌ها شده است.
به علاوه براي تشخيص نشت از لوله‌هاي آب نيز تحقيقاتي انجام شده است. در اين تحقيقات به كمك امواج AE ايجاد شده، در هنگام خروج آب از محل نشت و ورود آن به محيط عيب نشت را شناسايي مي‌كنند.
محققان آمريكايي در زمينه تشخيص نشت در بويلرها به كمك روشهاي صوتي، تحقيقاتي انجام داده‌اند. در اين تحقيقات، تفاوت حالتهاي تئوري و عملي و اصول اوليه بازرسي اجزاء نيروگاهها به كمك روش AE، بررسي شده است. همچنين از روش AE براي برري نشتي حاصل از، از بين رفتن آب‌بندي در قطعات مختلف نيز مي‌توان استفاده كرد.

4-7- شكستهاي ميكروني
الف- شكست ميكروني كلواژي
يكي از ميكرومكانيزم‌هاي معمول شكست در زير دماي NDT، شكست ميكروني كلواژي مي‌باشد اين مكانيزم، در اكثر سراميكها، فلزات، ديرگذارها، فولادهاي فريتي و ... قابل مشاهده است. اين عيب در صفحات كريستالوگرافي مشخصي اتفاق مي‌افتد كه مي‌توان براي مثال به صفحات (001) در آهن اشاره كرد. محققان بر اين باور مي‌باشند كه اين پديده به خاطر ناپيوستگي‌هاي موجود در ماده (مانند تركهاي كاربيد آهن در فولاد) يا تجمع نابجاييها در پشت يك سد حركتي، ايجاد مي‌شود.
سيگنالهاي AE كه توسط اين مكانيزم توليد مي‌شوند را مي‌توان به كمك سنسورهاي مخصوص دريافت كرد و عيوب را تشخيص داد.
ب. شكست ميكروني مرزدانه‌اي
در بسياري از آلياژهاي مهندسي مرزدانه‌ها محلهاي مناسبي براي ايجاد و شكست ميكروني مي‌باشند. بر اثر ايجاد اين ميكروشكست‌ها، در ماده امواج AE نشر پيدا مي‌كنند، كه اين امواج توسط سنسورهاي مخصوص دريافت و آناليز مي‌گردند.
ج. موارد ديگر
روش تست AE توانايي شناسايي شكست ميكروني جزئي و تجمع ميكروحفره‌ها را نيز دارد.

4-8- تغيير فاز
به كمك روش AE مي‌توان تغيير فازهاي ميكروني مواد را مشخص كرد. تغيير فاز از مكانيزم‌هايي است كه بسته به محل اتفاق آن مي‌تواند به عنوان عيب محسوب شود. براي مثال يكي از جاهايي كه تغيير فاز سبب ايجاد عيب در قطعه مي‌گردد، نرم‌شدگي در اجزاء نيروگاههاي بخاري است كه به خاطر واكنش كاربيد+ فريت      
     پرليت پيش مي‌آيد. از استفاده‌هاي عملي تست AE مي‌توان به تشخيص فاز مارتنزيت در فولاد آستنيتي اشاره كرد. در اين حالت سيگنالهاي AE توليد شده، شدت بسيار زيادي دارند. به كمك اين روش مي‌توان در عمليات حرارتي فولادها، از تردشدن بيش از اندازه آنها جلوگيري كرد.
مطالعات نسبتا كمي درباره كاربرد روش تست AE در زمينه تغيير فاز جامد به مايع انجام شده است، اما در اين حالت نيز امواج AE قابل شناسايي هستند. بعضي از تغيير فازهاي جامد- مايع مانند Hot Shortness كه سبب شكست در قطعه مي‌شوند را با اين روش مي‌توان شناسايي كرد.

4-9- رشد ترك
روش AE در ابتدا جهت بررسي خواص و رفتار مكانيكي مواد مورد استفاده قرار مي‌گرفته است. در اين مورد اكثر تلاشها صرف بررسي رفتار مكانيكي قطعات تحت بار كه داراي ناپيوستگي و يا شكاف بوده‌اند شده است. اين تلاشها به محققان كمك كرد تا بين امواج AE پارامترها و مشخصات مواد مانند طول ترك‌، فاكتور تمركز تنش، كرنش شكست در نوك ترك و ناحيه پلاستيك جلوي ترك، روابطي پيدا كنند.
يكي از قابليتهاي روش تست AE، تشخيص جوانه‌زني ترك در قطعات فلزي مي‌باشد. اين موضوع از ايجاد اتفاقاتي كه با رشد ترك حاصل مي‌شود جلوگيري مي‌كند و ايمني را به شدت افزايش مي‌دهد.
يكي از مكانيزمهاي ايجاد جوانه ترك در قطعات تجمع نابجائيها در پشت يك سد حركتي (مانند مرزدانه) مي‌باشد. حال روش AE توانايي تشخيص حركت نابجائيها را در مواد دارا مي‌باشد و با توجه به اين موضوع و بررسي‌هاي دقيق مي‌توان مرحله جوانه‌زني را تشخيص داد. محققان آلماني توانسته‌اند به كمك روش AE جوانه‌زني ترك در مواد داكتيل مانند فولاد را پيش‌بيني كنند و با كمك اين موضوع به بررسي خواص مكانيكي اين مواد بپردازند.
همچنين مدلهاي محاسباتي براي تخمين ميزان نشر امواج AE در ناحيه‌اي كه طول ترك هنوز به حد بحراني نرسيده، تهيه شده است. اين مدلها با توجه به دامنه امواج AE نشر يافته و طول ترك تهيه شده‌اند. يكي از كاربردهاي صنعتي اين موضوع تشخيص ترك در فرآيند كشش عميق در لوله‌هاي فولادي مي‌باشد.
به كمك روش AE مي‌توان جوانه‌زني و رشد ترك را در پوشش‌ها نيز تشخيص داد. محققان ژاپني براي بازرسي آن‌لاين پوششهاي سراميكي بر روي قطعات فولادي از روش AE استفاده كرده‌اند. اين بازرسي‌ها به آنها امكان مي‌دهد كه جوانه زني و رشد تركها را در حين اعمال پوشش بررسي كنند.

4-10- خستگي
در اجزاء فلزي كه تحت بارهاي سيكلي قرار دارند، احتمال به وجود آمدن ترك ناشي از خستگي زياد مي‌باشد. براي جلوگيري از شكست‌هاي ناگهاني حاصل از مكانيزم‌هاي خستگي مي‌توان از روش بازرسي AE استفاده كرد. اين روش براي مشخص كردن جوانه زني و رشد تركهاي خستگي بسيار مفيد و پركاربرد مي‌باشد. به طور معمول مكانيزم‌هاي خستگي را مي‌توان به سه قسمت مجزا تقسيم كرد:
مرحله اول: جوانه زني ترك
مرحله دوم: رشد ترك
مرحله سوم: شكست قطعه
روش تست AE قادر است هر سه مرحله فوق را شناسايي كند و با شناسايي مراحل اول و دوم از آسيب‌ديدن به سيستم مي‌توان جلوگيري كرد. تحقيقات زيادي درباره كاربرد روش AE در تشخيص مكانيزم‌هاي خستگي در مواد مختلف از جمله فلزات، سراميكها و .... انجام شده است كه در اين قسمت به موارد كاربرد اين تست در زمينه فلزات اشاره خواهد شد.
محققان هندي درمورد اثر ريزساختار بر روي امواج AE، در مرحله دوم خستگي تحقيقاتي انجام داده‌اند آنها اين تحقيقات را بر روي فولاد ضدزنگ 316AISI، آنيل شده، پيرسازي حرارتي شده و جوشكاري شده انجام داده‌اند. تحقيقات آنها نشان مي‌دهد كه مرحله دوم خستگي با توجه به تغييراتي كه در شدت امواج AE به وجود مي‌آيد، كاملا قابل تشخيص مي‌باشد.
از روش AE براي مانيتوركردن رشد ترك خستگي در قطعات فولادي جوشكاري شده استفاده شده است. به كمك اين تست محققان توانسته‌اند عمر باقي مانده قطعه كه تحت مكانيزم خستگي مي‌باشد را بدست آورند.
دانشمندان اروپايي به كمك رابطه بين نرخ شمارش امواج AE، رشد تركها در مرحله دوم خستگي و فاكتور تمركز تنش، عمر خستگي قطعه و زمان لازم براي تغيير و يا تعويض آن را محاسبه كرده‌اند.  دانشمندان هندي توانسته‌اند بين پارامترهاي AE و رفتار رشد ترك در فولادهاي ساده كربني (C%4/0) روابطي بدست آورند. از اين روابط مي‌توان براي تخمين عمر قطعه و وضعيت ترك استفاده كرد. اساس كار آنها، رابطه بين انرژي لازم براي ايجاد و رشد ترك خستگي و امواج AE بوده است.

4-1- خزش
يكي از مكانيزمهايي كه سبب ايجاد عيوب بسيار زيادي در اجزاء نيروگاههاي بخاري مي‌شود، مكانيزم خزش مي‌باشد. اين مكانيزم وابستگي شديدي به دو عامل دما و تنش دارد، كه اين دو عامل در اجزاء نيروگاهي به شدت مشاهده مي‌شود. يكي از روشهاي مناسب براي مانيتوركردن عيوب حاصل از مكانيزم خزش، روش تست AE مي‌باشد. محققان آمريكايي براي مانيتوركردن پديده خزش در لوله‌هاي HRH 1  درزدار، ولوهاي با جداره نازك از روش AE استفاده كرده‌اند. ايجاد ترك در طول اين لوله‌ها به خاطر مكانيزم خزش سبب حادثه‌هاي بسيار وحشتناك در نيروگاههاي آمريكا شده است. حال با كمك اين روش قبل از اينكه طول ترك به حد بحراني برسد از پيشروي ترك و ايجاد حادثه مي‌توان پيشگيري كرد.

4-12- شكست
شكست يكي از منابع توليد امواج AE در مواد مي‌باشد. البته شكست به خاطر عواملي مانند رشد و پيشرفت ترك، خوردگي، خستگي، خزش و ... اتفاق مي‌افتد. يكي از كاربردهاي روش AE تشخيص ايجاد ترك در چرخ‌دنده‌ها و يا شكسته‌شدن آنها در يك جعبه دنده مي‌باشد. دانشمندان انگليسي در تحقيقاتشان به كمك اين تست سلامت چرخ دنده‌ها را به صورت آن‌لاين مورد بررسي قرار داده‌اند. در هر حالت در هنگام شكست ميزان نشر امواج AE به بيشترين مقدار خود رسيده و زمان شكست با توجه به اين افزايش نشر قابل تشخيص مي‌باشد.

4-13- تشخيص عيوب و بازرسي جوش (مانيتورينگ جوش)
يكي از كاربردهاي بسيار مهم تست AE مانيتوركردن جوشكاري به منظور تشخيص سلامت يا وجود عيوب در اين عمليات مي‌باشد. به كمك اين روش مي‌توان جوشكاري نقطه‌اي را به صورت آن‌لاين بازرسي كرد. با اين بازبيني مي‌توان گرده جوش و يا قطعاتي كه بر اثر جوشكاري دچار عيب شده‌اند را به مشخص نمود و به صورت آن‌لاين قطعه معيوب را از خط توليد خارج كرد.
از روش AE براي بازرسي جوشكاري ساختارهاي فولادي مانند جوشكاري اسكلت‌بندي‌ها، مخزنهاي تحت فشار، لوله‌هاي درزدار و ... نيز استفاده مي‌شود.  بررسي ايجاد ترك در مناطق متاثر از حرارت جوش (HAZ) از ديگر كاربردهاي روش AE مي‌باشد. محققان آمريكايي به كمك روش AE توانسته‌اند عيوبي كه در جوشكاري فولادهاي ضدزنگ ايجاد مي‌شود را مشخص كنند. در اين تحقيقات علاوه بر موضوع فوق به محدوديتها و مزاياي استفاده از روش AE در تست قطعات جوش كاري نيز پرداخته شده است. در تحقيق ديگري كه در كشور آلمان انجام شده است، به كمك روش تست AE، تشكيل قطرات مذاب در اطراف قطعه جوش كاري شده با روش ليزر مورد بررسي قرار گرفته است. به كمك روش AE مي‌توان جوشكاري Electron Beam Weld را نيز مانيتور كرد و مكانهاي ناپيوستگي را در اين جوشكاري به راحتي مشخص نمود.

4-14- عيوب سايش و اصطكاك
روش تست AE توانايي تشخيص اصطكاك ميان دو قطعه فلزي را دارد. البته اصطكاك از آن دسته مكانيزم‌هايي است كه مي‌تواند سبب عيب گردد، در حاليكه به خودي خود عيب محسوب نمي‌شود. يكي از پديده‌هايي كه بر اثر پديده اصطكاك در قطعات فلزي اتفاق مي‌افتد، سايش قطعات فلزي مي‌باشد. اين پديده در ياتاقانها به شدت مشاهده مي‌شود. محققان به كمك روش AE توانسته‌اند ميزان خسارتهايي كه به ياتاقانها وارد مي‌شود را بررسي كنند.

4-15- تشخيص عيوب در اجزاء انتقال نيرو
از روش تست AE مي‌توان براي بررسي عيوب در سيستم‌هاي انتقال نيرو استفاده كرد. محققان هندي به كمك تكنيك AE به بررسي كابلهاي زيرزميني XLPE پرداخته‌اند. آنها در بررسي‌هايشان توانسته‌اند نقشه درختي گسترش اين كابلها را ترسيم كرده و با اندازه‌گيري ضخامت عايق‌هاي پليمري اين كابلها، نقاطي از آنها را كه دچار خرابي شده‌اند به راحتي شناسايي كنند.
يكي ديگر از كاربردهاي روش AE تشخيص تخليه الكتريكي جزئي در ترانسفورماتورها مي‌باشد. اين موضوع  يكي از كاربردهاي مهم AE در صنايع نيروگاهي است.

5- نتيجه‌گيري
تست AE يكي از تستهاي مطرح براي ارزيابي Online قطعات، ساختارها، اجزاء نيروگاه‌هاي بخاري، هسته‌اي و گازي، تحقيقات بنيادي و علمي، مطالعات زمين‌شناسي و ... مي‌باشد. اين روش در دنياي صنعتي امروز از حالت تئوري و نظري كاملا خارج شده و تبديل به يك تست پركاربرد و مفيد شده است، اما متاسفانه اين تست در ايران بسيار ناشناخته مي‌باشد.
تست AE با تستهاي مرسوم NDT داراي يك تفاوت اساسي مي‌باشد. در تستهايي مانند UT و MT قسمت عمده كار اپراتور بعد از انجام تست مي‌باشد. به اين معني كه نحوه انجام تست، قراردادن سنسورها و ... در اين تستها چندان مشكل نمي‌باشد. بلكه در مقابل تفسير نتايج بدست آمده، نياز به كار و فعاليت بسيار زياد دارد. در تست AE نيز تفسير نتايج بدست آمده مهم بوده و نياز به مهارت دارد، اما قسمت اصلي كار قبل از انجام تست مي‌باشد. در اين تست تشخيص ميزان نويز اوليه قطعه، نويز احتمالي، انتخاب سنسورهاي مناسب (داراي پهناي باند مناسب)، بررسي سلامت هر يك از سنسورها و از همه مهمتر طراحي محل قرارگيري سنسورها، داراي اهميت مي‌باشد. تجزيه و تحليل نتايج تست وابسته به اطلاعاتي است كه از طريق سنسورها به دستگاه اصلي مي‌رسند و اين موضوع اهميت مرتب كردن فاكتورهاي بالا قبل از انجام تست را به شدت نشان مي‌‌دهد. كار تجزيه و تحليل اين اطلاعات برعهده كامپيوتر اصلي دستگاه بوده و مسئوليت اپراتور را كاهش مي‌دهد.
  • منبع : ماهنامه صنعت برق
  • تاريخ چاپ : شنبه ، ١٣٨٩-١١-٠٢
  • شماره چاپ : 162
  • چاپ شده در صفحه (هاي) : 42-51