آزمون های غیر مخرب NDT چیست؟ معرفی تست UT، MT، PT و RT

در صنایع فولادی، جوشکاری، ساخت مخازن، خطوط لوله، تجهیزات تحت فشار و قطعات صنعتی، تشخیص عیب همیشه به معنای بریدن، شکستن یا تخریب قطعه نیست. بسیاری از ترک ها، ناپیوستگی ها، حفره ها و عیوب جوش را می توان بدون آسیب زدن به قطعه شناسایی کرد. مجموعه روش هایی که با این هدف استفاده می شوند با عنوان آزمون های غیر مخرب یا NDT شناخته می شوند.

NDT مخفف Non-Destructive Testing است و به مجموعه ای از روش های بازرسی گفته می شود که برای بررسی سلامت قطعه، جوش یا سازه بدون ایجاد تغییر مخرب در آن به کار می روند. در صنعت فولاد، چهار روش UT، MT، PT و RT از متداول ترین آزمون های غیر مخرب هستند؛ اما هر یک از آنها محدودیت ها، کاربردها و قابلیت های متفاوتی دارند و نمی توان یک روش را جایگزین تمام روش های دیگر دانست.

برای انتخاب روش مناسب باید عواملی مانند نوع فولاد، محل احتمالی عیب، ضخامت قطعه، هندسه، شرایط سطح، نوع اتصال و الزامات استاندارد پروژه بررسی شود.

آزمون غیر مخرب NDT چیست؟

در آزمون های مخرب، برای تعیین خواصی مانند استحکام کششی، ضربه یا سختی ممکن است نمونه بریده، شکسته یا دچار تغییر دائمی شود. در مقابل، هدف آزمون غیر مخرب این است که قطعه پس از بازرسی همچنان قابل استفاده باقی بماند.

به کمک NDT می توان مواردی مانند موارد زیر را بررسی کرد:

• ترک های سطحی و زیرسطحی
• عیوب داخلی جوش
• تخلخل
• ذوب ناقص
• نفوذ ناقص جوش
• ناپیوستگی های مواد
• برخی آخال ها و حفرات داخلی
• کاهش ضخامت ناشی از خوردگی
• عیوب ایجاد شده در فرآیند تولید یا بهره برداری

به همین دلیل NDT فقط برای کنترل محصول نهایی استفاده نمی شود. آزمون های غیر مخرب ممکن است در مراحل تولید، ساخت، مونتاژ، نصب، تعمیرات و بازرسی دوره ای تجهیزات نیز انجام شوند.

چرا آزمون های NDT در صنعت فولاد اهمیت دارند؟

یک قطعه فولادی ممکن است از نظر ظاهری سالم باشد اما در داخل یا سطح آن ناپیوستگی هایی وجود داشته باشد که در شرایط بارگذاری، خستگی، فشار یا ارتعاش به نقطه آغاز شکست تبدیل شوند.

برای مثال وجود یک ترک کوچک در یک اتصال جوشی ممکن است در زمان بازرسی چشمی قابل مشاهده نباشد، اما با آزمون مناسب شناسایی شود.

از مهم ترین دلایل استفاده از NDT می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش قابلیت اطمینان قطعات و سازه ها
• شناسایی عیوب پیش از بهره برداری
• کاهش احتمال خرابی ناگهانی
• کنترل کیفیت جوش
• بررسی تجهیزات بدون خارج کردن قطعه از سرویس در برخی کاربردها
• کاهش هزینه ناشی از تخریب نمونه
• کنترل خوردگی و کاهش ضخامت
• ارزیابی قطعات در تعمیرات و نگهداری

نکته مهم این است که وجود یک ناپیوستگی لزوما به معنای مردود بودن قطعه نیست. پذیرش یا رد عیب باید مطابق معیارهای پذیرش استاندارد، نقشه، دستورالعمل بازرسی یا الزامات پروژه انجام شود.

تست UT چیست؟

UT یا Ultrasonic Testing به معنای آزمون فراصوت است. در این روش امواج صوتی با فرکانس بالا به داخل قطعه فرستاده می شوند و رفتار موج بازگشتی برای بررسی ساختار داخلی ماده تحلیل می شود.

پراب دستگاه UT موج فراصوت را وارد قطعه می کند. هنگامی که موج به مرز، سطح مقابل یا یک ناپیوستگی برخورد کند، بخشی از انرژی آن بازتاب می شود. دستگاه با تحلیل زمان و شدت این بازتاب می تواند اطلاعاتی درباره موقعیت احتمالی عیب ارائه دهد.

کاربرد تست UT در فولاد

UT برای بسیاری از قطعات و سازه های فولادی کاربرد دارد، از جمله:

• بازرسی اتصالات جوشی
• ورق های فولادی
• قطعات فورج شده
• شفت ها
• مخازن
• خطوط لوله
• تجهیزات صنعتی
• اندازه گیری ضخامت قطعات
• بررسی کاهش ضخامت ناشی از خوردگی

یکی از کاربردهای مهم UT، اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک است. در این حالت می توان بدون بریدن قطعه، ضخامت باقی مانده دیواره مخزن، لوله یا تجهیز را اندازه گیری کرد.

مزایای UT

UT می تواند برای شناسایی بسیاری از عیوب داخلی مناسب باشد و در بسیاری از کاربردها فقط نیاز به دسترسی به یک سمت قطعه دارد.

همچنین:

• نتیجه آزمون می تواند سریع در اختیار بازرس قرار گیرد.
• امکان تعیین موقعیت تقریبی عیب وجود دارد.
• برای قطعات با ضخامت های مختلف قابل استفاده است.
• برای اندازه گیری ضخامت بسیار کاربردی است.
• تجهیزات آن قابلیت حمل دارند.

محدودیت UT

تفسیر نتایج UT به مهارت اپراتور وابستگی زیادی دارد. هندسه پیچیده قطعه، کیفیت سطح، جهت گیری عیب و ساختار متالورژیکی ماده نیز می توانند روی نتیجه آزمون اثر بگذارند.

به همین دلیل انجام صحیح UT فقط به داشتن دستگاه اولتراسونیک محدود نمی شود و انتخاب پراب، کالیبراسیون، روش اسکن و تفسیر سیگنال ها اهمیت زیادی دارند.

تست MT چیست؟

MT یا Magnetic Particle Testing آزمون ذرات مغناطیسی است و برای شناسایی ناپیوستگی های سطحی و نزدیک به سطح در مواد فرومغناطیس به کار می رود.

در این روش قطعه مغناطیسی می شود. اگر در مسیر میدان مغناطیسی ترک یا ناپیوستگی مناسبی وجود داشته باشد، نشتی شار مغناطیسی در آن ناحیه ایجاد می شود. ذرات مغناطیسی اعمال شده روی سطح در این نقاط تجمع پیدا کرده و امکان مشاهده نشانه عیب را فراهم می کنند.

MT برای چه موادی مناسب است؟

این نکته بسیار مهم است:

MT برای هر فلزی قابل استفاده نیست.

این روش برای مواد فرومغناطیس مانند بسیاری از فولادهای کربنی و کم آلیاژ قابل استفاده است، اما برای موادی مانند آلومینیوم و بسیاری از فولادهای زنگ نزن آستنیتی مناسب نیست.

کاربرد تست MT

تست ذرات مغناطیسی در مواردی مانند زیر کاربرد دارد:

• بررسی ترک های سطحی جوش
• شناسایی ترک در قطعات فولادی
• بررسی قطعات فورج و ریخته گری
• کنترل شفت ها و محورها
• بازرسی قطعات پس از ماشینکاری
• بررسی برخی ترک های ناشی از خستگی

مزایای تست MT

از مزایای این روش می توان به سرعت مناسب بازرسی و حساسیت خوب آن نسبت به بسیاری از ترک های سطحی و نزدیک به سطح اشاره کرد.

اما نتیجه MT به جهت میدان مغناطیسی نسبت به جهت عیب نیز وابسته است. به همین دلیل در برخی بازرسی ها ممکن است قطعه در بیش از یک جهت مغناطیسی شود.

تست PT چیست؟

PT یا Liquid Penetrant Testing که با نام آزمون مایع نافذ نیز شناخته می شود، روشی برای شناسایی ناپیوستگی های باز به سطح است.

در این روش ابتدا سطح قطعه کاملا تمیز می شود. سپس مایع نافذ روی سطح قرار می گیرد. این مایع می تواند وارد ترک ها و منافذی شود که به سطح راه دارند.

پس از گذشت زمان مشخص، مایع اضافی از سطح حذف شده و ماده آشکارساز یا Developer اعمال می شود. مایع باقی مانده در ناپیوستگی به سمت سطح کشیده شده و محل عیب را قابل مشاهده می کند.

PT چه عیوبی را شناسایی می کند؟

PT برای شناسایی عیوبی مناسب است که به سطح قطعه باز باشند، مانند:

• ترک سطحی
• تخلخل باز به سطح
• برخی درزها و شکاف ها
• ترک ناشی از فرآیند ساخت
• ترک های سطحی اتصالات جوشی

مزیت مهم PT نسبت به MT

برخلاف MT، آزمون PT محدود به مواد فرومغناطیس نیست.

بنابراین در صورت مناسب بودن شرایط سطح، می توان آن را برای طیف گسترده ای از مواد غیر متخلخل مانند برخی فولادها، فولاد زنگ نزن و آلومینیوم به کار برد.

محدودیت PT

PT نمی تواند عیوبی را که هیچ ارتباطی با سطح ندارند شناسایی کند.

همچنین تمیزی سطح نقش بسیار مهمی در دقت آزمون دارد. روغن، رنگ، زنگ، آلودگی یا پوشش های سطحی می توانند مانع نفوذ صحیح مایع شوند.

تست RT چیست؟

RT یا Radiographic Testing آزمون رادیوگرافی صنعتی است. در این روش از پرتوهای نافذ مانند اشعه X یا گاما برای بررسی ساختار داخلی قطعه یا جوش استفاده می شود.

پرتو از قطعه عبور می کند و میزان جذب آن در نقاط مختلف تحت تاثیر ضخامت، چگالی ماده و وجود برخی ناپیوستگی ها قرار می گیرد. نتیجه می تواند روی فیلم یا سیستم های تصویربرداری دیجیتال ثبت و توسط بازرس تحلیل شود.

کاربرد تست RT

رادیوگرافی صنعتی در بازرسی مواردی مانند زیر کاربرد دارد:

• جوش خطوط لوله
• مخازن تحت فشار
• اتصالات جوشی
• قطعات ریخته گری
• تجهیزات صنعتی
• بررسی برخی عیوب حجمی داخلی

RT در شناسایی برخی عیوب حجمی مانند تخلخل و حفرات داخلی عملکرد مناسبی دارد.

مزایای تست RT

یکی از ویژگی های مهم RT ایجاد یک رکورد تصویری از ناحیه بازرسی شده است. این موضوع در مستندسازی پروژه ها اهمیت زیادی دارد.

محدودیت های تست RT

RT نسبت به روش هایی مانند PT و MT پیچیده تر است و به الزامات ایمنی جدی تری نیاز دارد.

استفاده از پرتوهای یونیزان مستلزم رعایت اصول حفاظت پرتویی، کنترل محدوده کار و استفاده از تجهیزات و افراد دارای صلاحیت مربوطه است.

همچنین هندسه عیب اهمیت زیادی دارد و همه ناپیوستگی ها با یک حساسیت توسط RT آشکار نمی شوند.

تفاوت UT، MT، PT و RT چیست؟

هیچ یک از این روش ها به تنهایی برای تمام شرایط مناسب نیستند. حتی در بسیاری از پروژه ها ممکن است دو یا چند روش NDT در کنار یکدیگر استفاده شوند.

برای مثال ممکن است ظاهر جوش ابتدا با VT بررسی شود، سپس برای تشخیص ترک های سطحی MT یا PT و برای بررسی ناپیوستگی های داخلی UT یا RT انجام شود.

UT بهتر است یا RT؟

مقایسه UT و RT بدون توجه به نوع قطعه و نوع عیب می تواند گمراه کننده باشد.

UT معمولا برای شناسایی و موقعیت یابی بسیاری از ناپیوستگی های داخلی و همچنین اندازه گیری ضخامت مناسب است. RT نیز امکان ثبت تصویر از ساختار داخلی را فراهم می کند و برای برخی عیوب حجمی بسیار کاربردی است.

انتخاب بین آنها به عواملی مانند:

• ضخامت قطعه
• نوع اتصال
• هندسه قطعه
• نوع عیب مورد انتظار
• دسترسی به قطعه
• استاندارد پروژه
• الزامات مستندسازی
• شرایط محیطی

وابسته است.

بنابراین نمی توان گفت UT در همه شرایط بهتر از RT یا RT بهتر از UT است.

تفاوت MT و PT چیست؟

هر دو روش برای شناسایی عیوب سطحی استفاده می شوند، اما اساس عملکرد آنها کاملا متفاوت است.

MT بر پایه ایجاد میدان مغناطیسی است و فقط روی مواد فرومغناطیس قابل استفاده است. این روش می تواند بعضی ناپیوستگی های نزدیک به سطح را نیز آشکار کند.

در مقابل، PT بر پایه نفوذ مایع در ناپیوستگی باز به سطح عمل می کند و محدود به مواد فرومغناطیس نیست.

برای مثال در بررسی برخی قطعات فولاد زنگ نزن آستنیتی، PT می تواند قابل استفاده باشد در حالی که MT روش مناسبی نخواهد بود.

انتخاب روش مناسب NDT برای قطعات فولادی

انتخاب روش بازرسی بهتر است پیش از شروع آزمون و بر اساس مشخصات واقعی قطعه انجام شود.

بازرس باید مواردی مانند این موارد را بررسی کند:

• جنس و گرید فولاد
• نوع فرآیند تولید
• جوشی یا یکپارچه بودن قطعه
• ضخامت
• محل عیب مورد انتظار
• سطحی یا داخلی بودن ناپیوستگی
• شکل و ابعاد قطعه
• امکان دسترسی به یک یا دو سمت قطعه
• وضعیت سطح
• استاندارد ساخت و بازرسی
• معیار پذیرش پروژه

برای نمونه، اگر هدف پیدا کردن ترک سطحی در یک فولاد فرومغناطیس باشد، MT می تواند گزینه مناسبی باشد؛ اما اگر عیب احتمالی در عمق جوش قرار داشته باشد باید روش هایی مانند UT یا RT بررسی شوند.

آیا NDT فقط برای قطعات جدید انجام می شود؟

خیر. یکی از کاربردهای مهم NDT بررسی تجهیزات در دوره بهره برداری است.

برای مثال در یک مخزن یا خط لوله ممکن است پس از چند سال کار، خوردگی یا کاهش ضخامت ایجاد شده باشد. با اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک می توان وضعیت بخش های مختلف را بدون بریدن تجهیز بررسی کرد.

به همین دلیل آزمون های غیر مخرب در برنامه های:

• تعمیرات پیشگیرانه
• نگهداری تجهیزات
• بازرسی دوره ای
• ارزیابی عمر تجهیزات
• کنترل کیفیت تعمیرات

نیز جایگاه مهمی دارند.

آیا مشاهده یک عیب در NDT به معنای رد قطعه است؟

خیر.

NDT در مرحله اول ناپیوستگی یا Indication را شناسایی می کند. سپس باید مشخص شود این نشانه بر اساس استاندارد یا معیار پذیرش پروژه قابل قبول است یا خیر.

ممکن است یک ناپیوستگی کوچک در یک کاربرد مجاز باشد، اما همان ناپیوستگی در قطعه دیگری با شرایط بارگذاری حساس قابل پذیرش نباشد.

بنابراین نتیجه آزمون باید همراه با استاندارد مرجع، معیار پذیرش و شرایط واقعی قطعه تفسیر شود.

انجام آزمون های NDT در آزمایشگاه متالورژی حامیران

دسترسی به تجهیزات بزرگ صنعتی، مخازن، خطوط لوله، سازه های نصب شده یا قطعاتی که امکان انتقال آنها به آزمایشگاه وجود ندارد، یکی از چالش های بازرسی صنعتی است. در چنین شرایطی انجام آزمون در محل می تواند زمان توقف تجهیز و نیاز به جابجایی قطعات را کاهش دهد.

آزمایشگاه متالورژی حامیران خدمات آزمون های غیر مخرب NDT از جمله UT، MT، PT و RT را متناسب با شرایط پروژه ارائه می دهد. این خدمات امکان انجام به صورت پرتابل و در محل پروژه یا مجموعه صنعتی را نیز دارند؛ بنابراین برای تجهیزات ثابت، سازه ها، اتصالات جوشی و قطعاتی که انتقال آنها به آزمایشگاه دشوار است، امکان انجام بازرسی در محل وجود دارد.

انتخاب روش آزمون، تجهیزات مورد نیاز و نحوه اجرای بازرسی بر اساس نوع قطعه، جنس، ضخامت، نوع اتصال، عیب مورد انتظار و الزامات استاندارد پروژه تعیین می شود.