آزمونهاي غير مخرب ( Non Destructive Testing

آزمونهاي غير مخرب ( Non Destructive Testing)
مقدمه 
ضرورت بازرسی
در ماده يا قطعه در حين ساخت، انواع نقصها با اندازه هاي متفاوت ممكن است به وجود آيد كه ماهيت و اندازه دقيق اين نقص، كاركرد آتي قطعه را تحت تاثير قرار مي دهد. نقصهاي ديگري مانند تركهاي ناشي از خستگي يا خوردگي، در حين كار با ماده نيز ممكن است به وجود آيد. بنابراين براي آشكارسازي نقصها در مرحله ساخت و همچنين براي آشكارسازي و مشاهده آهنگ رشد آنها در حين عمر كاري هر قطعه يا مجموعه بايد وسايل قابل اعتمادي در اختيار داشت.
انواع سیستمهای بازرسی

 تستهای مخرب (DT)
در این نوع تست آزمایشهای مختلف بر روی نمونه های استاندارد تهیه شده از قطعات مورد آزمون انجام می شود و پس از انجام تست نمونه از بین می رود.
معایب روش: سرعت پایین
پر هزینه بودن
ارائه اطلاعات فقط مربوط به نمونه ها

 تستهای غیر مخرب (NDT)
تست یا بازرسی غیر مخرب به روش هایی از بازرسی اطلاق می شود که در آنها کارایی یک قطعه بدون تغییر یا از بین رفتن آن قطعه، مورد بررسی قرار می گیرد.
تفاوتهای DT و NDT:
در روش های DT پس از اعمال آزمایش، قطعه کارایی خود را از دست می دهد
در روش های DT نمی توان تمام محصولات را تحت آزمایش قرار داد و باید به صورت random تعدادی از نمونه ها را تحت آزمایش قرار داد.
در روش های DT نیاز به تهیه نمونه استاندارد وجود دارد که برای آزمایش های مختلف متفاوت است.
مهندسين معمولاً عادت دارند خواص يك ماده را روي نمونه‌هاي مخصوصي كه از همين ماده تهيه شده‌اند با آزمونهاي استاندارد ارزيابي كنند. اطلاعات بسيار ارزشمندي از اين آزمونهاي به دست مي‌آيد كه شامل خواص كششي، فشاري، برشي و ضربه‌اي ماده مورد نظر است. اما اين آزمونها ماهيت تخريبي دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه‌اي كه با آزمونهاي استاندارد تا حد تخريب تعيين مي‌شود، به يقين راهنماي روشني در مورد مشخصات كارايي قطعه‌اي نيست كه بخش پيچيده‌اي از يك مجموعه مهندسي را تشكيل مي‌دهد. 
در طي توليد و حمل و نقل امكان دارد كه انواع عيوب با اندازه‌هاي مختلف در ماده يا قطعه به وجود آيند. ماهيت و اندازه دقيق هر عيب روي عمليات بعدي آن قطعه تاثير خواهد داشت. عيوب ديگري نيز مانند تركهاي حاصل از خستگي يا خوردگي ممكن است در طي كار قطعه ايجاد شوند. بنابراين براي آشكار سازي وجود عيبها در مرحله توليد و نيز جهت تشخيص و تعيين سرعت رشد اين نقصها در طول عمر قطعه يا دستگاه ، داشتن وسائل مطمئن ضروري است. 
منشا بعضي عيوب كه در مواد و قطعات يافت مي‌شوند، عبارتند از : 
- عيوبي كه ممكن است طي ساخت مواد خام يا توليد قطعات ريختگي به وجود آيند (ناخالصيهاي سرباره، حفره‌هاي گازي، حفره‌هاي انقباضي، تركهاي تنشي و ... ) 
- عيوبي كه ممكن است طي توليد قطعات به وجود آيند (عيوب ماشينكاري، عيوب عمليات حرارتي، عيوب جوشكاري، تركهاي ناشي از تنشهاي پسماند و ...) 
- عيوبي كه ممكن است طي مونتاژ قطعات به وجود آيند (كم شدن قطعات، مونتاژ نادرست، تركهاي ناشي از تنش اضافي و ...) 
- عيوبي كه در مدت كاربري و حمل و نقل به وجود مي‌آيند (خستگي، خوردگي، سايش، خزش، ناپايداري حرارتي و ...) 
روشهاي مختلف آزمونهاي غيرمخرب در عمل مي‌توانند به راههاي بسيار متفاوتي در عيب يابي به كار روند. اعتبار هر روش آزمون غيرمخرب سنجشي از كارايي آن روش در رابطه با آشكارسازي نوع و شكل و اندازه بخصوص عيبها است. بعد از آن كه بازرسي تكميل شد، احتمال معيني وجود دارد كه يك قطعه عاري از يك نوع عيب با شكل و اندازه بخصوص باشد. هر قدر اين احتمال بالاتر باشد اعتبار روش به كار رفته بيشتر خواهد بود. اما بايد اين واقعيت را به خاطر داشت كه بازرسيهاي غيرمخرب براي اغلب قطعات به وسيله انسان انجام مي‌گيرد و در اصل دو نفر هميشه نمي‌توانند يك كار تكراري مشابه را بطور دقيق همانند يكديگر انجام دهند. از اين رو بايد يك ضريب عدم يقين در برآورد اعتبار بازرسي به حساب آورده شود و ارزش تصميماتي رد و يا قبول قطعه بايد از رويدادهاي آماري تخمين زده شود. 
نقش بازرسي غيرمخرب اين است كه با ميزان اطمينان معيني ضمانت نمايد كه در زمان بكارگيري قطعه براي بار طراحي، تركهايي به اندازه بحراني شكست در قطعه وجود ندارند. همچنين ممكن است لازم باشد كه با اطمينان، عدم وجود تركهاي كوچكتر از حد بحراني را نيز ضمانت كند. اما رشد تركهاي كوچكتر از حد بحراني. بويژه در مورد قطعاتي كه در معرض بارهاي خستگي قرار دارند و يا در محيطهاي خورنده كار مي‌كنند، اهميت دارد، بطوريكه اين گونه قطعات، قبل از اين كه شكست ناگهاني در آنها اتفاق بيفتد، به يك حداقل عمر كار مفيد برسند. در برخي حالتها، بازرسيهاي مرتب و متناوب جهت اطمينان از نرسيدن تركها به اندازه بحراني ممكن است ضروري باشد. 
بكارگيري ايده‌هاي مكانيك شكست در طراحي، براي توانايي روشهاي مختلف آزمونهاي غيرمخرب در آشكارسازي تركهاي كوچك، حد و مرز تعيين مي‌كند. اختلاف بين كوچكترين ترك قابل آشكارسازي و اندازه بحراني آن، ميزان ايمني يك قطعه است. 
در هر برنامه خاص بازرسي، تعداد عيوب شناسايي شده (هر چند زياد)، با تعداد واقعي آنها مطابقت پيدا نمي‌كند، بنابراين احتمال شناسايي يك قطعه سالم و بدون عيبهاي با اندازه‌هاي گوناگون كاهش مي‌يابد. اما هنگامي كه قطعات بسيار مهم مورد نظر هستند، سعي بر اين است تا حد امكان عيبهاي بيشتري شناسايي شوند و تمايل به قبول تمام نشانه‌هاي وجود عيبها زياد است. زيرا اگر قطعه‌اي در طي بازرسي مردود و غيرقابل مصرف معرفي شود، بهتر از آن است كه هنگام استفاده منجر به شكست فاجعه آميز شود. مسلم است مهندسي كه ايده‌هاي مكانيك شكست را مورد استفاده قرار مي‌دهد، علاقه‌مند است كه بداند به چه اندازه عيبها را در هنگام بازرسي مورد نظر داشته باشد. انتخاب روش با اين بررسي اوليه تعيين مي‌شود و تمام پارامترهاي ديگر در درجه دوم اهميت قرار مي‌گيرند. براي مثال بازرسي تركهاي مربوط به خستگي قطعات فولادي به روش فراصوتي كه نسبتاً 
براحتي قابل اجرا است، در مقابل تجزيه و تحليل به روش جريان گردابي براي آشكارسازي تركهايي به طول 5/1 ميليمتر، كنار گذاشته مي‌شود زيرا احتمال آشكارسازي اين تركها با فراصوتي 50 درصد و با جريان گردابي 80 درصد است. 
يكي از فايده‌هاي بديهي و روشن به كار بردن صحيح آزمونهاي غيرمخرب، شناسايي عيوبي است كه اگر بدون تشخيص در قطعه باقي بمانند، موجب شكست فاجعه آميز قطعه و در نتيجه بروز خسارتهاي مالي و جاني فراوان خواهند شد. استفاده از اين روشهاي آزمون مي‌تواند فوايد زيادي از اين بابت ، در بر داشته باشد. 
بكارگيري هر يك از سيستمهاي بازرسي متحمل هزينه است، اما اغلب استفاده موثر از روشهاي بازرسي مناسب موجب صرفه‌جويي‌هاي مالي قابل ملاحظه‌اي خواهد شد. نه فقط نوع بازرسي، بلكه مراحل بكارگيري آن نيز مهم است. بكارگيري روشهاي آزمون غيرمخرب روي قطعات ريختگي و آهنگري كوچك بعد از آنكه كليه عمليات ماشينكاري روي آنها انجام گرفت، معمولا بيهوده خواهد بود. در اينگونه موارد بايد قبل از انجام عمليات ماشينكاري پرهزينه قطعات بدقت بازرسي شوند و قطعاتي كه داراي عيوب غيرقابل قبول هستند، كنار گذاشته شوند. بايد توجه داشت كليه معايبي كه در اين مرحله تشخيص داده مي‌شوند، نمي‌توانند موجب مردود شدن قطعه از نظر بازرسي باشند. ممكن است قطعه‌اي داراي ناپيوستگيها و تركهاي سطحي بسيار ريز باشد كه در مراحل ماشينكاري از بين بروند.
آزمايش فراصوتي (Ultrasonic Testing) 

در اين روش، امواج صوتي با بسامد 5/0 تا 20 مگاهرتز به درون قطعه فرستاده مي‌شود. اين موج پس از برخورد به سطح مقابل قطعه باز تابيده مي‌شود. با توجه به زمان رفت و برگشت اين موج، مي‌توان ضخامت قطعه را تعيين كرد. حال اگر يك عيب در مسير رفت و برگشت موج باشد، از اين محل هم موجي بازتابيده خواهد شد كه اختلاف زماني نسبت به مرحله اول، محل عيب را مشخص مي‌كند. 
روشهاي فراصوتي به طور گسترده‌اي براي آشكارسازي عيوب داخلي مواد به كار مي‌روند ولي مي‌توان از آنها براي آشكارسازي تركهاي كوچك سطحي نيز استفاده كرد. 

 

کاربرد ها:
•فلزات ،غیر فلزات و کامپوزیت ها . 
•درزهای زیر سطحی کوچک سطوح می توانند کشف شوند.
•در جوشکاری ،لوله کشی گاز ، مفصل ها ،ریخته گری ها ،ورق کاری ها ،فورج محور ها،اجزاء بنیادی بتن،لوله ها یا مجراهای سنگین،هواپیما و قطعات موتور می تواند بکار رود.
•در تعیین ضخامت و خواص مکانیکی استفاده می شود. 
•نظارت تعمیراتی بر خوردگی ها و خرابی ها دارد. 
محدودیت ها :
•معمولا محل تماس ان مستقیم یا با واسطه است.(مانند تست غوطه وری یا e.g. )
•پراب های مخصوصی برای کاربرد ها مورد نیاز است . 
•حساسیت محدودی توسط فرکانس بکار رفته دارد و مقدار مواد علت قابل توجه پراکندگی ان است. 
•پراکندگی توسط ازمایش ساختار فلز می تواند دلیلی بر معیوب بودن نشانه ها شود. 
•کاربرد ان در خیلی از مواد اسان نیست.
بازرسي با ذرات مغناطيسي :(Magnetic Particle Testing) 

بازرسي با ذرات مغناطيسي، روش حساسي براي رديابي عيوب سطحي و برخي نقصهاي زير سطحي قطعات فرو مغناطيسي است. پارامترهاي اساسي فرآيند به مفاهيم نسبتاً ساده‌اي بستگي دارد. هنگامي كه يك قطعه فرومغناطيسي، مغناطيس مي‌شود، ناپيوستگي مغناطيسي كه تقريباً در راستاي عمود بر جهت ميدان مغناطيسي واقع است، موجب ايجاد يك ميدان نشتي قوي مي‌شود. اين ميدان نشتي در رو و بالاي سطح قطعه مغناطيس شده حضور داشته و مي‌تواند آشكارا توسط ذرات ريز مغناطيسي ديدپذير شود. پاشيدن ذرات خشك يا ذرات مرطوب با يك مايع محلول بر روي سطح قطعه، موجب تجمع ذرات مغناطيسي روي خط گسل خواهد شد. بنابراين پل مغناطيسي تشكيل شده، موقعيت، اندازه و شكل ناپيوستگي را نشان مي‌دهد. 
يك قطعه را مي‌توان با به كاربردن آهنرباهاي دائم، آهنرباهاي الكتريكي و يا عبور يك جريان قوي از درون يا برون قطعه، مغناطيس كرد. با توجه به اين كه با روش آخر مي‌توان ميدانهاي مغناطيسي با شدت زياد در داخل قطعه ايجاد كرد، اين روش به صورت گسترده‌اي در كنترل كيفي محصول به كار مي‌رود زيرا اين روش حساسيت خوبي براي شناسايي عيوب قطعات و آشكارسازي آنها عرضه مي‌دارد
•مواد فرو مغناطیسی 
•درز های (عیوب) سطوح بزرگ و کوچک می تواند نشان داده شود.
•می تواند در جوش کاری ها،لوله کشی گاز،میله ها،ریخته گری ها،ورق کاری ها،فورج،اکستروزن،قطعات موتور،شافت ها و چرخ دنده ها کاربرد داشته باشد.
 
محدودیت ها:
•پیدا کردن عیوب ،محدود بهمیدان توانایی و رهبری است.
•نیاز به تمیز کاری و سطوح نسبتا صاف دارد. 
•به مقداری لوازم نصبی نگهداری شده (جانبی) برای تعدادی از شیوه های مغناطیس کننده نیاز دارد. 
•توانایی ازمایش قطعات به مغناطیس زدایی نیاز دارد که می تواند برای برخی اشکال سخت باشد.
•عمق عیوب نمی تواند مشخص شود.

بازرسي با مايعات نافذ ( Liquid Penetrant Testing)
بازرسي با مايعات نافذ يكي از روشهايي است كه مي‌تواند براي عيب يابي تعداد وسيعي از قطعات مورد استفاده قرار گيرد، به شرطي كه عيبها به صورت ترك در سطح قطعه ظاهر شوند. اساس روش بر اين است كه مايع نافذ بر اثر جاذبه مويينگي به درون تركهاي سطحي نفوذ كرده و پس از يك مرحله ظهور، هر عيبي كه به شكل ترك يا شكستگي در سطح قطعه وجود دارد، با چشم رويت مي‌شود. براي بهتر ديده شدن اين تركها، مايع نافذ معمولاً به رنگهاي روشن و قابل ديد بوده و يا به ماده فلورسنت آغشته مي‌شود. در حالت اول معمولاً براي رنگين نمودن مايع از رنگ قرمز استفاده مي‌شود كه با نور روز يا نور مصنوعي قابل ديد باشد، ولي در حالت دوم براي ديدن تركها و درزها بايد از نور فرابنفش استفاده شود.

امروزه، بازرسي با مايع نافذ، يكي از مهمترين روشهاي صنعتي است كه براي مشخص نمودن انواع مختلف عيبهاي سطحي مواد و قطعات، مانند تركها، بريدگي‌ها و نواحي مك‌هاي سطحي، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين روش تقريباً براي هر نوع ماده و در هر اندازه‌اي، چه بزرگ با شكل پيچيده و چه ساده، قابل استفاده است و معمولاً براي بازرسي توليدات ريختگي و كار شده فلزات آهني و غيرآهني، آلياژها، سراميك‌ها، ظروف شيشه‌اي و مواد پليمر به كار مي‌رود. 
 
کاربرد ها:
•در مواد پر منفذ استفاده می شود. 
•می تواند در جوشکاری،لوله سلزی،جوشکاری برنج ، ریخته گری ،ورق کاری ،فورج و قسمت های آلمنیومی پره های توربین و دیسک و چرخ دنده ها کاربرد داشته باشد.

محدودیت ها: 
•نیاز درستی به تست سطح دارد.
•بیشتر سطوح شکننده را معیوب می سازد.
•برای تست سطح امکان دارد نیاز به پیش پاک سازی و تمیز کردن الودگی ها داشته باشیم.
•خطر بخار شدن وجود دارد.
•عیوب کم عمق و خیلی سفت به سختی پیدا می شوند.
•عمق درز ها (عیوب) نشان داده نمی شود.

حال به طور خلاصه مراحل تست مایع نافذ را بررسی می کنیم :

1- آماده سازی سطح
سطح تست را باید کاملا تمیز نمود و هر گونه عوامل مزاحم و زائد از قبیل آلودگیها ، چربیها، گریس و روغن ، جرقه جوش ، پوسته اکسیدی و ... را باید از سطح پاک کرد که این کار را می توان با کهنه آغشته به مواد پاک کننده و یا در صورت نیاز به وسیله برس سیمی یا سنگ جت و یا سندبلاس انجام داد. 

2- اعمال مایع نافذ
بعد از مرحله تمیزکاری سطحی ، باید مایع نافذ را برروی سطح اعمال نمود که این عمل را با توجه به امکانات و یا شرایط قطعه می توان بوسیله اسپری کردن ، غوطه وری قطعه در مخزن نافذ و یا به وسیله فرچه رنگ انجام داد. 
3 – پاک کردن نافذ اضافی 
بعد از گذشتن زمان معین ( معمولا بین 5 تا 30 دقیقه ) که بستگی به شرایط سطحی و حساسیت قطعه دارد ، باید سطح را از مایع نافذ اضافی پاک کرد که این عمل را عموما با پارچه آغشته به محلول پاک کننده که توسط شرکت سازنده نافذ توصیه می شود و یا آغشته به آب ( برای نافذ پاک شونده با آب ) باید به دقت انجام داد ولی باید توجه کرد که از اعمال محلول پاک کننده به طورمستقیم بر روی سطح تست خودداری شود چون احتمال خروج مایع نافذ از درزها و ناپیوستگی های سطحی وجود دارد. و در این صورت آشکارسازی عیب مختل می شود. رنگ یک ماده نافذ عموما قرمز است.

4 - اعمال ماده ظاهر کننده بر روی سطح 
این ماده عموما از ذرات شبیه گچ به طور خشک و یا محلول در این ماده نفتی تشکیل شده و طبق خاصیت اسمز ( موئینگی ) موجود بیرون کشیدن مایعات نافذ از درزها و ناپیوستگیها می شود. ( رنگ این ماده عموما سفید است ) و لذا علائم حاصل از عیوب ( رنگ قرمز ) در این زمینه سفید ( ماده ظاهر کننده ) آشکار می شود و با وضوح خوبی قابل روئیت می شود. 

5 – بازرسی 
باید توجه داشت که عملیات بازرسی را بعد از گذشت زمان معین ( معمولا 15 تا 30 دقیقه ) انجام داد تا از خروج مایع نافذ از درزها توسط ظاهرکننده اطمینان حاصل شود. 
کاربرد : در صنایع لوله سازی ، خودرو، کشتی سازی وبازرسی فنی و .....
اشعه X(x-ray):
تابش الکترومغناطیسی با طول موجهای بسیار کوتاه، یعنی پرتو ایکس یا پرتو گاما از درون مواد جامد عبور می‌کند اما بخشی از آن، توسط محیط جذب می‌شود. مقدار جذب پرتو در هنگام عبور از ماده به چگالی و ضخامت ماده و همچنین ویژگیهای تابش بستگی دارد. تابش عبوری از درون ماده می‌تواند به وسیله یک فیلم یا کاغذ حساس آشکار شده و روی صفحه فلورسنت مشاهده شود، یا این که توسط دستگاههای حساس الکترونیکی نشان داده شود. اگر بخواهیم دقیقتر بگوییم، عبارت پرتو نگاری به معنی فرایندی است که در نتیجه آن ، تصویری روی فیلم ایجاد شود، بررسی این فیلم را تفسیر می‌گوییم.
بعد از این که فیلم عکس گرفته شده پرتو نگاری ظاهر شد، تصویری سایه روشن با چگالی متفاوت مشاهده می‌شود. قسمتهایی از فیلم که بیشترین مقدار تابش را دریافت کرده‌اند، سیاهتر دیده می‌شوند. همچنانکه پیشتر گفته شد، مقدار تابش جذب شده توسط ماده، تابعی از چگالی و ضخامت آن خواهد بود. همچنین وجود عیوب خاص، مانند حفره‌ها و تخلخل درون ماده، بر مقدار تابش جذب شده تاثیر خواهد گذاشت. بنابراین پرتو نگاری می‌تواند برای آشکار سازی انواع خاصی از عیوب در بازرسی مواد و قطعات به کار رود.
استفاده از پرتو نگاری و فرآینده‌های مربوط به آن باید به شدت کنترل شود، زیرا قرار گرفتن انسان در معرض پرتو می‌تواند منجر به آسیب بافت بدن شود.
کاربرد ها :
•فلزات،غیر فلزات،کامپوزیت ها و فلزات الیاژی
•در همه اشکال و صورت ها استفاده می شود:ریخته گری ،جوشکاری ،سوار کردن های الکترونیکی ،جو زمین ،وسایل دریایی و قطعات اتومبیل.
محدودیت ها :
•نیاز به دست یابی به هر دو طرف در ازمایش قطعه
•ولتاژ،اندازه نقطه وابستگی و زمان بحرانی اشکار 
•اتفاقات تشعشعی
•بیشتر شکافها می توانند جهت یابی موازی در پرتو افکندن برای کشف داشته باشند . 
•کاهش حساسیت با افزایش ضخامت.
تست چشمی((Visual Tes:
تست چشمي شايد قديمي ترين و رايج ترين تست غيرمخرب بوده و داراي كابردهاي صنعتي و تجاري بسياري است . پرسنل مجري اين تست ، دستورالعمل هاي مشخصي را تعقيب كرده كه از انواع ساده تا بسيار پيچيده 

داراي تنوع است. برخي از دستورالعمل هاي مزبور شامل مقايسه قطعات استاندارد با نمونه هاي توليدی است. تكنيك هاي تست چشمي در كنار كليه تست هاي غيرمخرب بکار رفته و به دو شاخه اصلي تست چشمي مستقيم (Direct Visual Testing) و تست چشمي غيرمستقيم (Remote Visual Testing) تقسيم مي گردد. این شركت علاوه بر تست چشمی مستقیم، با در اختيار داشتن انواع تجهيزات مدرن تست چشمي غيرمستقيم ، طيف وسيعي از خدمات را در سطح صنعت كشور ارائه مي دهد