تست مخرب چیست و چه کاربردهایی دارد؟
بازرسی یکی از مراحل بسیار مهم در فرایندهای صنعتی محسوب میشود. شاید بتوان اساسی‌ترین هدف بازرسی را ایجاد اطمینان از تولید محصول باکیفیت و نظارت بر استمرار فرآیند تولید دانست. از گذشته‌های دور، عمل بازرسی به منظور کشف اشتباهات و معایب، جدا کردن محصولات سالم از معیوب و نگهداری سوابق قطعات و تجهیزات مورد بازرسی انجام می‌شده است. اهمیت بازرسی به اندازه‌ای است که در تمامی مراحل تولید قطعه و حتی پس از آن بازرسی باید به صورت منظم انجام شود. روش‌های آزمون مواد به دو دسته تست مخرب و تست غیر مخرب تقسیم میشود. که پیش‌تر در مقاله‌ای جداگانه در مورد تست های غیر مخرب صحبت کرده‌ایم. در این میان روش‌هایی که از آن‌ها به عنوان تست مخرب (DT) یاد میشود، همانند تست های غیر مخرب (NDT) از اهمیت بالایی برخوردارند. در این مقاله قصد داریم، به بررسی جنبه‌های مختلف تست مخرب و موارد استفاده از آن بپردازیم.
تست مخرب چیست؟
تست مخرب (اغلب به اختصار DT) یک روش آزمایشی است که برای یافتن نقطه دقیق خرابی مواد، قطعات یا ماشین‌ها انجام میشود. در طول فرآیند، قطعه مورد نظر تحت فشار قرار میگیرد که این امر موجب تغییر شکل یا تخریب آن میشود. به طور طبیعی، قطعات و مواد آزمایش شده را نمی‌توان پس از انجام مراحل تست مخرب مجددا مورد استفاده قرار داد. تست‌های مخرب معمولا قبل از ورود یک قطعه به تولید انبوه انجام می‌شوند.
به عنوان مثال، دیگ‌های صنعتی به توانایی بالایشان در تحمل فشار و دمای زیاد شناخته شده‌اند. مواد انتخاب شده برای ساخت دیگ‌ها نقش بزرگی در تعیین درجه‌بندی فشار و دمای دیگ دارد. خرابی دیگ‌های صنعتی می‌تواند باعث ایجاد فاجعه در کارخانه شود. مواد مورد استفاده برای ساخت دیگ‌ها تا حد زیادی مورد آزمایش قرار می‌گیرند تا حداکثر فشاری که می‌توانند تحمل کنند، مشخص شود. به این ترتیب برای ساخت هر دیگ فقط از موادی با حاشیه ایمنی مورد نظر استفاده میشود.
چه کسی تست مخرب را انجام می‌دهد؟
تست مخرب را می‌توان به صورت داخلی یا با کمک خدمات تست خارجی انجام داد. تست مخرب توسط بازرسان شرکت‌های بازرسی مورد اعتماد و تکنسین‌های متخصص انجام میشود.
کاربرد تست های مخرب
هر کدام از تست‌های مخرب یا غیرمخرب در جایگاه خود کاربردهای متفاوتی دارند. در بازرسی و کنترل کیفیت نهایی محصولات و اتصالات فلزی مانند پیچ و مهره و قطعات دارای جوش، عیار اصلی و استحکام با تست مخرب و آزمون‌های مکانیکی مشخص میشود. گاهی ممکن است در روند تعمیر و نگهداری نیز به تست‌های مخرب نیاز داشته باشیم.
انواع تست مخرب
تست کشش
تست کشش که به آن تست تنش نیز گفته میشود، مهم‌ترین و جامع‌ترین آزمون تست مخرب است. تست کشش ساده، نسبتا ارزان و استاندارد است و از طریق آن می‌توان به پارامترهایی مانند مدول الاستیسیته، استحکام کششی، مقاومت تسلیم و انعطاف‌پذیری دست یافت. در این تست با کشش ماده، واکنش آن در برابر نیروهای اعمالی در شرایط کاری تعیین میشود. در این تست نمونه مورد نظر تحت نیروی کششی افزایشی قرار میگیرد تا دچار گسیختگی شود. بارگذاری از دو طرف نمونه، به صورت مکانیکی یا هیدرولیکی انجام شده و سیستم بارگذاری معمولا مجهز به ثبت کننده تنش-کرنش است. و نیرو به صورت عمود بر سطح مقطع قطعه مورد آزمایش اعمال میشود.
این آزمون از تست مخرب کاربرد زیادی در تست موادی مانند اتصالات جوش، پیچ و مهره و… دارد. آزمون کشش برای هر ماده‌ای براساس استانداردهای مرتبط با آن انجام میشود. در سطح صنعتی معمولا لازمه انجام این تست، مطالعه و تسلط بر استانداردهای ASTM-E8 ومی‌باشد.
به نمودار زیر توجه کنید:
محور عمودی نشان‌دهنده تنش و محور افقی نشان دهنده کرنش یا تغییر ابعاد یا افزایش طول نمونه آزمایش است. نقطه ۱ نقطه تسلیم است، به این معنی است که اگر یک نمونه فولادی را نزدیک نقطه ۱ (سطح تنش) بکشید، دستگاه افزایش طول را ثبت می‌کند اما به محض اینکه بار را رها کنید به طول اولیه باز می‌گردد. درحقیقت تنشی که باید به یک ماده وارد کنید تا به نقطه ۱ برسید، قدرت تسلیم است.
اگر نقطه ۱ را بگذرانید و به کشیدن نمونه مورد آزمایش ادامه دهید، طول آن افزایش پیدا می‌کند، اما در عین حال باید بار بیشتری را در نظر بگیرید. در نهایت با حداکثر تغییر شکل (افزایش طول نمونه آزمایش) به نقطه ۲ خواهید رسید که مقاومت کششی نامیده میشود. هر ماده مهندسی شده دارای حداقل استحکام تسلیم و مقاومت کششی در دمای اتاق است که این مقادیر از آزمون‌های فوق به دست می‌آید.
تست خمش
تست مخرب خمش یکی از آزمون‌های پرکاربرد است که در آن شکل پذیری کیفی مواد تعیین میشود. در این تست، نمونه در یک قطر و زاویه مشخص برای مدت زمانی معلوم خم میشود. پس از خم شدن، سمت تحت فشار نمونه آزمایش بررسی و تایید میشود. اگر هیچ ترکی مشاهده نشود، نشان می‌دهد که مواد دارای شکل‌پذیری خوبی هستند. انتشار یک ترک بزرگ در سمت خمیده نشان می‌دهد که مواد فاقد شکل‌پذیری کافی می‌باشند. استاندارد ASTM E290 روش تست خمش را ارائه می‌دهد. تست خمش سه نقطه‌ای نسبت به سایر روش های خمش پرکاربردتر است.
منظور از سه نقطه، دو نقطه لبه‌ای و تکیه گاهی نمونه و نقطه ایجاد خمش در وسط نمونه توسط سمبه دستگاه آزمایش می‌باشد.
تست ضربه
چرا تست ضربه انجام می‌دهیم؟ ویژگی مواد در دمای معین از شکل‌پذیر به شکننده تغییر می‌کند، با کاهش دما، شکل‌پذیری کاهش یافته و استحکام کششی افزایش. کاهش شکل‌پذیری به این معنی است که خطر شکستگی شکننده بیشتر خواهد بود.
این تست مخرب، برای تعیین انرژی شکست مواد در اثر تنش دینامیکی به کار می‌رود. اساس آزمون ضربه تعیین مقدار انرژی لازم برای شکستن قطعه در اثر ضربه است. اطلاعاتی که از این آزمون به دست می‌آیند در درک چگونگی رفتار ماده در موقعیت‌های کاربردی بسیار مفید است. مهم‌ترین و متداول‌ترین روش‌های تست ضربه، “آیزود” و “چارپی” هستند. این دو روش تنها در طرز قرارگیری نمونه‌ها در دستگاه آزمایش ضربه با یکدیگر تفاوت دارند. رفتار مواد در برابر بار لحظه‌ای (ضربه) در مقایسه با بار استاتیکی مشابه (کشش) بسیار متفاوت است.
تست فشار
تست فشار معمولا برای بررسی کیفیت مواد ترد مانند چدن، آلیاژهای ترد و هم چنین مواد غیر فلزی دیگری که تحت شرایط مختلف تحت تاثیر نیروهای فشاری قرار می‌گیرند، به کار می‌رود. هم چنین از این تست مخرب برای بررسی رفتار مواد فلزی که در عملیات شکل‌دهی، تحت تنش‌های فشاری قرار می‌گیرند نیز، استفاده می‌کنند. اساس این تست، برعکس تست کشش می‌باشد. و از آنجا که معمولا شکل توزیع نیرو در قطعات استوانه‌ای بهتر است معمولا در این تست مخرب، از نمونه‌هایی به شکل استوانه استفاده می‌کنند. در این آزمایش فشار نمونه استوانه‌ای شکل را در قسمت مرکزی صفحه‌های فشاری دستگاه قرار داده و از دو طرف به آن فشار وارد میشود.
پارامترهایی که از این تست به دست می‌آیند عبارتند از: نیرو، جابجایی، تنش، کرنش و… که مشابه تست کشش می‌باشند.
تست خزش
تست خزش معمولا به صورت کششی انجام شده و نمونه‌‌های آن شکلی مشابه نمونه‌‌های تست کشش دارند. نمونه‌‌های تست مخرب خزش کششی، مقطع گرد یا مستطیلی دارند. دستگاه تست خزش باید قابلیت اعمال نیروی کششی ثابت را داشته باشد. ماشین تست خزش کششی طوری طراحی شده که نمونه به صورت قائم در آن قرار میگیرد و معمولا نیروی محوری به گیره‌‌های نمونه، توسط اهرم اعمال میشود. نتایج آزمون خزش تا حدودی دارای پراکندگی است. تست خزش بسیار پر هزینه بوده و برای انجام آن به زمان زیادی نیاز هست.
تست خستگی
تست خستگی هم نوعی تست مخرب است که مانند تست ضربه بر اساس بارهای دینامیکی و نوسانی انجام میشود. این تست معمولا براساس چرخه بارگذاری یکنواخت که به صورت تناوبی، تکراری یا نوسانی اعمال میشود، صورت میگیرد. نتایج این تست معمولا به صورت منحنی‌‌های لگاریتمی S-logN هستند و مهم است که ضمن گزارش نتایج، روش اعمال تنش، نوع ماشینی که به کار گرفته شده، اندازه‌‌های نمونه آزمایش و بسامد چرخه، گزارش شوند.
عامل اکثر شکست‌ها در صنایعی که دارای تجهیزات دوار مانند کمپرسور، توربین و… هستند، خستگی می‌باشد. این تست به دو روش محوری و خمشی انجام میشود که در هر دو روش نمونه تحت تنش‌های کششی و فشاری قرار میگیرد.
متالوگرافی
متالوگرافی که به آن ریزساختار مواد نیز گفته میشود به منظور تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژهای خاص به کار می‌رود. پس از تست متالوگرافی ممکن است نمونه سالم باشد و تست غیرمخرب فرض شود ولی معمولا نمونه دیگر قابل استفاده نیست و به همین دلیل این روش نیز در دسته تست مخرب قرار میگیرد.
مراحل عمده آماده‌سازی متالوگرافی عبارتند از:
- عملیات فیزیکی از قبیل تمیز کاری
- صیقل دادن سطح فلز
- عملیات شیمیایی مثل اچ کردن
تست سختی سنجی
سختی به خاصیت اجسام در مقابل نفوذ جسم دیگری به سطح آن‌ها و میزان مقاومت و نفوذپذیریشان گفته میشود که تست مخرب سختی سنجی بیشتر برای واشر، پیچ، مهره و… کاربرد دارد و در اتصالات جوش کاربرد زیادی ندارد. رایج‌ترین روش سختی سنجی، یا بررسی نیروی لازم برای حرکت یک جسم فرو رونده به جسم تحت آزمایش است یا اندازه‌گیری مقدار فرورفتگی در برابر یک نیروی معین می‌باشد. مهم‌ترین روش‌های تست سختی سنجی در صنعت عبارتند از:
- سختی راکول: در این آزمایش عمق فرورفتگی تحت بار ثابت به عنوان مقیاسی برای سختی استفاده میشود.
- سختی برینل: در این آزمون در سطح فلز به وسیله یک گلوله فولادی به قطر ده میلی‌متر با نیروی ۳۰۰۰ کیلوگرم فرورفتگی ایجاد کرده و قطر آن توسط یک میکروسکوپ اندازه‌گیری میشود.
- سختی ویکرز: از یک هرم با قاعده مربع به عنوان سنبه استفاده میشود که زاویه میان وجوه مقابل این هرم ۱۳۶ درجه است.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.