مقدمة عن الاختبارات غير المدمرة لأوعية الضغط مثل أنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات

غالبًا ما تحتوي أوعية الضغط، مثل أنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات ومكوناتها، على عيوب يصعب اكتشافها، كعدم الانصهار، وعدم الاختراق، ووجود شوائب الخبث، والمسام، والشقوق، وغيرها في اللحامات. ومن المستحيل إجراء فحوصات إتلافية على كل غلاية أو وعاء ضغط لتحديد موقع هذه العيوب وحجمها وطبيعتها. لذا، لا بد من استخدام أساليب اختبار غير إتلافية. أي، دون إتلاف الهيكل، تُستخدم طرق فيزيائية لفحص وقياس التغيرات في الكميات الفيزيائية لقطعة العمل أو الهيكل، لاستنتاج بنيتها الداخلية وعيوبها.

معدات اختبار غير مدمرة لأنابيب الصلب
الغرض من الاختبارات غير المدمرة هو:
(1) تحسين عملية التصنيع وضمان جودة المنتج.
(2) في عملية تصنيع المنتج، يمكن اكتشاف العيوب مسبقًا لتجنب إتلاف المنتج، مما يوفر الوقت والنفقات ويقلل من تكلفة تصنيع المنتج.
(3) تحسين موثوقية المنتج، وضمان سلامته، وتجنب الحوادث. تطبيق الاختبارات غير المدمرة على جميع جوانب تصميم المنتج وتصنيعه وتركيبه واستخدامه وصيانته؛ من خلال سلسلة من الاختبارات، تحديد جودة التصميم والمواد الخام وعملية التصنيع والتشغيل، والكشف عن العوامل التي قد تسبب الضرر، ثم تحسينها، لتعزيز موثوقية المنتج.

تشمل طرق الاختبار غير المتلفة الشائعة الاستخدام: الاختبار الإشعاعي، والاختبار بالموجات فوق الصوتية، والاختبار بالجسيمات المغناطيسية، والاختبار بالسوائل المتغلغلة، والاختبار بالتيارات الدوامية. بالإضافة إلى ذلك، هناك طرق أخرى مثل الكشف عن التسرب، واختبار الانبعاث الصوتي، واختبار الإجهاد، والفحص البصري، وغيرها.

الفحص بالأشعة السينية
تُعرف طريقة استخدام قدرة الإشعاع على اختراق المعادن والمواد الأخرى لفحص جودة اللحامات بالاختبار الإشعاعي. ويعتمد مبدأ هذا الاختبار على مبدأ الإسقاط. فعندما يمر الإشعاع عبر معدن اللحام، وفي حال وجود عيوب فيه (مثل الشقوق، وشوائب الخبث، والمسام، وعدم اكتمال الاختراق، إلخ)، يتفاوت امتصاص الإشعاع بين المعدن والعيوب، وبالتالي تختلف حساسية الفيلم. إذ يمتص الإشعاع بسرعة في المعدن، وببطء في العيوب. لذلك، يُمكن تحديد حجم وشكل وموقع العيوب في اللحام باستخدام الاختبار الإشعاعي. ولأن الكشف عن العيوب الإشعاعي يعتمد على مبدأ الإسقاط، فإن هذه الطريقة أكثر حساسية للعيوب الحجمية (مثل شوائب الخبث). ولأن هذه الطريقة قابلة للتسجيل والحفظ، فإن صناعة أوعية ضغط الغلايات في بلدي تحظى بثقة أكبر. تنص لوائح الغلايات في بلدي على أن اللحامات المحيطية الطولية لأسطوانات الغلايات، والدرزات الطولية للمجمعات، ودرزات وصلات الرؤوس ذات ضغوط البخار المقدرة التي تزيد عن أو تساوي 0.1 ميجا باسكال وتقل عن 3.8 ميجا باسكال يجب أن تخضع لكشف العيوب بالأشعة السينية بنسبة 100٪؛ أما الغلايات التي تزيد عن أو تساوي 3.8 ميجا باسكال فيجب أن تخضع لكشف العيوب بالموجات فوق الصوتية بنسبة 100٪ بالإضافة إلى كشف العيوب بالأشعة السينية بنسبة 25٪ على الأقل.

معدات الكشف عن العيوب غير المدمرة لأنابيب الصلب
يُعدّ الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية طريقةً للاختبار غير المتلف، تعتمد على خصائص انعكاس الموجات الصوتية أثناء انتشارها في الوسط واصطدامها بأسطح فاصلة مختلفة. ونظرًا لاختلاف مرونة الغازات والسوائل والمواد الصلبة، يتباين تأثير الموجات فوق الصوتية على انتشارها، ما يؤدي إلى انعكاسها وانكسارها وتحول شكلها عند الأسطح الفاصلة غير المتجانسة. عند انتشار الموجات فوق الصوتية في اللحام، وفي حال وجود عيوب، ينعكس السطح الفاصل الذي يصطدم بالعيوب ويستقبله المسبار، مُشكّلاً شكلاً موجيًا على الشاشة، ما يُتيح تحديد طبيعة العيب وموقعه وحجمه. لا يُمكن لتقنية الكشف التقليدية عن العيوب بالموجات فوق الصوتية تسجيل نتائج الكشف وحفظها، كما أن تقييم العيوب يعتمد بشكل كبير على العوامل البشرية. لذلك، تستخدم بلادنا حاليًا تقنية الكشف الإشعاعي عن العيوب في الغلايات منخفضة الضغط. وتتميز تقنية الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية بحساسيتها العالية للعيوب الموضعية (مثل الشقوق، وعدم اكتمال الاختراق، وما إلى ذلك). لذا، يتميز الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية بمزايا أكثر من الكشف عنها بالأشعة السينية في الصفائح السميكة. وبمجرد أن يصبح جهاز الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية قادراً على تسجيل النتائج وحفظها، سيتسع نطاق تطبيقاته بشكل أكبر.

الكشف عن العيوب باستخدام الجسيمات المغناطيسية
تستخدم تقنية الكشف عن العيوب بالجسيمات المغناطيسية المجال المغناطيسي المتسرب المتكون عند العيب لجذب مسحوق مغناطيسي، مما يكشف العيوب التي يصعب ملاحظتها بالعين المجردة. تبدأ هذه التقنية بتطبيق مجال مغناطيسي خارجي على اللحام المراد فحصه. بعد مغنطة اللحام، يُرش مسحوق مغناطيسي ناعم (يتراوح متوسط ​​حجم جسيماته بين 5 و10 ميكرومتر) بالتساوي على سطحه. إذا لم يكن هناك عيب بالقرب من سطح اللحام، فيمكن اعتباره جسمًا متجانسًا لا تتغير نفاذيته المغناطيسية بعد المغنطة، كما يتوزع المسحوق المغناطيسي بالتساوي على سطحه. أما في حال وجود عيوب بالقرب من سطح اللحام (كالشقوق والمسامات وشوائب الخبث غير المعدنية)، فإن هذه العيوب تحتوي على هواء أو مواد غير معدنية، وتكون نفاذيتها المغناطيسية أقل بكثير من نفاذية معدن اللحام. نتيجةً لتغير المقاومة المغناطيسية، يتولد مجال مغناطيسي متسرب عند العيوب الموجودة على سطح اللحام أو بالقرب منه، مُشكلاً قطباً مغناطيسياً صغيراً. ينجذب المسحوق المغناطيسي إلى هذا القطب، مما يؤدي إلى ظهور العيب نتيجة تراكم المزيد من المسحوق المغناطيسي، مُشكلاً نمطاً عيبياً يُمكن رؤيته بالعين المجردة. تُولد عيوب سطح اللحام أو ما يقاربها مجالات مغناطيسية متسربة بسبب نفاذيتها المغناطيسية المنخفضة. عندما تصل شدة المجال المغناطيسي المتسرب إلى مستوى يسمح بامتصاص المسحوق المغناطيسي، يُمكن ملاحظة عيوب سطح اللحام أو ما يقاربها. كلما زادت قوة المجال المغناطيسي المُطبق، زادت شدة المجال المغناطيسي المتسرب، وبالتالي زادت حساسية فحص الجسيمات المغناطيسية. يُسهل فحص الجسيمات المغناطيسية اكتشاف عيوب سطح اللحام أو ما يقاربها، وخاصة الشقوق، ولكن درجة ظهور العيب تعتمد على موقعه بالنسبة لخط المجال المغناطيسي. عندما يكون العيب عموديًا على خط المجال المغناطيسي، يكون واضحًا تمامًا، أما عندما يكون موازيًا له، فيصعب إظهاره. يُستخدم اختبار الجسيمات المغناطيسية على نطاق واسع في تصنيع وتركيب وفحص أوعية ضغط الغلايات، وخاصةً في فحص الخزانات الكروية، وهو أسلوب فحص لا غنى عنه.

كشف العيوب المخترقة
اختبار الاختراق السائل هو طريقة لفحص عيوب اللحام السطحية أو القريبة من السطح. لا تقتصر هذه الطريقة على مغناطيسية المادة، ويمكن استخدامها مع مختلف المواد المعدنية وغير المعدنية، المغناطيسية وغير المغناطيسية. يعتمد اختبار الاختراق السائل على قدرة السوائل على ترطيب المواد الصلبة وظاهرة الشعرية. عند إجراء هذا الاختبار، يُغمر سطح اللحام المراد فحصه أولاً في سائل اختراق ذي قدرة اختراق عالية. وبفضل قدرة السائل على الترطيب وظاهرة الشعرية، يتغلغل السائل في العيوب الموجودة على سطح اللحام. بعد ذلك، يُزال السائل من السطح الخارجي للحام، ثم تُوضع طبقة من مُظهِر أبيض ذي قدرة امتصاص عالية لامتصاص السائل الذي تغلغل في الشقوق، فيظهر نمط واضح على الطبقة البيضاء يُحدد شكل وموقع العيب. يمكن تقسيم اختبار الاختراق السائل إلى طرق عرض الألوان وطرق التألق وفقًا لطرق عرض العيوب المختلفة.

طريقة الكشف عن عيوب اللون
تستخدم هذه الطريقة صبغة ملونة لإظهار العيوب. يجب أن يكون لون الصبغة المذابة في المادة النافذة ساطعًا وواضحًا. تعتمد طريقة الكشف عن العيوب بالفلورة على تألق المواد الفلورية لإظهار العيوب. في عملية الكشف عن العيوب، تُشعّع المادة الفلورية الممتصة في العيب بالأشعة فوق البنفسجية، فتصل إلى حالة إثارة نتيجة امتصاص طاقة الضوء، وتدخل في حالة غير مستقرة. ومن ثم، تعود من هذه الحالة غير المستقرة إلى حالة مستقرة، فتُقلل من طاقتها الكامنة، وتُصدر فوتونات، أي تُصدر فلورة.

كشف العيوب الحالي لدى إيدي
هي طريقة لكشف عيوب المشغولات، تستخدم ملف إثارة لتوليد تيارات دوامية في المشغولة الموصلة، وتقيس التغير في هذه التيارات من خلال ملف كشف. تُصنف ملفات الكشف عن عيوب التيارات الدوامية إلى ثلاثة أنواع حسب شكلها: ملفات تمريرية، وملفات مجسية، وملفات إدخال. تُستخدم الملفات التمريرية لكشف الأسلاك والقضبان والأنابيب، ويتناسب قطرها الداخلي تمامًا مع القضبان والأنابيب الدائرية. توضع الملفات المجسية على سطح المشغولة للكشف الموضعي. أما ملفات الإدخال، فتُسمى أيضًا بالمجسات الداخلية، وتُوضع داخل الأنابيب والفتحات للكشف عن العيوب في الجدران الداخلية.

معدات اختبار غير مدمرة لملحقات أوعية الضغط
يُعد اختبار التيار الدوامي مناسبًا لقطع العمل المصنوعة من مواد موصلة مثل الفولاذ والمعادن غير الحديدية والجرافيت، ولكنه غير مناسب للمواد غير الموصلة مثل الزجاج والراتنج الصناعي.

من مزاياها ما يلي:
(1) بما أن نتائج الاختبار يمكن إخراجها مباشرة كإشارات كهربائية، فإنه يمكن إجراء الاختبار التلقائي.
(2) بما أن طريقة عدم التلامس معتمدة (لا يتلامس المسبار مباشرة مع قطعة العمل التي يتم اختبارها)، فإن سرعة الكشف يمكن أن تكون سريعة جدًا.
(3) إنه مناسب للكشف عن العيوب السطحية أو القريبة من السطح.
(4) له نطاق واسع من التطبيقات. فبالإضافة إلى كشف العيوب، يمكنه أيضاً كشف التغيرات في المواد والحجم والشكل، وما إلى ذلك.

اختبار الانبعاثات الصوتية
طريقة استخدام مسبار للكشف عن الموجات الصوتية المنبعثة من مادة صلبة نتيجة التشوه أو بدء الشقوق وتطورها تحت تأثير الإجهاد الخارجي لاستنتاج موقع وحجم العيب.

طريقة الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية
تنعكس الإشارة فوق الصوتية المنبعثة من المجس وتُستقبل عند مصادفة عيب. يقتصر دور العيوب في هذه العملية على عكس الإشارة فوق الصوتية بشكل سلبي، بينما يُمكّن الكشف عن الانبعاث الصوتي الجسم المراد فحصه (العيب) من المشاركة الفعّالة في عملية الكشف. يحدث الانبعاث الصوتي فقط عند تكوّن العيوب وتطورها، لذا يُعدّ الكشف عن الانبعاث الصوتي طريقة اختبار ديناميكية غير مُتلفة. بناءً على خصائص الموجات الصوتية المنبعثة والظروف الخارجية المُسببة للانبعاث الصوتي، يُمكن تحديد موقع الصوت (موقع العيب) والخصائص الميكروية لمصدر الانبعاث الصوتي. لا تقتصر فائدة هذه الطريقة على فهم الحالة الراهنة للعيب فحسب، بل تُتيح أيضًا فهم عملية تكوّنه واتجاه تطوره وازدياده في ظروف الاستخدام الفعلية.

يمكن تقسيم تقنية الكشف عن الانبعاث الصوتي إلى ثلاثة أنواع: الكشف أحادي القناة، والكشف ثنائي القناة، والكشف متعدد القنوات، وذلك بحسب عدد مجسات الكشف. يقتصر الكشف أحادي القناة على تحديد وجود عيوب في الجسم المراد فحصه، دون تحديد موقعها. أما الكشف ثنائي القناة، فيقتصر على تحديد الموقع الخطي، ويُستخدم عادةً للكشف عن اللحامات ذات الحالة المعروفة. وتشمل تقنية الكشف متعدد القنوات عادةً أربعة، وثمانية، وستة عشر، واثنتين وثلاثين قناة، وتُستخدم بشكل أساسي للكشف عن الانبعاث الصوتي للمكونات الكبيرة. فهي لا تقتصر على الكشف عن وجود مصادر الانبعاث الصوتي فحسب، بل تُحدد مواقعها بدقة.